پژوهش user6-763

یکشنبه 7 آبان 1396 ساعت 18:07
۶- سرعت و راندمان تولید بالا.با این حال تولید پروتئین تک یاخته با کیفیت و بازدهی بالا نیازمند انتخاب میکروارگانیسم و سوبسترای مناسب و انتخاب روش مناسب برای تخمیر می باشد.۱-۲- تاریخچه اصطلاح پروتئین تک یاخته اولین بار توسط پروفسور […]

  

سایت دانلود پژوهش ها و منابع علمی

سایت دانلود پژوهش ها و منابع علمی دانشگاهی فنی تخصصی همه رشته ها – این سایت صرفا جهت کمک به گردآوری داده ها برای نگارش پژوهش های علمی و صرفه جویی در وقت پژوهشگران راه اندازی شده است

پژوهش user6-763

پژوهش user6-763

۳- کاهش مشکلات زیست محیطی 
بیشتر ضایعات کشاورزی و بقایای محصولات سرشار از پلی ساکارید هستند که می توانند منبع بالقوه انرژی به عنوان خوراک دام باشند ]۱۲[. از میان آن ها ضایعات سلولزی بسیار مهم هستند. پتانسیل این نوع از مواد می تواند به وسیله این حقیقت برجسته تر شود که حدود ۴۰ درصد از مواد آلی که در سطح زمین یافت می شود سلولزی می باشد ]۱۳[. ترکیب شیمیایی وساختار فیزیکی مواد لیگنوسلولزی بسیار وسیع است. اکثریت آن ها شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین هستند. سلولز می تواند دارای ساختار کریستالی یا آمورف باشد که قبل از استفاده با برخی از روش ها ساختار کریستالی آن از بین برده می شود. از جمله این مواد سلولزی که در فرآیند تولید پروتئین تک یاخته استفاده می شوند می توان به پوسته غلات، سبوس گندم، باگاس نیشکر و تفاله چغندر اشاره کرد ]۱۰[.
۲-۲-۱- باگاس (تفاله) نیشکر
باگاسـکه مگاسهم نامیده می شودـ باقیمانده فیبری حاصل از استخراج شکر از نیشکر است ]۱۴.[ این واژه عموما به معنی زباله، پسماند وتفاله است ودراصطلاح مدرن معنای آن به محصول فرعی نیشکر محدود شده است. سالانه حدود ۷۰ درصد تولید شکر در سراسر جهان از نیشکر و ۳۰ درصد از چغندر حاصل می شود. بنابراین نیشکر اولین محصول قندی مهم می باشد با این حال در مقایسه با پوسته غلات که جایگزین بخش عمده ای از خوراک دام شده است، باگاس یا همان تفاله نیشکرخیلی اوقات ارزش گذاری نمی شود. کارخانجات تولید شکر به ازای هر ۱۰ تن نیشکر، نزدیک به ۳ تن باگاس مرطوب تولید می کنند. در کشورهایی که از نظر صنعت نیشکر وسیع هستند، ضایعات آن ها می تواند بخش عمده ای از سوبسترای لازم برای تولید پروتئین میکروبی را تأمین کند ]۱۵[. برزیل و هند بیشترین اراضی نیشکر را در دنیا دارا هستند. در کشور هند حدود ۳۵۰۰۰۰۰ هکتار از زمین های کشاورزی را کشت نیشکر به خود اختصاص داده است ]۱۶[.
جدول 1-2: مواد متشکله باگاس نیشکر ]۱۴[
ترکیبات مقدار(٪ وزنی)
سلولز ۵۵-۴۵همی سلولز ۲۵-۲۰لیگنین ۲۴-۱۸خاکستر ۴-۱
گرچه ۷۵-۶۰% باگاس را سلولز و همی سلولز تشکیل می دهند (جدول ۲-۱)، به دلیل حضور لیگنین خاصیت هضم پذیری پایینی دارد ]۱۲[. بسیاری از کارخانجات تولید کننده شکر نیشکری مقداری از باگاس تولیدی خود را جهت تولید بخار و به عنوان سوخت مصرف می کنند. این کارخانجات اغلب از این ماده جهت تولید برق اضافی و صدور آن به شبکه سراسری برق استفاده می نمایند. استفاده از باگاس در تولید مواد عایق کننده جهت خانه سازی نیز اولین بار در سال ۱۹۲۲ در امریکا متداول شد و سپس گسترش پیدا کرد. از این ماده در تولید خوراک دام، کود باغبانی، تهیه بستر دامداری ها و مرغداری های صنعتی و نیز به عنوان جاذب مواد محترقه در مهمات سازی نیز استفاده شده است. این ماده به عنوان بستر مناسبی جهت تولید قارچ خوراکی نیز شناخته می شود. به دلیل آنکه این ماده غنی از مواد آلی است ماده اولیه مناسبی جهت فرآیند تولید متان به طریق زیستی و سوخت زیستی بی هوازی نیز می باشد. آلکانوئیدها، آنتی بیوتیک هایی نظیر پنی سیلین، ترکیبات معطر، گلوتامین واسیدهای آلی زیادی از باگاس نیشکر تولید شده اند. یکی دیگر از کاربردهای باگاس تولید پروتئین
غنی شده و آنزیم است. هم چنین برای تولید سوخت های زیستی نظیر اتانول نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از روشهای تخمیری از این ماده آنزیم هایی نظیر سلولاز، پراکسیداز، زایلاتاز و... نیز تولید شده، به عنوان مثال با کشت قارچ های آسپرژیلوس، پنی سیلیومو تریکودرمابر روی باگاس و با روش تخمیر حالت جامد می توان به خوبی آنزیم زایلاناز را تولید کرد. محققان همچنین در تحقیقی به این نتیجه مهم دست یافتند که میتوان از باگاس نیشکر به عنوان یک ماده حمایتی جهت رشد درختان سیب استفاده کرد. کربن فعال که ماده مصرفی بسیار مهمی است نیز از باگاس نیشکر تولید شده است ]۱۷,۱۶[.
۲-۲-۲- ترکیبات لیگنوسلولزی باگاس
ترکیب لیگنوسلولزی با توجه به نوع سوبسترا و گونه گیاهی و همچنین، شرایط رشد، خاک، آب و هوا، کود مورد استفاده، زمان برداشت و غیره متفاوت می‌باشد ]۱۸.[ در حالت کلی زیست توده لیگنوسلولزی شامل سلولز، همی‌سلولز و لیگنین می باشد که به عنوان سه ترکیب اصلی پلیمر طبیعی شناخته می شود ]۱۹.[
۲-۲-۲-۱- سلولز
فیبرهای سلولز حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد از وزن خشک ماده لیگنوسلولزی را تشکیل می‌دهند. سلولز یک قند هموپلیمری خطی می‌باشد که از پیوندهای –Glycosidic۴-۱ واحدهای β-D-Glucopyranose تشکیل شده است (شکل ۲-۱). جهت‌گیری پیوندها و اضافه شدن پیوند هیدروژنی، این پلیمر را به پلیمری سخت و مقاوم در برابر شکستن تبدیل نموده است ]۲۰.[

