شماره ركورد
25323
شماره راهنما
BIOTECH2 391
عنوان
بهبود توليد بوتانول زيستي از اوليگومرهاي محلول حاصل از پيشفرآوري اتوهيدروليز با استفاده از آنزيم هاي سلولاز تثبيت شده
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي - بيوتكنولوژي
دانشكده
علوم و فناوري هاي نوين
تاريخ دفاع
1404/07/26
صفحه شمار
84 ص .
استاد راهنما
حميد اميري دستنائي , اصغر طاهري كفراني
كليدواژه فارسي
بوتانول زيستي , كلستيريديوم استوبوتيليكوم , ليگنوسلولز , تثبيت آنزيم , اليگومرهاي محلول سلولز
چكيده فارسي
اين پژوهش با هدف بهبود توليد بوتانول زيستي از پسماندهاي ليگنوسلولزي (باگاس نيشكر و بلال ذرت) از طريق تثبيت آنزيم سلولاز و استفاده از آن در هيدروليز آنزيمي انجام شد. در ابتدا تركيب شيميايي زيستتودهها بر اساس روش استاندارد تعيين گرديد و درصد سلولز، هميسلولز و ليگنين آنها محاسبه شد. سپس پنج نانوحامل مختلف شامل نانوذرات اكسيد آهن، پليآنيلين-اكسيد آهن، پلي آنيلين-نانولوله كربني چند ديواره-اكسيد آهن ، اكسيد آهن با پوشش نانوسلولز و بيدهاي كيتوسان-اكسيد آهن سنتز شدند. آنزيم سلولاز به دو روش فيزيكي و كووالانسي تثبيت گرديد و فعاليت آن سنجيده شد. نتايج نشان داد تثبيت آنزيم بر روي بستر پليآنيلين-نانولوله كربني چندديواره-اكسيد آهن بهترين كارايي را داشته است. نتايج آزمايشها نشان داد كه آنزيم تثبيتشده بهطور متوسط ميتواند تا سه چرخه متوالي مورد استفاده قرار گيرد، بدون آنكه بيش از 60٪ از فعاليت خود را از دست دهد، در حالي كه آنزيم آزاد تنها براي يكبار مصرف قابل استفاده بود. همچنين شرايط بهينه براي آنزيم تثبيتشده شامل دماي 50 درجه سانتيگراد و pH بين 5/4 و 5 تعيين شد. مقايسه هيدروليز نشان داد كه در مايع اليگومري حاصل از باگاس نيشكر، استفاده از آنزيم آزاد منجر به توليد 21/3 گرم در ليتر زايلوز و 9 گرم در ليتر گلوكز شد، در حاليكه آنزيم تثبيتشده 22/5 گرم در ليتر زايلوز و 55/6 گرم در ليتر گلوكز توليد كرد. در مورد بلال ذرت نيز هيدروليز مايع اليگومري با آنزيم آزاد منجر به توليد 8/8 گرم در ليتر زايلوز و 6/11 گرم در ليتر گلوكز شد. از طرف ديگر هيدروليز آنزيمي مايع اليگومري هيدروليز شده با آنزيم تثبيتشده 33/6گرم در ليتر زايلوز و 55/10 گرم در ليتر گلوكز آزادسازي كرد. محلولهاي قندي حاصل براي كشت باكتري كلستريديوم استوبوتيليكوم بهعنوان سوبسترا مورد استفاده قرار گرفتند. آزمون كروماتوگرافي گازي (GC) نشان داد كه بيشترين توليد ABE در شرايط بهينه برابر با 6/9 گرم در ليتر، كه شامل 7/2 گرم در ليتر استن، 1/3 گرم در ليتر بوتانول و 8/3 گرم در ليتر اتانول بهدست آمد. در مجموع، تثبيت آنزيم سلولاز بر روي بسترهاي نانومغناطيسي نهتنها موجب افزايش بازده هيدروليز و توليد قندهاي تخميري گرديد، بلكه امكان بازيابي و استفاده مجدد از آنزيم را نيز فراهم ساخت و به بهبود توليد بوتانول زيستي كمك نمود.
كليدواژه لاتين
Biofuel , Clostridium acetobutylicum , Lignocellulose
عنوان لاتين
Improving bio-butanol production using enzymes immobilized in soluble oligomers resulting from autohydrolysis preprocessing
گروه آموزشي
زيست فناوري
چكيده لاتين
Absatract
This study was conducted with the aim of enhancing biobutanol production from lignocellulosic residues (sugarcane bagasse and corn cobs) through cellulase enzyme immobilization and its application in enzymatic hydrolysis. First, the chemical composition of the biomasses was determined based on the standard NREL method, and the percentages of cellulose, hemicellulose, and lignin were calculated. Subsequently, five different nanocarriers were synthesized, including iron oxide nanoparticles, polyaniline–iron oxide, polyaniline–multi-walled carbon nanotube–iron oxide, iron oxide coated with nanocellulose, and chitosan–iron oxide beads. Cellulase was immobilized using both physical adsorption and covalent bonding via EDC–NHS coupling, and its activity was measured using the DNS assay and spectrophotometry at 530 nm. The results indicated that immobilization on the polyaniline–multi-walled carbon nanotube–iron oxide substrate exhibited the highest efficiency. The immobilized enzyme could be reused for up to three consecutive cycles without losing more than 60% of its activity, whereas the free enzyme was only reliable for a single use. The optimal conditions for the immobilized enzyme were determined to be a temperature of 50 °C and a pH range between 4.5 and 5. Hydrolysis comparison showed that in the oligomeric liquid derived from sugarcane bagasse, free enzyme produced 3.21 g/L xylose and 9 g/L glucose, while the immobilized enzyme yielded 5.22 g/L xylose and 6.55 g/L glucose. Similarly, for corn cobs, hydrolysis with the free enzyme resulted in 8.8 g/L xylose and 11.6 g/L glucose, whereas the immobilized enzyme released 6.33 g/L xylose and 10.55 g/L glucose. The resulting sugar solutions were used as substrates for Clostridium cultivation. Gas chromatography (GC) analysis revealed that under optimal conditions, the highest ABE production reached 9.8 g/L, accompanied by 2.7 g/L acetone, 3.1 g/L butanol, and 4.5 g/L ethanol. Overall, cellulase immobilization on nanomagnetic supports not only enhanced hydrolysis efficiency and fermentable sugar yield but also enabled enzyme recovery and reuse, thereby contributing to improved biobutanol production.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
149992
نويسنده