۳۱/۲۷

 

۶۰/۲

 

۷۱/۰

 

۹۵/۲۳

 

۰/۹

 

 

 

۰۲/۷۲

 

۰۳/۰

 

۲۷/۰

 

۷۶/۳۲

 

۳۸/۳۰

 

۶۰/۲

 

۷۹/۰

 

۱۸/۲۴

 

۰/۱۱

 

 

 

YX/S (گرم بر مول): بازده بیومس از سوبسترا، YP/S, exp (مول بر مول): بازده محصول تجربی، YP/S, th (مول بر مول): بازده محصول تئوری، η (%): راندمان تبدیل سوبسترا به محصول (η =YP/S, exp/YP/S, th)، YP/X (میلی مول بر گرم): بازده تولید محصول از بیومس، q (میلی مول برگرم بر ساعت): نرخ تولید ویژه، EtOH/Ac (مول بر مول): نسبت اتانول به استات
شکل ‏۴‑۹: نسبت تولید اتانول به استات در باکتری لانگالی با بهره گرفتن از غلظتهای مختلف فروکتوز
▲: ۰/۱، ■: ۰/۳، ♦: ۰/۵، ▼: ۰/۷، ×: ۰/۹، ●: ۰/۱۱ گرم بر لیتر و __: رگرسیون
تاثیر همزمان عوامل کاهنده[۳۰۷] و pH
پائین آوردن پتانسیل کاهشی محیط رشد یکی از مراحل مهم در کشت ارگانیزمهای به شدت بی هوازی است. برای این منظور، از عوامل کاهنده به عنوان یکی از اجزای ضروری محیط کشت برای کم کردن پتانسیل کاهشی محیط و تغییر مسیر جریان الکترونها استفاده می گردد. برای مطالعه این موضوع، اثرات همزمان عوامل کاهنده (سدیم سولفید (۶۷/۱-۰/۰ میلی مول در لیتر) و/یا سیستئین اسیدی (۰۷/۵-۵۴/۲ میلی مول در لیتر)) و pH اولیه محیط کشت (۹/۵ یا ۸/۶) روی فرایند تخمیر گاز سنتز با بهره گرفتن از باکتری لانگالی بررسی گردید.
پایان نامه - مقاله - پروژه
رشد سلول
پروفایل رشد سلولی برای محیطهای کشت مختلف که با عوامل کاهنده متفاوت کاهیده شدند در pH های اولیه ۸/۶ و ۹/۵ در شکلهای ۴-۱۰ الف و ب نشان داده شده اند. همان طور که قبلا اشاره شد برای تلقیح این محیطهای کشت از سلولهایی استفاده گردید که از بیوراکتور در حال کار با گاز سنتز برداشته شدند. این سلولها که به مصرف گاز سنتز عادت کرده بودند می توانستند از CO وH2/CO2 به عنوان منبع کربن و انرژی استفاده کنند. به همین دلیل این سلولها رشد خود را در محیط کشت ناپیوسته (سرم باتل) به سرعت و بدون هیچ تاخیری آغاز کردند و غلظت سلولی در محیطهای کشت به سرعت افزایش یافت. تقریبا تمامی محیطهای کشت منحنی رشد هلالی[۳۰۸] یکسانی با تغییرات کمی در ماکسیمم غلظت سلولی از خود نشان دادند. در مراحل پایانی فرایند تخمیر ناپیوسته، کاهشی در دانسیته سلولی مشاهده گردید. منحنی های رشد باکتری نشان می دهد که سلولها در pH اولیه ۸/۶ اندکی بیشتر از ۹/۵ رشد کردند و دانسیته سلولی کمی بالاتر بود. با توجه به pH رشد ۵ تا ۷ برای باکتری لانگالی، در pH اولیه ۸/۶ سلولها برای مدت زمان بیشتری در pH رشد باقی می مانند و در نتیجه در تمام محیطهای کشت با pH اولیه ۸/۶ (صرف نظر از میزان عوامل کاهنده) دانسیته سلولی بالاتری حاصل گردید.
(الف)
(ب)
شکل ‏۴‑۱۰: منحنی رشد سلول باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) ۸/۶ و (ب) ۹/۵
■، □ :RAI ؛ ،RAII: Δ ؛ ♦، ◊: RAIII
رشد سلولها نیازمند مقداری انرژی به شکل ATP است که از طریق واکنشهای الکتروشیمیایی که در مسیر متابولیکی باکتری دخالت دارند تامین می شود. بنابراین، نرخ رشد سلولها در محیط کشت با نرخ تولید انرژی محدود می گردد. هنگامی که pH محیط کشت به دلیل تولید اسید از مقادیر خنثی به سمت pHهای اسیدی می رود هیچ ATP ای تولید نمی گردد و در نتیجه رشد سلول یک روند کاهشی را دنبال می کند. در ۸/۶= pH نرخ رشد سلولی بالاتر بوده و ATP بیشتری نسبت به ۹/۵= pH مصرف شده و در نتیجه غلظت سلولی بالاتر است.
مصرف سوبسترای گازی
مصرف سوبسترای گازی در طول فرایند تخمیر ناپیوسته با عوامل کاهنده مختلف در pH های اولیه ۸/۶ و ۹/۵ به ترتیب در شکلهای ۴-۱۱ و ۴-۱۲ ارائه شده اند. نمودارهای مصرف گاز در هر دو pH روند تقریبا یکسانی داشتند اما مصرف گاز در pH اولیه ۹/۵ از ۸/۶ بیشتر بود. نرخ مصرف سوبسترا در محیطهای کشت مختلف که با RAI، RAII و RAIII کاهیده شده بودند در pH اولیه ۹/۵ به ترتیب ۱۸، ۳۳ و ۷% بالاتر از محیطهای کشت مشابه در pH اولیه ۸/۶ بودند. نرخ مصرف گاز در ۱۲ ساعت اول پس از تلقیح بالا بود و سپس به تدریج کاهش یافت. در هیچ کدام از محیطهای کشت و در هیچ شرایط مصرف سوبسترای گازی کامل و با میزان تبدیل ۱۰۰% نبود.
