مطالعه کینتیکی هیدرولیز آنزیمی نشاسته توسط قارچ آسپرژیلوس نایجر و تولید اتانول با استفاده از مخمر ساکارومایسس سرویسیه

سابقه و هدف: استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی و بهنیه سازی آنها به منظور تولید سوخت های زیستی نظیر اتانول و به دلیل مسایل اقتصادی و محیط زیستی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. به همین دلیل در مطالعه حاضر به بررسی مدل کینتیکی فرآیند هیدرولیز آنزیمی نشاسته توسط قارچ آسپرژیلوس نایجر و تولید اتانول با استفاده از مخمر ساکارومایسس سرویسیه پرداخته شد.مواد و روش ها: این مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی انجام گرفت. در این مطالعه، تاثیر پارامترهایی مانند ph و دما بر روی فرآیند هیدرولیز آنزیمی نشاسته توسط قارچ آسپرژیلوس نایجر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای بررسی مدل کینتیکی فرآیند هیدرولیز آنزیمی از مدل کینتیکی میکائلیس-منتن استفاده گردید. به منظور تولید اتانول از نشاسته هیدرولیز شده از مخمر ساکارومایسس سرویسیه در دمای 25 درجه سلیسیوس و 4.5 ph استفاده شد. برای اندازه گیری غلظت اتانول تولیدی از دستگاه کروماتوگرافی گازی استفاد گردید.یافته ها: نتایج نشان داد که 5 ph و دمای 35 درجه سلیسیوس بیشترین تاثیر را بر روی تولید گلوکز توسط قارچ آسپرژیلوس نایجر دارند. همچنین بررسی مدل کینتیکی و ثابت های مدل، به ترتیب vmax و km برابر 10.41 و 73.23 را نشان دادند. مقایسه دادهای تجربی با داده های مدل به دست آمده، همبستگی بالای داده های تجربی و داده های مدل کینتیکی را تایید نمود (0.93 = r2). نتایج تولید اتانول توسط مخمر ساکارومایسس سرویسیه از محیط کشت هیدرولیز شده با غلظت گلوکز اولیه به میزان 32 گرم بر لیتر نشان داد که بیشترین میزان اتانول تولیدی و وزن خشک سلولی آن به ترتیب برابر 10.40 و 3.08 گرم بر لیتر می باشد.نتیجه گیری: بر اساس نتایج مطالعه حاضر می توان نتیجه گرفت که مدل کینتیکی میکائلیس-منتن قادر به پیش بینی هیدرولیز آنزیمی نشاسته می باشد. نشاسته هیدرولیز شده می تواند به عنوان یک سوبسترای مناسب برای تولید اتانول به کار گرفته شود.

Kinetic study of starch enzymatic hydrolysis by Aspergillus niger and ethanol production by Saccharomyces cerevisiae

Background Objectives: The use of biological processes and optimizing them in order to produce biofuels such as ethanol is very important due to economic and environmental issues. Therefore, this study was conducted to investigate the kinetic model of starch enzymatic hydrolysis by Aspergillus niger and ethanol production using Saccharomyces cerevisiae.Materials Methods: The study was performed on a laboratory scale. The effect of different parameters such as pH and temperature on starch enzyme hydrolysis by A. niger was investigated. Also, the Michaelis-Menten’s model was used to assess the Kinetic model of the enzymatic hydrolysis process. In order to produce ethanol from the hydrolyzed starch, S. cerevisiae (yeast) was used at the temperature of 25 °C and pH of 4.5.Results: The results showed that the pH of 5 and the temperature of 35 °C have the highest effect on glucose production by A. niger. In addition, assessment of the kinetics and the constants of the model measured Vmax and Km as 10.41 and 73.23, respectively. Comparison between the experimental data and those predicted from the rate model indicated good agreement (R2= 0.93). The results of ethanol production by S. cerevisiae on hydrolyzed medium with glucose initial concentration of 32 g/l showed the maximum ethanol production and cell dry weight as 10.04 g/l  and 3.08 g/l, respectively.Conclusion: According to the results of this study Michaelis–Menten kinetics model is able to predict enzymatic hydrolysis of starch. Furthermore, hydrolyzed starch can be used as an appropriate substrate for ethanol production.