شکل ۲-۱: شماتیکی از ساختار سلولز ]۲۰[
۲-۲-۲-۲- همی‌سلولز
همی‌سلولز به عنوان دومین پلیمر در حدود ۲۵ تا ۳۵ درصد وزن خشک ترکیبات لیگنوسلولزی را تشکیل می‌دهد. همی‌سلولز شامل مخلوطی از چندین مونوساکارید نظیر قندهای پنج کربنی زایلوز، مانوز و آرابینوز و مقداری قندهای شش کربنی گالاکتوز و گلوکز می‌باشد، همچنین، زایلوز اصلی‌ترین قند پنج کربنی بدست آمده از همی‌سلولز می‌باشد (شکل۲-۲). همی‌سلولز به دلیل ساختار شاخه‌ای و بی‌شکل نسبت به سلولز راحت تر هیدرولیز می‌شود ]۲۰.[

شکل ۲-۲: شماتیکی از ساختار همی‌سلولز ]۲۰[
۲-۲-۲-۳- لیگنین
لیگنین، پلیمر آروماتیکی سنتز شده از فنیل پروپانوئید است،که حدود ۱۵ تا ۲۵ درصد از وزن خشک زیست توده لیگنوسلولزی را تشکیل می‌دهد. واحدهای شیمیایی فنیل پروپان موجود در لیگنین به شکل کاملاً پیچیده و شبکه‌ای به هم پیوند خورده‌اند (شکل۲-۳). شبکه قطبی و بهم پیچیده لیگنین شامل گروه‌های تابعه نظیر هیدروکسیل، متوکسیل و کربنیل می‌باشد ]۲۱.[

شکل۲-۳: شماتیکی از ساختار لیگنین ]۲۱[
در شکل ۲-۴ وضعیت قرارگیری سلولز، همی سلولز و لیگنین نسبت به هم رانشان می دهد.