(الف)
(ب)
شکل ‏۴‑۱۱: مصرف سوبسترای گازی (الف) H2 و (ب) CO توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه ۸/۶
■:RAI،RAII: ، ♦: RAIII
(الف)
(ب)
شکل ‏۴‑۱۲: مصرف سوبسترای گازی (الف) H2 و (ب) CO توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه ۹/۵
□:RAI ، RAII: Δ، ◊: RAIII
به طور کلی، مرحله کند کننده سرعت در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط لانگالی ممکن است در هر یک از مراحل زیر باشد: ۱) در انتقال جرم از سوبسترای گازی به سلولها ۲) در اکسیداسیون بی هوازی سوبسترا برای تولید معادلهای کاهنده ۳) در واکنشهای الکتروشیمیائی درگیر در مسیر متابولیکی که تولید انرژی را به عهده دارند و یا ۴) در مسیر متابولیکی برای سنتز اجزای سلولی. در آزمایشهای انجام گرفته، رابطه ای خطی میان نرخ حجمی مصرف سوبسترای گازی (  ) و فشار جزئی سوبسترا در فاز گاز (  ) مطابق معادله (۳-۲۳) وجود نداشت. این بدین معنی است که غلظتهای H2 و CO در فاز مایع صفر نبود و به عبارتی فرایند تخمیر با نرخ انتقال جرم محدود نشده بود. از این نتایج چنین استنباط گردید که فرایند تخمیر با نرخ واکنش کنترل می شد. با وجود آنکه سوبسترای کافی در فاز مایع وجود داشت، اما فعالیت متابولیکی سلولها به اندازه کافی بالا نبود که سوبسترای کربنی را به طور کامل مصرف کند. در این حالت، غلظت CO در فاز مایع صفر نبود که می توانست اثر بازدارندگی روی آنزیم هیدروژناز داشته باشد [۱۱۲].
همان طور که قبلا اشاره شد، باکتری لانگالی می تواند CO و H2 را از طریق مسیر متابولیکی وود-لانگال[۳۰۹] که به عنوان یک مسیر متابولیکی پذیرنده الکترون و حفظ کننده انرژی عمل می کند مصرف نماید. در این مسیر متابولیکی، استیل-کوآنزیم A سنتز می گردد که یک ماده اولیه ایده ال برای سنتز سلول و تولید محصولات متابولیکی است. در آزمایشهای انجام شده در همه باتل ها مصرف H2 از CO بیشتر بود که نشان می دهد باکتری ترجیح می داد مسیر همواستیک[۳۱۰] را برای تولید محصول دنبال کند. اکسیداسیون بی هوازی H2 و CO2 برای بسیاری از باکتریهای استوژنیک به خوبی شناخته شده است:
۲CO2 + ۴H2 → CH3COOH + 2H2O (4-9)
۲CO2 + ۶H2 → C2H5OH + 3H2O (4-10)
به طور همزمان، CO توسط سلولها مصرف می گردد تا انرژی کاهشی لازم را برای تولید اتانول و استات به عنوان محصولات جانبی مسیر متابولیکی فراهم کند:
۴CO +2H2O → CH3COOH + 2CO2 (۴-۱۱)
۶CO + 3H2O → C2H5OH + 4CO2 (۴-۱۲)
بیشترین میزان تبدیل سوبسترا مقدار ۷۶% برای H2 و ۶۷% برای CO بود که در محیط کشتی که با ۰۷/۵ میلی مول سیستئین اسیدی کاهیده شده بود و در pH اولیه ۹/۵ حاصل گردید.
تولید اتانول و استات
نمودارهای تولید اتانول و استات توسط باکتری لانگالی در محیطهای کشت مختلف با عوامل کاهنده متفاوت در pH های اولیه ۸/۶ و ۹/۵ به ترتیب در شکلهای ۴-۱۳ و ۴-۱۴ نشان داده شده اند. انتقال سلولها به محیطی با pH اولیه پائین تر موجب بهبود تولید اتانول توسط سلولها گردید با وجود آنکه رشد سلولی کاهش یافت. نرخ تولید ویژه در محیطهای کشتی که با RAI، RAII و RAIII کاهیده شده بودند در pH اولیه ۹/۵ به ترتیب ۴۳، ۳۷ و ۱۸% بالاتر از محیطهای کشت مشابه در pH اولیه ۸/۶ بودند. غلظت اتانول و استات در محیط کشت به یک میزان ماکزیمم رسید و پس از آن روندی کاهشی در بیشتر موارد مشاهده گردید. یکی از دلایل محتمل برای این کاهش تولید در مراحل پایانی فرایند تخمیر می توانست مصرف اتانول و استات توسط سلولها برای تامین انرژی مورد نیاز در شرایط نامطلوب باشد [۸۳].
(الف)

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...