SUPERVISOR
Hamed Zilouei
حمید زیلوئی (استاد راهنما)
STUDENT
Mahboobeh Ali akbari
محبوبه علی اکبری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigating the Potential of biofuel production in a biorefinery using Chlorella sorokiniana microalgae
Today the world is facing energy crisis and limited resources of fossil fuel are unable to meet the growing demand for energy. Excessive use of fossil resources and the release of various pollutants have caused many environmental problems. This Issue along with rising fossil fuel prices and environmental pollution has prompted researchers to look for renewable and environmentally safe sources of energy. In this study, the biorefinery of Chlorella sorokiniana and its production of lutein were investigated. Chlorella sorokiniana microalgae were cultivated under photoautotrophic and photoheterotrophic modes and the effect of various parameters such as glucose concentration, nitrate concentration, light intensity and oxidative stress on lutein production were investigated. The photoautotrophic culture of this microalga was investigated in different percentages of normal air carbon dioxide and 3% carbon dioxide and different light intensities of 42 and 74 ?mol photons/m2.s. As a result, in photoautotrophic culture with light intensity of 47 ?mol photons/m2.s and 3% carbon dioxide, the highest amount of biomass equal to 1.38 g/L with 10.5% lipid content was produced. In photoheterotrophic culture with 2 g/L of glucose and exposure time of 12:12 light:dark with light intensity of 60 ?mol photons /m2.s, 1 g/L of biomass with 6.5% lipid content was produced. Increasing the light intensity to 200 ?mol photons/m2.s had the greatest effect on the lutein content. As a result, 11-day photoautotrophic single-stage culture at light intensity of 200 ?mol photons/m2.s with the production of 0.82 g/L biomass, 15.2% lipid and 1.45 mg lutein/gDW and two-stage culture by applying 4 days of light shock of 200 ?mol photons/m2.s with the production of 0.95 g/L biomass, 8.6% lipid and 3.29 mg lutein/gDW were selected as optimal values. Therefore, lutein content in single-stage and two-stage cultures was enhanced 6-fold and 10-fold, respectively, compared to normal culture without shock. In the next step, lutein and lipid were extracted simultaneously, as a result of which, 17% lipid and 1.17 mg lutein/gDW were obtained from single-stage culture and 12.65% lipid and 1.83 mg lutein/gDW were obtained from two-stage culture. Lutein content was decreased simultaneously in single-stage and two-stage cultures by 19.31% and 44.38%, respectively, and their lipid content was increased by 11.84% and 47.09%, respectively. Then lipid and lutein were extracted and bioethanol was produced from the remaining biomass. The highest amount of ethanol from remaining solids of simultaneous extraction of lutein and lipids in single-stage culture was obtained 6.13 g/L ethanol with a theoretical yield of 23.33% or 0.123 g ethanol/g solid residue after 48 h fermentation with Saccharomyces cerevisiae yeast. While from the raw biomass of microalgae from single-stage culture, 3.51 g/L ethanol or 0.07 g ethanol/gDW was obtained after 48 h fermentation. Finally, from 1 g dry microalgae biomass obtained from two-stage light shock with simultaneous extraction of both products, 0.002 g lutein and 0.13 g lipid and from the 0.87 g of the remaining solid, 0.12 g ethanol were produced.