شکل ۲-۴: شماتیکی از وضعیت قرارگیری سلولز، همی سلولز و لیگنین ]۲۲[
2-3- میکروارگانیسم
یکی از پارامترها در تولید پروتئین تک یاخته نوع میکروارگانیسم می باشد. اگرچه امروزه بدبینی در مورد استفاده از میکروارگانیسم ها به عنوان ماده غذایی بطور قابل ملاحظه ای کم شده است ولی با این حال هنوز در بسیاری از کشورها موانع فیزیولوژیک زیادی بر سر راه استفاده از میکروارگانیسم ها به عنوان یک ماده غذایی وجود دارد .دستیابی به میکروارگانیسم های مناسب یک عامل کلیدی جهت رقابت با سایر منابع پروتئینی می باشد.
مخمرها اولین میکروارگانیسم هایی هستند که در قرن اخیر برای تأمین خوراک حیوانات مهم تشخیص داده شدند. در طول جنگ جهانی اول، آلمان نیمی از منابع پروتئینی خود را به وسیله مخمرها تأمین کرد. برتری مخمرها به دلیل اندازه بزرگ آن ها –که سبب استخراج راحت تر می شود– میزان اسید نوکلئیک پایین، مقدار بالای اسیدهای آمینه موجود در آن و توانایی رشد آن ها در محیط اسیدی است. با این حال، مهم ترین برتری مأنوس بودن و قابل پذیرش بودن آن ها به دلیل پیشینه طولانی استفاده ازآن ها در تخمیرهای سنتی است. از جمله معایب مخمرها هم می توان به سرعت رشد پایین، محتوای پروتئینی پایین و میزان پایین اسید آمینه متیونین نسبت به باکتری ها اشاره کرد. مخمرهایی نظیرساکرومایسیس سرویسیه، تورولا، گونه های کاندیدا و ... برای این کار استفاده شده اند ]۴[. به عنوان مثال Kurbanoglu (۲۰۰۱) برای تولید پروتئین تک یاخته از مخمر کاندیدا یوتیلیس استفاده کرد ]۲۳[. Ghaly و Kamal (۲۰۰۴) نیز از رشد مخمر کلایورومایسیس فراجیلیس بر روی آب پنیر اسیدی پروتئین تک یاخته تولید کردند ]۲۴[.
باکتری ها عموما دارای پروتئین بالا (۵۰ تا ۸۰ درصد) و سرعت رشد قابل توجهی هستند. اما معایبی هم دارند که استفاده از آن ها را با شک و تردید همراه کرده است. سلول های باکتری دارای سایز کوچک و دانسیته پایین هستند که این ویژگی استخراج آن ها را از محیط تخمیر سخت و هزینه بر می سازد. هم چنین باکتری ها دارای اسید نوکلئیک بالایی نسبت به مخمر و قارچ هستند که کاهش آن نیازمند اضافه شدن مراحل کار بوده که باعث بالا رفتن هزینه می شود. از سوی دیگر اکثر مردم بر این باور هستند که تمامی باکتری ها مضر و بیماری زا هستند که برنامه ریزی گسترده ای برای از بین بردن چنین باوری از اذهان مردم نیاز است. از جمله باکتری های مورد استفاده در این زمینه می توان به گونه های سلولوموناس، اسینتوباکتر، باسیلوس، لاکتوباسیلوس و ... اشاره کرد ]۴[. به عنوان مثال Rodriguez و همکارانش (۱۹۹۲) از باکتری های سلولوموناس فلاویجنا و زانتوموناس برای تولید پروتئین تک یاخته استفاده کردند ]۲۵[.
قارچ های رشته ای نیز به دلیل استخراج راحت برای تولید پروتئین میکروبی مورد استفاده قرار گرفته اند. اما سرعت رشد پایین‌، میزان پروتئین پایین و غیرقابل پذیرش بودن، از جمله موانع استفاده از آن هاست. فروش پروتئین قارچی برای مصرف انسان در سال ۱۹۸۵ در انگلستان و در سال های بعدی در سایر کشورهای اروپایی )بلژیک۱۹۹۲، هلند۱۹۹۳، ایرلند۱۹۹۴، سوئیس ۱۹۹۵ و سوئد ۱۹۹۸) مورد تأیید قرار گرفت. بیش از این پروتئین قارچی، با نام تجاری کورن یک دهه بود که در انگلستان تولید می شد و به عنوان جایگزین گوشت در بسیاری از فرآورده های غذایی از قبیل سوسیس استفاده می شد. در سال ۱۹۹۸ اداره کل غذا و داروی آمریکا (FDA) استفاده از پروتئین قارچی را برای استفاده در تولید غذای انسان تأیید کرد. گونه های رایزوپوس، آسپرژیلوس، تریکودرما و ... از جمله قارچ های مورد استفاده در این زمینه هستند ]۴,۲۶[. Yakoub khan و Umar dohat (۲۰۱۰) از کپک پنی سیلیوم اکسپانسوم به منظور تولید پروتئین تک یاخته بهره بردند ]۲۷[.
جلبک ها به دلیل داشتن دیواره سلولی سلولزی که برای انسان غیرقابل هضم هستند، زیاد مورد استفاده قرار نگرفته اند. آن ها همچنین دارای فلزات سنگین هستند. برای پژوهش های بیولوژیکی بیشتر از میکروجلبک ها استفاده می شود.آن ها بسیار متنوع هستند به طوری که انواع گونه های آنها به میزان ۲۲۰۰۰ تا ۲۶۰۰۰ تخمین زده شده است. تولید سالانه جهانی تمامی انواع میکروجلبک ها حدود 000/10 تن بر سال تخمین زده شده است ]۲۸[. بیش از ۷۵% تولید سالانه توده زیستی میکروجلبک برای تولید پودرها، کپسول ها و پاستیل مورد استفاده قرار می گیرد. دو نوع از جلبک ها که بیشتر برای تولید پروتئین تک یاخته مورد استفاده قرار می گیرد، جلبک تک سلولی سبز کلرلا و جلبک سبز- آبی رشته ای اسپیرولینا می باشد. پروتئین جلبک دارای کیفیت بالا و قابل مقایسه با پروتئین گیاهی است. با این حال، هزینه های بالای تولید به دلیل دشوار بودن فرآیند، موجب شده است که کشت جلبک برای تولید پروتئین هنوز توسعه نیافته باشد ]۳۰,۲۹[.
همچنین استفاده از محیط کشت مخلوط میکروارگانیسم ها نیز برای تولید پروتئین تک یاخته استفاده شد. به عنوان مثال Nudel و همکارانش (۱۹۸۷) از محیط کشت مخلوط مخمرها و قارچ ها برای تولید پروتئین تک یاخته استفاده کردند و میزان تولید پروتئین را برای کشت های منفرد و مخلوط گزارش دادند ]۳۱[. در بررسی دیگری که توسط Noparatnarapor و همکارانش (۱۹۸۷) بر روی ضایعات چغندر انجام گرفت از محیط کشت مخلوط از رودوسیکلوس جلاتینوسو رودوباکتر اسفائرویدس استفاده شد ]۳۲[.
در جدول ۲-۲ میزان پروتئین، چربی، خاکستر و اسید نوکلئیک پروتئین تک یاخته حاصل از جلبک ها، قارچ ها، باکتری ها و مخمرها لیست شده است.
جدول ۲-۲: میانگین ترکیبات مختلف حاصل از میکروارگانیسم ها (%) ]۴[
ترکیبات مخمر جلبک قارچ باکتری
پروتئین ۵۵-۴۵ ۴۰-۶۰ ۳۰-۴۵ ۵۰-۶۵
چربی ۲-۶ ۷-۲۰ ۲-۸ ۱-۳
خاکستر ۵-۱۰ ۸-۱۰ ۹-۱۴ ۳-۷
اسید نوکلئیک ۶-۱۲ ۲-۸ ۷-۱۰ ۸-۱۲
جدول2-3 به مقایسه انواع میکروارگانیسم ها برای تولید SCP بر اساس پارامترهای سرعت رشد، سوبسترا،
محدوده pH و سمیت می پردازد.
جدول 2-3: مقایسه پارامترهای مختلف برای تولید SCP از میکروارگانیسم ها ]۱[
پارامتر جلبک باکتری مخمر کپک
سرعت رشد پایین بالا تقریباً بالا پایین تر از باکتری ها و مخمرها
سوبسترا سوبستراهای سبک، دی اکسید کربن، مواد غیرآلی طیف وسیع سوبستراها طیف وسیع سوبستراها به غیر از دی اکسید کربن تمامی مواد لیگنوسلولزی
محدوده pH بالاتر از ۱۱ ۷-۵ ۷-۵ ۸-۳
سمیت - اندوتوکسین در باکتری های گرم منفی - مایکوتوکسین ها در بسیاری از گونه ها
در جدول 2-4 انواع میکروارگانیسم ها و سوبستراهای مورد استفاده برای تولید SCP نشان داده شده است.
جدول 2-4: میکروارگانیسم ها و سوبستراهای مورد استفاده برای تولید SCP ]۴[
میکروارگانیسم سوبسترا
باکتری Aeromonas hydrophylla لاکتوز
Acromobacter delvacvate -nآلکان ها
Acinetobacter calcoacenticus اتانول
Bacillus megaterium ترکیبات نیتروژنی غیر پروتئینی
Bacillus subtilis, Cellulomonas sp, Flavobacterium sp, Thermomonospora fusca سلولز، همی سلولز
Lactobacillus sp گلوکز، آمیلوز، مالتوز
Methylomonas methylotrophus, M.clara متانول
Pseudomonas fluorescens اوریک اسید و سایر ترکیبات نیتروژنی غیرپروتئینی
Rhodopseudomonas capsulata گلوکز
قارچ Aspergillus fumigatus مالتوز، گلوکز
Aspergillus niger, A.orysae, Cephalosporium eichhorniae, Chaetomium cellulolyticum سلولز، همی سلولز
Penecillium cyclopium گلوکز، لاکتوز، گالاکتوز
Rhizopus chinensis گلوکز، مالتوز
Scytalidium aciduphlium, Thricoderma varidae, Thricoderma alba گلوکز، پنتوز
مخمر Amoco torula اتانول
Candida tropicalis مالتوز، گلوکز
Candida utilis گلوکز
Candida novellas -nآلکان ها
Candida intermedia لاکتوز
Saccharomyces cereviciae لاکتوز، پنتوز، مالتوز
جلبک Chlorella pyrenoidosa, Chlorella sorokiana, Chondrus crispus, Scenedesmus sp
کربن دی اکسید
Spirulina sp., Porphyrium sp. فتوسنتز
2-4- فرآیند تولید
برای تولید SCP باید مراحل مختلفی انجام شود اما به طور کلی فرآیند تولید SCP را می توان به سه مرحله تقسیم کرد:
۱- آماده سازی محیط کشت و سوبسترا
۲- تخمیر
۳- جداسازی و فرآیندهای پایین دستی
2-4-1- آماده سازی محیط کشت
در این مرحله باید سوبسترا که منبع کربن فرآیند می باشد و میکروارگانیسم مناسب برای این کار انتخاب شود. پس از انتخاب میکروارگانیسم و سوبسترا باید محیط کشت مناسب برای رشد آماده شود. گاهی برای تولید پروتئین تک یاختهاز سوبستراهای لیگنوسلولزی استفاده می شود. که به دلیل برخی خواص فیزیکی و شیمیایی نظیر غیرقابل حل بودن در آب، نیاز آن ها به آسیاب کردن و لیگنین زدایی، استفاده از آن ها نسبت به سایر سوبستراها دشوارتر است. به منظور افزایش قابلیت هضم سلولز، این سوبستراها نیاز به عملیات پیش تیمار قبل از تخمیر دارند که باعث افزایش حلالیت لیگنین و تخریب ساختار کریستالی سلولز می شود ]۳۳[.
۲-۴-۱-۱- محیط کشت میکروارگانیسم
برای رشد و نگهداری میکروارگانیسم ها باید آن ها را در محیط های مناسب از نظر فیزیکی و شیمیایی کشت داد. برای تهیه محیط کشت مناسب هر فرآیند تخمیری، بررسی دقیق جداگانه لازم است، اما برخی نیازهای اساسی اولیه برای تمام محیط های کشت مشترک است. تمام میکروارگانیسم ها به آب، منبع انرژی، کربن، نیتروژن و عناصر معدنی نیاز دارند. در مقیاس آزمایشگاهی، طراحی محیط کشت متشکل از ترکیبات شیمیایی خالص نسبتاً ساده است. این محیط کشت برای رشد میکروارگانیسم مناسب است، اما ممکن است برای کاربردهای صنعتی مناسب نباشد. برای نگهداری میکروارگانیسم می توان از محیط کشت مایع و جامد (آگار) استفاده کرد. در محیط کشت جامد امکان نگهداری میکروارگانیسم تا حدود شش ماه وجود خواهد داشت اما امکان نگهداری در محیط کشت مایع بسیار کمتر است ]۳۵,۳۴[.
۲-۴-۱-۲- پیش تیمار
هدف از انجام پیش تیمار تغییر و یا از بین بردن موانع ساختاری و ترکیبی مواد لیگنوسلولزی جهت افزایش بازده قندهای قابل تخمیر از سلولز و همی سلولز می باشد. ساختار کریستالی سلولز، پیوند بین همی سلولز و سلولز و پیوند لیگنین و همی سلولز باعث کاهش مصرف مواد لیگنوسلولزی حین تخمیر می شود (شکل۲-۵). پیش تیمار می تواند به صورت فیزیکی، شیمیایی، فیزیکی-شیمیایی و زیستی باشد ]۳۸,۳۷,۳۶.[

شکل۲-۵: نمایی شماتیک از اثر پیش‌تیمار بر روی مواد لیگنوسلولزی ]۳۷[
به طور کلی، می‌توان پیش‌تیمار مواد لیگنوسلولزی را به چهار گروه اصلی فیزیکی، شیمیایی، فیزیکی-شیمیایی و بیولوژیکی تقسیم نمود. مزایا و معایب برخی از این روش‌ها در جدول ۲-۵ ارائه شده است.
جدول ۲-۵: مزایا و معایب برخی از روش‌های مختلف پیش‌تیمار مواد لیگنوسلولزی ]۴۰,۳۹,۳۸[
روش پیش‌تیمار مزایا معایب
فیزیکی کاهش بلوری شدن سلولز قدرت و مصرف انرژی بالا
اسید رقیق مشکل خوردگی کمتر از اسید غلیظ، تشکیل مواد بازدارنده کمتر تولید محصولات تجزیه شده، غلظت پایین قند در بخار خروجی
اسید غلیظ بازدهی بالای گلوکز، دماهای محدود قیمت بالای اسید و نیاز به بازیافت، مشکلات خوردگی در راکتور
قلیایی افزایش هضم سلولز، کاهش کریستالی و تخریب ساختمان لیگنین، احتیاج به راکتورهای پیچیده و پرهزینه ندارد مصرف زیاد انرژی، نیاز به خنثی‌سازی بعد از عملیات پیش‌تیمار
ازن حذف لیگنین ضایعات کشاورزی و جنگلی، در دمای محیط صورت می‌گیرد، مواد سمی تولید نمی‌کند به دلیل نیاز به ازن پرهزینه
آب داغ مایع توانایی حذف حدود ۸۰ درصد همی‌سلولز موجود در خوراک و لیگنین‌زدایی جزئی میزان بالای انرژی مورد نیاز، مصرف آب بالا
انفجار بخار ایجاد جابجایی در لیگنین و انحلال‌پذیری در همی‌سلولز، قیمت مناسب، بازدهی بالاتر در گلوکز و همی‌سلولز، استفاده مناسب از مواد خام اولیه تولید ذرات سمی، تجزیه جزئی همی‌سلولز
بیولوژیکی تجزیه لیگنین و همی‌سلولز، انرژی مصرفی پائین، شرایط محیطی ملایم، عدم تأثیرات منفی بر محیط زیست نرخ پایین میزان پیش‌تیمار، فضای زیاد مورد نیاز جهت انجام پیش‌تیمار
هیدروکسیدسدیم، هیدروکسیدپتاسیم، هیدروکسیدکلسیم و هیدروکسیدآمونیوم از عوامل مناسب برای پیش‌تیمار قلیایی می‌باشند. مطالعات مختلف نشان داد که در میان این عوامل، هیدروکسیدسدیم بیشترین کاربرد در پیش‌تیمار قلیایی را داشت. با این حال، هیدروکسیدکلسیم نیز به عنوان یک عامل پیش‌تیمار مؤثر و کم‌هزینه شناخته شده است ]۴۰,۳۹[. مطالعات متعددی برای بررسی پتانسیل پیش‌تیمار قلیایی و اسیدی بر روی مواد لیگنوسلولزی مختلف انجام شده است.
Rodriguez و همکاران (۱۹۹۳) با استفاده از گونه سلولوموناس به تولید پروتئین تک یاخته پرداختند. سوبسترا در این تحقیق تفاله نیشکر بوده که محلول NaOH ۰/۲ و ۰/۴ مولاربرای پیش تیمار سوبسترا مورد استفاده قرار گرفت. پیش تیمار در دماهای ۳۰، ۵۵ و۸۰ و در زمان های۱۰، ۳۰ و ۶۰ دقیقه انجام شد. آن ها همچنین پیش تیمار در دمای محیط را انجام دادند و بهترین نتیجه در مدت ۴ ساعت بدست آمد ]۴۱[. در آزمایش دیگری از آن ها محلول NaOH (۱۰%) برای مدت ۱ ساعت در دمای ۱۸۰ درجه سانتی گراد روی باگاس نیشکر برای بدست آوردن بازدهی بالا استفاده شده است. در این تحقیق نیز میکروارگانیسم مورد استفاده سلولوموناس بوده است ]۴۲[.
Molina و همکاران (۱۹۸۴، ۱۹۸۰، ۱۹۸۳) بوسیله پیش تیمار باگاس با محلول NaOH (۱۰%) در دمای اتاق به تولید پروتئین تک یاخته پرداختند. بیشترین میزان پروتئین در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد به مدت ۲۴ ساعت حاصل شد. محیط کشت مخلوط از باکتری های سلولوموناس و باسیلوس سوبتیلیس برای این آزمایش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد میزان سلولز و همی سلولز قبل و بعد از پیش تیمار در تفاله نیشکر تغییری نکرد اما میزان لیگنین به میزان ۳۳% بعد از پیش تیمار کاهش یافت.آنها همچنین در تحقیق دیگری به لیگنین زدایی باگاس با استفاده از NaOH (۱%) در دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۳۰ دقیقه پرداختند. با استفاده از این روش میزان کاهش وزن خشک ۵۰% و میزان فعالیت سلولتیکی (بیانگر میزان سلولز مصرف شده به سلولز ورودی) ۷۰% گزارش شده است و میزان تولید پروتئین ۸/۷ گرم بر لیتر و پروتئین خالص به ازای سوبسترای هیدرولیز شده ۲۲% به دست آمد ]۴۴,۴۳,۳۳[.
Nesse و همکارانش (۱۹۷۷) گزارش دادند در صورت استفاده از بخار به عنوان پیش تیمار دراتوکلاو با دمای ۲۰۰-۱۳۰ درجه سانتی گراد به مدت ۵ دقیقه، توانایی سلولاز برای مصرف سلولز کود حیوانی با استفاده از آسپرژیلوس نایجر، ۱۰ تا ۱۲ برابر افزایش می یابد. اما این مقدار برای زمانی که از NaOH (۱%) برای مدت ۱ ساعت در دمای اتاق استفاده شد ۶ برابر گزارش شده است ]۴۵[.
Han و Callihan (۱۹۷۴) پیش تیمار اسیدی، قلیایی و آنزیمی و ترکیبات اکسیدکننده را بر روی باگاس به عنوان یک منبع سلولزی امتحان کردند. محیط کشت مورد استفاده در این کار محیط کشت مخلوط سلولوموناس و آلکالیجنس فیکالیس بود. تمرکز اصلی در این تحقیق بررسی غلظت های مختلف محلول NaOH و زمان های متفاوت برای پیش تیمار گزارش شده است که استفاده از NaOH (۳%) در فشار ۲۶۰psi به مدت ۵ دقیقه در دمای اتاق بهترین نتیجه را حاصل کرده است. آن ها همچنین قابلیت هضم باگاس را در نسبت های مختلفNaOH نشان دادند ]۴۶[.
Linko (۱۹۷۷) نشان داد که استفاده از محلول NaOH با غلظت پایین و زمان کوتاه باعث تورم فیبرهای سلولزی شده که نتایج بدست آمده به خوبیزمانی بود که این فیبرها با روش های دیگر ساختار کریستالی خود را از دست دادند. او اظهار داشت که پیش تیمار طولانی سبب کاهش وزن خشک به دلیل لیگنین و همی سلولز غیرقابل حل می شود ]۴۷[.
El-shawarby (۱۹۸۶) در یک فرآیند نیمه صنعتی از باگاس نیشکر برای تولید پروتئین تک یاخته استفاده کردند. میکروارگانیسم مورد استفاده در این فرآیند تریکودرما ویریدی بوده است. باگاس با استفاده از NaOH (۱%) به مدت ۸ ساعت پیش تیمار شد. مدت زمان تخمیر ۲۸ روز و میزان پروتئین حاصل ۲۸% گزارش شد ]۴۸[.
۲-۴-۲- تخمیر
به طور کلی تولید توده زیستی میکروبی از دو روش تخمیر حالت غوطه ور و یا تخمیر حالت جامد انجام می شود. انتخاب نوع روش تخمیر تا حد زیادی به نوع سوبسترا، محصولات و بازدهی بستگی دارد. پس از تخمیر، توده زیستی استخراج شده و به عنوان منبع پروتئین مورد استفاده قرار می گیرد یا تحت فرآیند های پایین دستی قرار می گیرد ]۴۹,۲[.
ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeAuth="1" ExcludeYear="1" Hidden="1"><Author>Litchfield</Author><Year>1983</Year><RecNum>40</RecNum><record><rec-number>40</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="9fstzzxw20d2fletzr15dap3z020pf5azea2" timestamp="1393002262">40</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Litchfield, John H.</author></authors></contributors><titles><title>Single-Cell Proteins</title><secondary-title>Science</secondary-title></titles><periodical><full-title>Science</full-title></periodical><pages>740-746</pages><volume>219</volume><number>4585</number><dates><year>1983</year><pub-dates><date>February 11, 1983</date></pub-dates></dates><urls><related-urls><url>http://www.sciencemag.org/content/219/4585/740.abstract</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1126/science.219.4585.740</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>2-4-2-1- تخمیر حالت غوطه ور
در این نوع از تخمیر، محیط کشت به صورت محلول، امولوسیون و یا سوسپانسیون درون محیط آبی قرار دارد و سوبسترا همیشه در مایعی که شامل مواد مغذی برای رشد است تخمیر می شود. در این حالت سوبسترا در بیورآکتوری نگه داشته می شود که بطور پیوسته، نیمه پیوسته و ناپیوسته کار می کند و زمانی که توده زیستی تولید شد با روش های گوناگون استخراج می شود. محصول به دست آمده فیلتر یا سانتریفیوژ شده و سپس خشک می شود. در تخمیر حالت غوطه ور اندازه گیری پارامترهای فرآیند ساده تر بوده و میکروارگانیسم ها در محیط کشت به صورت یکنواخت توزیع می شوند. عدم وجود مشکل کمبود رطوبت به دلیل حجم بالای آب از مزایای این نوع تخمیر است. تخمیر حالت غوطه ور سرمایه بیشتر و هزینه عملیاتی بالاتری نسبت به تخمیر حالت جامد دارد، با این وجود دارای بازده پروتئینی پایین تری است. محیط کشت شامل چندین پارامتر مهندسی شامل هم زدن، اختلاط سیستم های چند فازی (گاز، مایع، جامد)، انتقال اکسیژن از حباب های گاز به فاز مایع برای استفاده میکروارگانیسم ها و انتقال حرارت از فاز مایع به محیط اطراف است. هوادهی یک عملیات بسیار مهم در کشت است. حرارت عموما در طول کشت تولید می شود و می توان بوسیله دستگاه های خنک کننده آن را خارج کرد ]۴۹[.
2-4-2-2- تخمیر حالت جامد
تخمیر حالت جامد به معنی رشد میکروارگانیسم ها بر روی سوبسترای جامد بدون حضور آب آزاد است. با این حال، سوبسترا باید دارای رطوبت کافی برای رشد میکروارگانیسم ها باشد. فعالیت آبی سوبسترا در این نوع تخمیر مهم است. درتخمیر حالت جامد آب بسیار کم است و میکروارگانیسم ها برخلاف تخمیر غوطه ور به طور نزدیک در تماس با اکسیژن موجود در هوا هستند. این نوع تخمیر آسان تر بوده و انرژی مورد نیاز کمتری در مقایسه با حالت غوطه ور می خواهد. حجم پایین آب موجود باعث کاهش فضای اشغال شده بوسیله بیورآکتور شده، بدون اینکه بازده محصول را کاهش دهد. هوادهی و همزدن راحت تر است. یکی از جنبه های منفی SSF کندتر بودن آن نسبت به تخمیر غوطه ور است. SSF از هزاران سال قبل برای آماده سازی غذاهای محلی در کشورهای شرقی و نان، ماست و پنیر در کشورهای غربی استفاده می شد. همچنین امروزه در تولید برخی محصولات کاربرد دارد. تخمیر حالت جامد در زمینه تولید آنزیم ها، آنتی بیوتیک ها، ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeAuth="1" ExcludeYear="1" Hidden="1"><Author>Raghavarao</Author><Year>2003</Year><RecNum>61</RecNum><record><rec-number>61</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="9fstzzxw20d2fletzr15dap3z020pf5azea2" timestamp="1393002388">61</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Raghavarao, K. S. M. S.</author><author>Ranganathan, T. V.</author><author>Karanth, N. G.</author></authors></contributors><titles><title>Someengineering aspects of solid-state fermentation</title><secondary-title>Biochemical Engineering Journal</secondary-title></titles><periodical><full-title>Biochemical Engineering Journal</full-title></periodical><pages>127-135</pages><volume>13</volume><number>2–3</number><keywords><keyword>Solid-state fermentation</keyword><keyword>Microorganisms</keyword><keyword>Mass transfer</keyword><keyword>Heat transfer</keyword><keyword>Bioreactor design</keyword><keyword>Monitoring and control</keyword></keywords><dates><year>2003</year><pub-dates><date>3//</date></pub-dates></dates><isbn>1369-703X</isbn><urls><related-urls><url>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X02001250</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>http://dx.doi.org/10.1016/S1369-703X(02)00125-0</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>فعال کننده های سطحی و غیره کاربرد دارد. هم چنین برای تولید محصولات با ارزش افزوده از ضایعات استفاده می شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeAuth="1" ExcludeYear="1" Hidden="1"><Author>Pandey</Author><Year>2003</Year><RecNum>62</RecNum><record><rec-number>62</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="9fstzzxw20d2fletzr15dap3z020pf5azea2" timestamp="1393002396">62</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Pandey, Ashok</author></authors></contributors><titles><title>Solid-state fermentation</title><secondary-title>Biochemical Engineering Journal</secondary-title></titles><periodical><full-title>Biochemical Engineering Journal</full-title></periodical><pages>81-84</pages><volume>13</volume><number>2–3</number><keywords><keyword>Solid-state fermentation</keyword><keyword>General aspects</keyword><keyword>Biochemical engineering aspects</keyword><keyword>Modelling</keyword><keyword>Design of bioreactor</keyword></keywords><dates><year>2003</year><pub-dates><date>3//</date></pub-dates></dates><isbn>1369-703X</isbn><urls><related-urls><url>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X02001213</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>http://dx.doi.org/10.1016/S1369-703X(02)00121-3</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>]۵۱,۵۰[. عموماً این نوع تخمیر برای تولید غذاهای تخمیر شده نظیر محصولات لبنی، سس سویا و ذرت تخمیر شده استفاده می شود ]۵۲[.
به طورکلی چندین جنبه مهم باید در هر فرآیند بیولوژیکی درSSF مورد توجه قرار گیرد. این موارد شامل انتخاب میکروارگانیسم و سوبسترای مناسب، بهینه کردن پارامترهای فرآیند، ایزوله کردن و خالص سازی محصول است.
بسیاری از انواع میکروارگانیسم ها توانایی رشد بر سوبستراهای جامد را دارند بنابراین می توانند در تخمیر حالت جامد استفاده شوند. قارچ، مخمر، برخی از باکتری ها و ترکیب آن ها می توانند مورد استفاده قرار بگیرند اما تنها قارچ های رشته ای می توانند به طور قابل ملاحظه ای در حالت بدون آب رشد کنند. باکتری ها و مخمرها بر روی سوبستراهای جامد با سطح رطوبت ۷۰-۴۰ درصد رشد می کنند ]۵۲,۵۱[. بر مبنای تئوری و بر پایه فعالیت آبی، تنها قارچ ها و مخمرها میکروارگانیسم های مناسب برایSSF هستند. محیط کشت SSF برای باکتری مناسب نیست اما با این حال تحقیقاتی در این زمینه انجام گرفته است ]۵۰[.
بسیاری از سوبستراهای جامد می توانند برای SSF مورد استفاده قرار بگیرند که از جمله آن ها ضایعات کشاورزی می باشند. در بین این ضایعات مواد سلولزی هم می توانند مورد استفاده قرار گیرند بدون اینکه نیاز به فرآیند های پیش تیمار هزینه بر داشته باشند. زیرا محصولات SSF محلول نیستند و آسان تر از محصولات تولید شده در تخمیر غوطه ور بازیابی می شوند ]۵۲[.
تخریب سوبسترا در تخمیر حالت جامد تنها متأثر از کیفیت نیست بلکه تحت تأثیر اندازه ذرات نیز هست. ذرات با اندازه کوچک تخلخل را کاهش داده و باعث پایین آمدن نفوذ گاز می شود. در حالی که ذرات بزرگ رطوبت کندتری جذب می کنند و کمتر متورم می شوند بنابراین با خشک شدن سریع باعث رشد بهینه میکروارگانیسم می شوند. با افزایش سایز ذرات سوبسترا، سطح قابل دسترس کاهش خواهد یافت که باعث پایین آمدن فعالیت هیدرولیتیکی شده که در نتیجه آن محدود شدن ارتباط با عناصر هیدرولیز کننده است ]۱۲[.ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeAuth="1" ExcludeYear="1" Hidden="1"><Author>Bellon-Maurel</Author><Year>2003</Year><RecNum>60</RecNum><record><rec-number>60</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="9fstzzxw20d2fletzr15dap3z020pf5azea2" timestamp="1393002382">60</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Bellon-Maurel, Véronique</author><author>Orliac, Olivier</author><author>Christen, Pierre</author></authors></contributors><titles><title>Sensors and measurements in solid state fermentation: a review</title><secondary-title>Process Biochemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>Process Biochemistry</full-title></periodical><pages>881-896</pages><volume>38</volume><number>6</number><keywords><keyword>Solid state fermentation</keyword><keyword>Sensor</keyword><keyword>Control</keyword><keyword>Artificial vision</keyword><keyword>Biomass</keyword><keyword>Infrared spectrometry</keyword><keyword>Microwaves</keyword><keyword>X-rays</keyword></keywords><dates><year>2003</year><pub-dates><date>1/31/</date></pub-dates></dates><isbn>1359-5113</isbn><urls><related-urls><url>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032959202000936</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>http://dx.doi.org/10.1016/S0032-9592(02)00093-6</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>
2-4-3- جداسازی و فرآیند های پایین دستی
بعد از تخمیر، توده سلولی تولید شده توسط فیلتراسیون یا سانتریفیوژ از محیط کشت مصرف شده جدا می شود و می تواند مستقیماً بعنوان یک منبع پروتئینی مصرف شوند و یا ممکن است تحت فرآیندهای دیگر مثل شستشو، شکستن سلول، استخراج پروتئین، خالص سازی و پاستوریزاسیون قرار گیرند و بعد از عملیات خشک شدن و بسته بندی به عنوان یک منبع پروتئینی مورد استفاده قرارگیرد ]۲[.
۲-۵- رآکتورهای مورد استفاده در تخمیر حالت جامد
انواع مختلف بیورآکتورها برای تخمیر حالت جامد مورد استفاده قرار می گیرند.Durand (۲۰۰۳) مروری را در مورد طراحی رآکتورها در تخمیر حالت جامد ارائه داده است ]۵۴[. به طور کلی چهار نوع رآکتور در فرآیندهای تخمیر حالت جامد مورد استفاده قرار می گیرند که شامل رآکتورهای سینی دار، آکنده، استوانه ای دوار و بستر سیال می باشد ]۵۵[.
۲-۵-۱- رآکتورهای سینی دار
رآکتورهای سینی دار ساده ترین رآکتورهای تخمیر حالت جامد برای کاربردهای تجاری محسوب می شوند. این رآکتورها معمولا شامل سینی های کم عمقی به همراه سوبستراهای تخمیری می باشند که توسط میکروارگانیسم ها تلقیح شده است (شکل۲-۶). سطح بالای سینی ها در معرض هوا قرار دارد. سطح پایینی معمولا سوراخ می شود. رطوبت با اسپری کردن آب یا محلول استریل شده به درون محفظه کنترل شده و بنابراین در یک سطح بهینه نگه داشته می شود. در کاربردهای صنعتی رایج تخمیر حالت جامد معمولاً از این نوع رآکتورها استفاده می کنند، چون این نوع رآکتور ساده ترین نوع رآکتور بوده و دانش ها و تجربیات فراوانی در این زمینه موجود است. می توان با اضافه کردن تعداد سینی ها، فرآیندهای تولید در مقیاس بالا را با این بیورآکتورها انجام داد. نمونه های تجاری بیورآکتورهای سینی دار را می توان در صنایع تولید پنیر و آنزیم ها (سلولاز و پروتئاز) مشاهده کرد. از مزایای این بیورآکتورها می توان به ساده بودن آن اشاره کرد و اینکه در طول فرآیند نیاز به هیچ گونه کنترل دستی نمی باشد. مشکلاتی در این نوع رآکتورها وجود دارد که مهم ترین آن بالا بودن حرارت است. همچنین نبود اکسیژن کافی و غلظت بالای دی اکسید کربن از دیگر مشکلات آن است. این مشکلات بیشتر در لایه های زیرین سوبسترای روی سینی ها اتفاق می افتد که باعث مهار رشد میکروبی می شود. به همین دلیل گفته می شود که تولید محصول در لایه های سطحی سینی ها بیشتر رخ می دهد. حذف حرارت در سینی ها عمدتاً بستگی به هدایت از طریق دیواره های سینی ها به هوا دارد. مشکلات دیگر شامل خطر آلوده شدن و بازده پایین استفاده از سوبسترا که در نتیجه شارهای کم حرارتی و جرمی بوجود می آید می باشد. این بیورآکتورها می توانند بدون هوادهی اجباری باشند یا اینکه در آن ها از هوادهی اجباری استفاده شود ]۵۷,۵۶[.

