Skip to main content
SUPERVISOR
مجید مهدیه (استاد مشاور) محمد هادی جزینی (استاد راهنما) کیخسرو کریمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Davood Mirzaei Khalilabadi
داود میرزائی خلیل آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
: The environmental problems of our era have iired research efforts towards developing new and sustainable raw resources for food, materials, and energy production. Microalgae are, in effect, sunlight-driven cell factories that can convert CO2 in chemicals for biomass, food, feed, and high-value products. In this regard, biofuel from biomass as a renewable, clean and environmental friendly energy alternative has been suggested. Algae can be a promising source of biomass in the future world. Biorefinery is recognized as a promising method to initiate a bio-based industry that is capable of producing value added products and biofuels through various processes; in this respect, microalgae can be viable and potential raw material for biorefinaries. This study aimed to develop an algal biorefinery approach, based on the microalga Chlorella zofingiensis . For this purpose, the design of processes focusing on the induction and extraction of valuable intracellular compounds of the microalga Chlorella zofingensis in two-stage autotrophic culture was investigated. Initially, microalgae's growth was performed at the light intensity of 4000 lux and in a nitrogen-rich culture medium. On the 14th day, i.e., the end of the logarithmic growth phase, 0.37 g/l biomass was obtained. In the next stage, by transferring the cells to a nitrogen-free culture medium and exposed to intense light radiation of 20,000 lux, the necessary conditions were provided for the accumulation of secondary carotenoids in the cells. Then, by repeating the same culture, the required amount of biomass for the biorefinery development was obtained. The pigment extraction step was performed by combining two mechanical methods of cell degradation by first degrading the microalgae cell wall using a vibrating mill and then extracting the pigment content with ethanol solvent-exposed to ultrasonic probe. Solid recovery after this process was 74.1%. The total carotenoid amount was 10.2 mg / g of raw biomass, consisting 81.5% and 14.1% astaxanthin and canthaxanthin, respectively. The potential for ethanol production from the biomass of Chlorella zofingiensis microalga was also investigated after pigment extraction. For this purpose, first, the total carbohydrate content was measured, and then, the residual biomass from pigment extraction was subjected to enzymatic hydrolysis. Through two methods. In the first method, only the starch part of the biomass was hydrolyzed using starch hydrolyzing enzymes, whereas in the second method, the cellulose part and then the starch part was hydrolyzed. The liquids phases obtained from the enzymatic hydrolysis process were fermented using Saccharomyces cerevisiae for 72 h. As expected, the yield of sugar and ethanol produced from the second method's hydrolysis was higher than the first method. The best sugar content ??for the first and second hydrolysis methods were 9.5 and 23.8, g/l respectively. For ethanol, these corresponding content ??were 3.9 and 9.5 g/l, respectively. Through this biorefinery approach based on 1 Kg of the raw Chlorella zofingiensis biomass, 8.3 g of Astaxanthin pigment, 1.4 g of Canthaxanthin pigment, 142.6 g ethanol, and 333.3 g protein rich solid that is stubble for bio-methane production can be obtained.
هدف این پژوهش توسعه پالایشگاه زیستی بر پایه ریز­جلبک کلرلا­ زوفینجینسیس بود. به این منظور، طراحی فرآیند­ها با محوریت القاء و استخراج ترکیبات با ارزش داخل سلولی ریزجلبک کلرلازوفینجینسیس در کشت دو مرحله­ای اوتوتروف بررسی شد. در ابتدا رشد ریزجلبک کلرلازوفینجینسیس در شدت نور متوسط 4000 لاکس و در محیط کشت غنی از نیتروژن انجام شد که در روز چهاردهم یعنی انتهای فاز رشد لگاریتمی غلظت 37/0 گرم وزن خشک به ازای لیتر محیط کشت حاصل شد. در مرحله بعد با انتقال سلول­ها به محیط کشت عاری از نیتروژن و در معرض تابش نور شدید 20000 لاکس شرایط لازم جهت تجمع کاروتنوئید­های ثانویه درون سلول­ها مهیا شد و در روز 14ام مقدار این رنگدانه­ها نسبت به روز اول 8/96% افزایش یافت. در ادامه با تکرار همین کشت مقدار زیست­توده لازم جهت توسعه پالایشگاه زیستی حاصل شد. مرحله استخراج رنگدانه با ترکیب دو روش مکانیکی تخریب سلولی انجام شد به این صورت که ابتدا با استفاده از آسیاب لرزشی دیواره سلولی ریزجلبک تخریب شده و در ادامه با حلال اتانول در معرض اولتراسونیک پرابدار، محتوای رنگدانه استخراج شد، بازیابی جامد بعد از این فرآیند 1/74% شد. مقدار کاروتنوئید کل برابر 2/10 میلی­گرم به ازای گرم زیست­توده اولیه بود که به ترتیب از 5/81­% و 1/14­% آستازانتین و کاتازانتین تشکیل شده است. همچنین پتانسیل تولید اتانول از زیست­توده ریزجلبک کلرلا زوفینجینسیس بعد از استخراج رنگدانه مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، ابتدا محتوای کربوهیدرات کل اندازه­گیری شد و سپس، زیست توده باقی مانده از استخراج رنگدانه تحت فرآیند هیدرولیز آنزیمی قرار گرفت. زیست­توده باقی مانده به دو روش هیدرولیز گردید، در روش اول با استفاده از آنزیم­های هیدرولیز کننده نشاسته تنها بخش نشاسته­ای زیست­توده هیدرولیز شد، اما در روش دوم ابتدا بخش سلولزی و سپس بخش نشاسته­ای هیدرولیز شد. مایعات قندی به دست آمده از فرآیند هیدرولیز آنزیمی با استفاده از مخمر ساکارومایسیس سرویسیه به مدت 72 ساعت تحت تخمیر قرار گرفت. همان گونه که انتظار می­رفت بازده قند و اتانول تولیدی از هیدرولیزیت به دست آمده از روش دوم بالا­­تر از روش اول بود. برای دو غلظت جامد هیدرولیز شده 50 و 100 گرم بر لیتر بهترین مقادیر گلوکز برای روش­های اول و دوم هیدرولیز به ترتیب 5/9 و 8/23 گرم بر لیتر حاصل شد. برای اتانول این مقادیر به ترتیب 9/3 و 5/9 گرم بر لیتر به دست آمد. در پالایشگاه زیستی انجام شده به ازای هر کیلوگرم زیست­توده ریزجلبک کلرلا­زوفینجینسیس ، 3/8 گرم رنگدانه آستازانتین، 4/1 گرم رنگدانه کانتازانتین، 6/142 گرم اتانول و 3/333 گرم جامد غنی از پروتئین مناسب برای تولید بیومتان، بیوهیدروژن یا خوراک دام، حاصل می­شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی