تولید و استخراج روغن، اتانول و کیتوزان از قارچ دو ریختی موکور ایندیکوس

STUDENT

DEGREE

YEAR

Fossil fuels consumption has created many problems, and for this reason, some alternative fuels such as bioethanol and biodiesel have been considered as substitute. Currently, bioethanol is produced from sugars, starch and lignocelluloses sources. Nowadays, because of competition between fuel and food and also due to the high cost of raw materials, cellulose sources are suggested for biofuels production. Micro organisms play a key role in transforming cellulose compounds into ethanol. Ethanol is industrially produced by Saccharomyces cerevisiae . However, since this micro organism is not capable of consuming 5-carbon sugars, zygomycetes fungi have been brought up to solve this problem. Mucor indicus fungus is one of the best substitutions for ethanol production. Mucor indicus is a member of zygomycetes and is capable of producing ethanol from varieties of sugar with a yield comparable to Saccharomyces cerevisiae . This is a dimorphic fungus and can grow in two morphologis of filamentous and yeast forms. Beside ethanol, the fungus produced apprieiable amounts of chitosan and fatty acid. In this study, the extraction of oil from Mucor indicus fungus with ethanol and hexane solvents, in 1-4 extraction steps, for 3-20 minutes, with 10-80 (ml /g biomass) of solvent was investigated. When the extraction conditions were changed, the yield of oil extraction was increased from 2.5% (one step extraction with 20 (ml/g biomass) solvent for 3 min) to 14% (three step extraction with 80 (ml/g biomass) solvent for 14 min). Later on, effects of different morphologic forms of Mucor indicus, cultivation time and temperature, presence of oxygen, different carbon sources and changing the concentration of nitrogen sources on the production of ethanol, glycerol, chitosan, chitin, phosphate and oil were investigated. The highest yield of ethanol and glycerol were achieved in yeast like morphology (0.43 and 0.046 g/g glucose, respectively)). However, chitin, chitosan and oil had the highest amount in filamentous morphology (0.215, 0.165 (g/g AIM) and 14% (g/g biomass), respectively). The amount of ethanol and oil was higher for 24 hours cultivation than 48 and 72 hours (0.41 (g/g glucose) and 17.5% (g/g biomass), respectively). The changes in cultivation time did not cause tangible changes in the compound of AIM. The highest amount of ethanol, glycerol and oil were achieved in 28?C, compared to 32?C and 37?C (0.327 (g/g glucose), 0.035 (g/g glucose) and 14.5% (g/g biomass), respectively). The amount of chitosan in AIM was slightly decreased in that temperature, but the presently of other ingredients whit in the AIM did not have any tangible changes. The production of ethanol, glycerol, chitin and oil was higher in anaerobic cultivation than in aerobic cultivation, but the amount of chitosan was reduced (in the 0.039 (g/g AIM). When xylose was used as carbon sources instead of glucose, the production of ethanol, glycerol, protein, chitin and oil were reduced 0.85 (g/g glucose), 0.02 (g/g glucose), 0.037 (g/g biomass), 0.046 (g/g AIM) and 1% (g/g biomass) while the yield production of chitosan was increased to 0.056 (g/g AIM). Also, 7.5 (g/l) concentration of ammonium sulfate had the highest amount of ethanol, glycerol and protein (0.315(g/g glucose), 0.032 (g/g glucose), 0.509 (g/g AIM), respectively) and the highest yield of oil was observed in 0, 1 and 10 (g/l) ammonium sulfate. As well as, the highest amount of chitin and chitosan (0.339, 0.37 (g/g biomass), respectively) were achieved in 1 (g/l) ammonium sulfate. Key words: bioethanol, oil, Mucor indicus, chitosan, chitin, morphology