شکل ۲-۶: شماتیکی از یک رآکتور سینی دار] ۵۵[
۲-۵-۲- رآکتورهای آکنده
یک بیورآکتور آکنده برای تخمیر حالت جامد، شامل ستونی با یک پایه سوراخدار به منظور هوادهی اجباری است. این بیورآکتور ممکن است دارای پوششی برای کنترل دما طی فرآیند تخمیر باشد (شکل ۲-۷). در این رآکتورها چون هوا از میان بستر پمپاژ می شود، انتقال جرم جابجایی اجباری اتفاق میافتد. کاهش تخلخل بستر با گذشت زمان یکی از مشکلات این رآکتورهاست. کار کردن با این رآکتورها به عنوان رآکتورهای پیوسته مشکل است و با کیکی شدن بستر در ستون ها، سروکار داشتن با جامد دشوار می گردد ]۵۵[.

شکل ۲-۷: شماتیکی از یک رآکتور آکنده ]۵۵[
۲-۵-۳- رآکتورهای استوانه ای دوار
در رآکتورهای استوانه ای دوار، بستر سوبسترا در داخل یک لوله افقی و یا نزدیک به افقی قرار گرفته که می تواند به طور پیوسته یا پی در پی مخلوط شود (شکل ۲-۸). تأثیر شرایط عملیاتی خصوصاً سرعت چرخش توسط محققان بسیاری مورد مطالعه قرار گرفته است. Stuart و همکارانش (۱۹۹۹) نشان دادند که اندازه تأثیر برشی که در نتیجه چرخش لوله بوجود می آید بحث انگیز است. در برخی از مطالعات سرعت بالای چرخش باعث کاهش میزان تولید محصول شده است. در برخی دیگر از مطالعات بیشترین میزان محصول در بالاترین سرعت های چرخش به دست آمد. الگوی جریان گاز در این نوع رآکتورها موضوع قابل تأمل دیگری است که باعث گرادیان های دمایی چشم گیری در بستر سوبسترا می شود. افزایش مقیاس رآکتورهای استوانه ای دوار نیز با اندازه مخزن و طراحی مکانیکی محدود می شود ]۵۸[.