امروزه جهان با بحران منابع انرژی مواجه بوده و منابع محدود سوختهای فسیلی قادر به پاسخگویی به تقاضای رو به افزایش انرژی نمیباشد. استفاده بیش از حد از منابع فسیلی و نشر آلایندههای مختلف سبب بروز مشکلات زیست محیطی فراوان شده است. این مسأله به همراه افرایش قیمت سوخت فسیلی و آلودگیهای محیط زیستی محققان را به جستجوی منابع تجدیدپذیر و ایمن محیط زیست برای انرژی ترغیب نموده است. در این پژوهش پالایشگاه زیستی ریزجلبک کلرلا سوروکینیانا و تولید رنگدانه لوتئین آن مورد بررسی قرار گرفت. ریزجلبک کلرلا سوروکینیان ابه روشهای فتواتوتروف و فتوهتروتروف کشت داده شد و اثر پارامترهای مختلف از جمله غلظت گلوکز، غلظت نیترات، شدت نور و تنش اکسیداتیو بر روی تولید لوتئین از این ریزجلبک بررسی شد. کشت فتواتوتروف این ریزجلبک در درصدهای مختلف کربن دی اکسید معمول هوا و کربن دی اکسید 0 درصد و شدت نورهای مختلف 42 و 14 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه بررسی شد. در نتیجه در کشت فتواتوتروف با شدت نور 14 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه و 0 درصد کربن دی اکسید، بیشترین مقدار زیست توده 93 درصد لیپید تولید شد. در کشت فتوهتروتروف نیز با 2 گرم بر لیتر گلوکز و دوره نوردهی / 9 گرم در هر لیتر محیط کشت و 5 / برابر با 01 6 درصد لیپید / 92:92 روشنایی به تاریکی و شدت نور 63 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه، 9گرم زیست توده در هرلیتر محیط کشت و 5 تولید شد. افزایش شدت نور به 233 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه بیشترین تاثیر را بر محتوای لوتئین داشت. در نتیجه کشت تک 3 گرم زیست توده در هر لیتر محیط کشت، / مرحلهای فتواتوتروف 99 روزه در شدت نور 233 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه با تولید 12 9 میلی گرم لونئین در هر گرم وزن خشک و کشت دو مرحلهای با اعمال 4 روز شوک نوری 233 میکرومول فوتون / 95/2 درصد لیپید و 45 0 میلی گرم لونئین در هر گرم وزن خشک / 1 درصد لیپید و 21 / 3گرم زیست توده در هر لیتر محیط کشت، 6 / بر مترمربع بر ثانیه با تولید 15 به عنوان مقادیر بهینه انتخاب گردیدند. بنابرین محتوای لوتئین در کشت تک مرحلهای و دو مرحلهای به ترتیب 6 برابر و 93 برابر در مقایسه با کشت معمول بدون شوک افزایش یافتند. در مرحله بعد لوتئین و لیپید نیز به روش دیگری به طور همزمان استخراج شدند که در نتیجه آن 92 درصد لیپید و / 9 میلی گرم لوتئین در هر گرم وزن خشک و در کشت دو مرحلهای 65 / در کشت تک مرحلهای 91 درصد لیپید و 91 9/10 میلی گرم لوتئین در هر گرم وزن خشک تولید شد. محتوای لوتئین با استفاده از روش استخراج همزمان در کشت تک مرحلهای و دو 41 درصد افزایش یافت. سپس لیپید و / 99 و 31 / 44 درصد کاهش و محتوای لیپید آنها به ترتیب 14 / 91 درصد و 01 / مرحلهای به ترتیب 09 لوتئین آنها استخراج گردید و از باقیمانده زیست توده حاصل از آنها اتانول تولید گردید. در نتیجه بیشترین مقدار اتانول در جامدات 3/ 20 درصد یا 920 / 6 گرم برلیتر اتانول با بازده تئوری 00 / باقیمانده پس از استخراج همزمان لوتئین و لیپید در کشت تک مرحله ای، 90 گرم اتانول از هر گرم جامد باقیمانده پس از 41 ساعت تخمیر با مخمر ساکارومایسیس سرویزی هتولید شد. در حالی که از زیست توده خام 3 گرم اتانول از هر گرم پودر ریزجلبک پس از 41 ساعت تخمیر با مخمر / 0 گرم بر لیتر اتانول یا 31 / ریزجلبک در کشت تک مرحلهای 59 ساکارومایسیس سرویزیه تولید شد. در نهایت از 9 گرم زیست توده خشک ریزجلبک حاصل از شوک نوری دو مرحله ای با استخراج 3 گرم اتانول تولید شد. / 3 گرم جامد باقیمانده، 92 / 3 گرم لیپید و از 11 / 3 گرم لوتئین و 90 / همزمان هر دو محصول، 332 کلمات کلیدی : ریزجلبک، پالایشگاه زیستی، لوتئین، بیواتانول، Chlorella sorokiniana