ساکارومایسس سرویسیه از ترکیبات سلولزی، تولید می شود. اما عدم توانایی این میکروارگانیسم در مصرف قند پنج کربنه سبب مطرح شدن قارچ های زیگومایست، برای رفع این مشکل شد. یکی از جایگزین های مناسب برای تخمیر این ترکیبات قارچ موکور ایندیکوس است. موکور ایندیکوس از خانواده زیگومایست ها، توانایی تولید اتانول از انواع قند با بازده معادل مخمر ساکارومایسس سرویسیه را دارد. این قارچ دو ریختی است و می تواند به دو فرم رشته ای و مخمری شکل رشد نماید. محیط کشت شبه سنتزی که به طور معمول برای تولید اتانول با استفاده از آن در شرایط آزمایشگاهی استفاده می شود، با ترکیب (گرم بر لیتر) گلوکز 50، کلسیم کلرید 1، منیزیم سولفات 7 آبه 75/0، آمونیوم سولفات 5/7، عصاره مخمر 5 و پتاسیم فسفات 5/3، تهیه می شود و به مدت 48 ساعت درشرایط هوازی در دمای 32 درجه سانتی گراد در دستگاه تکان دهنده قرار می گیرد. موکور ایندیکوس در عین حال قادر به تولید مقادیر قابل ملاحظه ای توده زیستی است که به سبب حضور ترکیباتی چون پروتئین، کیتوزان و اسید های چرب ضروری در ساختارشان بسیار با hy;ارزش است. اسید های چرب تولیدی مانندگاما-لینولئیک اسید (یا امگا 6) در صنایع غذایی، دارویی و تولید بیو دیزل استفاده گسترده ای دارند. در این تحقیق استخراج روغن از قارچ موکور ایندیکوس با حلال های هگزان و اتانول، در 4-1 مرحله استخراج و به مدت 20-3 دقیقه، با حجم حلال80-10 (میلی لیتر برگرم توده زیستی) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که این قارچ قادر به تولید مقادیر بالای روغن است. با تغییر شرایط استخراج، میزان بازده استخراج روغن از 5/2% (در استخراج یک مرحله ای به مدت 3 دقیقه با 20 میلی لیتر حلال به ازای یک گرم توده زیستی) به 14% (در استخراج سه مرحله ای به مدت 14 دقیقه با 80 میلی لیتر حلال به ازای یک گرم توده زیستی) بهبود یافت. مشاهدات نشان داد که به ازای 80 (میلی لیتر بر گرم توده زیستی) حلال در استخراج سه مرحله ای در بازه زمانی بیست دقیقه، زمان بهینه استفاده از امواج مافوق صوت برابر 14 دقیقه می باشد. در ادامه تاثیرمورفولوژی های مختلف قارچ موکور ایندیکوس ، مدت زمان و دمای تخمیر، حضور و غیاب اکسیژن، منابع قندی مختلف و تغییر غلظت منبع نیتروژنی بر روی تولید اتانول، گلیسرول، پروتئین،کیتوزان، کیتین، فسفات و روغن مورد بررسی قرار گرفت. بالاترین بازده اتانول و گلیسرول در مورفولوژی مخمری شکل ( به ترتیب برابر 43/0 و 046/0(گرم به گرم قند)) حاصل شد. اما محتویات کیتین و کیتوزان در مورفولوژی رشته ای بیش ترین مقدار را به خود اختصاص داد (به ترتیب 215/0 و 165/0(گرم به گرم AIM)). بعلاوه میزان روغن در مورفولوژی مخمری ( 8% (گرم به گرم توده زیستی)) به مراتب کمتر از مورفولوژی رشته ای (14% (گرم به گرم توده زیستی)) بود. در زمان 24 ساعت میزان اتانول و روغن (به ترتیب معادل 41/0 (گرم به گرم قند) و 5/17% (گرم به گرم توده زیستی)) نسبت به زمان های 48 و 72 ساعت، بیش تر بود. ترکیب درصد دیواره سلولی قارچ با تغییر زمان کشت تغییر محسوسی نداشت. در دمای c?28 نسبت به دماهای c?32 و c?37 بیش ترین میزان تولید اتانول، گلیسرول و روغن به دست آمد (به ترتیب 327/0(گرم به گرم قند)، 035/0 (گرم به گرم قند) و 5/14% (گرم به گرم توده زیستی)). در این دما میزان کیتوزان موجود در دیواره سلولی به مقدار جزئی کاهش یافته ولی درصد سایر اجزای دیواره سلولی با تغییر دما، تغییر محسوسی نداشته است. در کشت بی هوازی نیز میزان تولید اتانول، گلیسرول، کیتین و روغن بیش تر از شرایط هوازی به دست آمد اما میزان کیتوزان به دست آمده ( به میزان 039/0 (گرم به گرم AIM) ) کاهش یافت. تولید اتانول، گلیسرول، پروتئین، کیتین و روغن، زمانی که قند زایلوز به جای گلوکز در محیط کشت استفاده شد (به ترتیب برابر 185/0(گرم به گرم قند)، 02/0(گرم به گرم قند)، 037/0 (گرم به گرم توده زیستی)، 046/0 (گرم به گرم AIM) و 1% (گرم به گرم توده زیستی))کاهش یافت، در حالی که بازده تولید کیتوزان056/0 (گرم به گرم AIM) افزایش داشت. هم چنین بیش ترین میزان اتانول، گلیسرول و پروتئین برای غلظت 5/7 (گرم بر لیتر) آمونیوم سولفات (معادل غلظت منبع نیتروژنی درکشت پایه) به ترتیب برابر 315/0، 032/0 (گرم به گرم قند) و 509/0(گرم به گرم AIM)) به دست آمد. میزان روغن در غلظت های خیلی پایین منبع نیتروژنی ( 0 و 1 (گرم بر لیتر) آمونیوم سولفات) نسبت به کشت پایه 1% (گرم به گرم توده زیستی) افزایش یافت. میزان تولید روغن با افزایش غلظت آمونیوم سولفات تا غلظت 5/7 (گرم بر لیتر) کاهش یافت و مجددا در غلظت 10 (گرم بر لیتر) 1% (گرم به گرم توده زیستی) افزایش پیدا کرد. میزان کیتین و کیتوزان در 1 (گرم بر لیتر) آمونیوم سولفات به بیشترین مقدار خود ( به ترتیب 339/0 و37/0 (گرم به گرم توده زیستی)) رسید.