شکل ۲-۸: شماتیکی از یک رآکتور استوانه ای دوار ]۵۹[
۲-۵-۴- رآکتورهای بستر سیال
بسترهای سیال گاز-جامد برای بهبود انتقال حرارت و انتقال جرم در تخمیر حالت جامد مورد استفاده قرار می گیرند. در یک بستر سیال، سرعت جریان گاز مورد نیاز برای شناورسازی به منظور تأیید مناسب بودن سرعت انتقال جرم و حرارت به اندازه کافی بالا است (شکل ۲-۹). شناورسازی مستلزم استفاده از اجزای مناسب بوده و حداقل سرعت هوا به منظور شناورسازی بالا است که نیاز به انرژی زیادی به منظور تأمین آن می باشد. هم چنین استفاده از توان بالا باعث آسیب های برشی زیادی به میکروارگانیسم ها خصوصاً قارچ ها می شود. یک بستر شناور ممکن است انتقال حرارت و جرم خوبی را فراهم کند در حالیکه مستلزم سرعت جریان گاز کمی باشد ]۶۱,۶۰[.

شکل ۲-۹: شماتیکی از یک رآکتور بستر سیال ]۵۵[
پروتئین تک یاخته حاصل از توده های زیستی مانند ضایعات کشاورزی، پتانسیل زیادی برای جایگزینی پروتئین های گیاهی و حیوانی دارد. همانطور که گفته شد از میان ضایعات، مواد لیگنوسلولزی مانند کاه جو، تفاله نیشکر، ضایعات چغندر و غیره برای تولید پروتئین تک یاخته مورد استفاده قرار گرفته اند و پیش تیمارهای مختلفی برای این نوع از سوبستراها انجام گرفته است. اما بنابر مطالعات انجام شده بررسی های کمتری در زمینه تولید پروتئین تک یاخته از این مواد در تخمیر حالت جامد انجام شده است. بخش اعظم مطالعات در محیط کشت غوطه ور انجام گرفته است. تبدیل مواد لیگنوسلولزی به پروتئین تک یاخته و دیگر مواد تخمیری فواید اقتصادی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت. موفقیت در تولید پروتئین تک یاخته با استفاده از توده های زیستی تا حد زیادی به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی سوبسترا، روش های پیش تیماری، میکروارگانیسم مناسب و بهینه سازی شرایط عملیات بستگی دارد.باتوجه به اهمیت بیورآکتورها در فرآیندهای تخمیری و افزایش بازدهچنین فرآیندهایی، استفاده از آن ها بسیار مورد توجه بوده است. طبق بررسی های انجام گرفته تولید پروتئین تک یاخته از مواد لیگنوسلولزی در بیورآکتور سینی دار تاکنون انجام نگرفته است و بدین سبب این پروژه بر مبنای آن تعریف شده است.

۳-۲- مراحل انجام پروژه
مراحل انجام پروژه به صورت خلاصه در شکل ۳-۱ نمایش داده شده است:
676275165100تعیین خصوصیات سوبسترا و اندازه گیری ترکیبات لیگنوسلولزی آن
00تعیین خصوصیات سوبسترا و اندازه گیری ترکیبات لیگنوسلولزی آن
6762751271270راه اندازی بیورآکتور سینی دار و آزمایش های تخمیر حالت جامد
00راه اندازی بیورآکتور سینی دار و آزمایش های تخمیر حالت جامد
6762752392045بهینه کردن پارامترهای عملیاتی برای رسیدن به حداکثر تولید SCP و سنجش میزان پروتئین محصول
00بهینه کردن پارامترهای عملیاتی برای رسیدن به حداکثر تولید SCP و سنجش میزان پروتئین محصول
6762753600450تولید SCP با استفاده از پارامترهای بهینه
00تولید SCP با استفاده از پارامترهای بهینه
6762754773295انجام آزمایش آمینواسید به منظور ارزیابی ارزش تغذیه ای SCP
00انجام آزمایش آمینواسید به منظور ارزیابی ارزش تغذیه ای SCP
273367579883000273367519202400027336753128645002686050430149000
شکل ۳-۱: خلاصه ای از مراحل انجام پروژه
۳-۳- تجهیزات مورد استفاده
دستگاه ها و تجهیزاتی که در این پروژه مورد استفاده قرار گرفته در جدول ۳-۱ بیان شده است.
جدول ۳-۱: تجهیزات مورد استفاده در این پروژه
دستگاه مدل کارخانه / کشور
اتوکلاو HV-25 Hirayama/ ژاپن
انکوباتور IN08 Parsazma/ ایران
شیکر انکوباتور KS4000ICONTROL IKA/ آلمان
اسپکتروفتومتر SERIES 2100 Unico/ آمریکا
آون 230V/10A Binder/ آلمان
pH متر pH212 Hanna/ آمریکا
هود JTLVC2X Jaltajhiz/ ایران
میکسر SO200-230V-EU Labnet/ آمریکا
ترازو GR-200 AND/ ژاپن
کوره L 3/11/B170 Nabettherm/ آلمان
سانتریفیوژ Z 233 M-2 Hermle/ آلمان
پمپ خلاء E2M2 Platinum/ آمریکا
سوکسوله 1081059 BI/ انگلستان
گرمکن برقی SN100196 Velp/ انگلستان
پمپ پریستالتیک RF-530 Famco/ ایران
کنترلر دیجیتالی دما SU-105IP Samwon Eng/ کره
کنترلر دیجیتالی رطوبت FOX 1H FOX/ کره
۳-۴- مواد مورد استفاده
مواد مورد استفاده در این تحقیق، نوع مواد و شرکت تولید کننده آن ها در جدول ۳-۲ ارائه شده است.
جدول ۳-۲: مواد مورد استفاده در این پروژه
نام ماده نوع ماده شرکت / کشور
عصاره مخمر Yeast extract جامد Merck/ آلمان
پپتون peptone جامد Himedia/ هند
گلوکز D-glucose جامد Scharlau/ اسپانیا
پتاسیم دی هیدروژن فسفات Potassium dihydrogen phosphate جامد Merck/ آلمان
منیزیم سولفات Magnesium sulfate جامد /Scharlauاسپانیا
سدیم کربنات Sodium carbonate جامد Merck/ آلمان
پتاسیم هیدروژن فسفات Potassium hydrogen phosphate جامد Merck/ آلمان
سدیم بی کربنات Sodium hydrogen carbonate جامد Merck/ آلمان
سدیم هیدروکسید Sodium hydroxide جامد Merck/ آلمان
سیتریک اسید Citric acid جامد Merck/ آلمان
سدیم سیترات Sodium citrate جامد /Applichemآلمان
کوماسی برلیانت بلو Coomassie Brilliant Blue G-250 جامد Merck/ آلمان
اتانول Ethyl alcohol محلول Merck/ آلمان
آگار Agar جامد Himedia/ هند
فسفریک اسید Phosphoric acid محلول Merck/ آلمان
هیدروکلریک اسید Hydrogen chloride محلول Merck/ آلمان
استون Acetone محلول Merck/ آلمان
نیتریک اسید Nitric acid محلول Merck/ آلمان
نیتروسالیسیلیک اسید 3,5-nitrosalicylic acid جامد Merck/ آلمان
بوین سرم آلبومین Bovine Serum Albumin جامد Merck/ آلمان
سدیم پتاسیم تارتارات Sodium potassium tartrate جامد Merck/ آلمان
۳-۵- سوبسترا
سوبسترای مورد استفاده در این پروژه باگاس نیشکر بود (شکل ۳-۲). این ماده از کارخانه آبزیان شمال (بابل) تهیه و پیش از استفاده چندین بار با آب مقطر شستشو گردید. سپس در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد در آون قرار داده شد. پس از گذشت ۲۴ ساعت ساییده و به ذرات ریزتر تبدیل شد و تا زمان استفاده در کیسه پلاستیکی در دمای محیط نگه داری گردید.

دسته‌بندی نشده

No description. Please update your profile.

LEAVE COMMENT

نظرات (0)
امکان ثبت نظر جدید برای این مطلب وجود ندارد.