با توجه به مضرات حضور فلزات سنگین در پساب ها، استفاده از روش های مناسب جهت جداسازی و حذف این مواد و در نتیجه کاهش خطرات ناشی از آن ها ضروری است. روش های شیمیایی و فیزیکی بطورکلی در حذف توده فلزات از محلول های با غلظت بالا یا متوسط موثرهستند. روش های بیولوژیکی جداسازی فلز تحت عنوان بیوجذب در مورد محلول های با غلظت کم فلز، نسبت به سایر روش ها دارای هزینه پایین تر و بهره وری بالاتری هستند. در فرآیند بیوجذب، میکروارگانیسم هایی ازجمله جلبک، قارچ و باکتری، جهت حذف فلزات سنگین حتی از محلول های بسیار رقیق بکار می رود. با توجه به اهمیت فلز سرب در صنایع به عنوان فلزی سنگین و استراتژیک و آلودگی قابل توجه آن در محیط زیست در پروژه حاضر سعی بر این شد که بر بیوجذب این فلز از محلول آبی تمرکز شود. قارچ موکورایندیکوس (که به دو شکل مخمری و ریسه ای رشد می کند) به دلیل محتوای کیتین وکیتوزان آن، قابلیت مناسبی در بیوجذب فلزات سنگین دارد. لذا در این پروژه بیوجذب سرب توسط مورفولوژی های مختلف این قارچ که در چهار حالت مختلف و ترکیبی از مورفولوژی های ریسه ای و مخمری رشد داده شد، از محلول حاوی این فلزسنگین انجام و میزان این توانایی در آن ها، با هم مقایسه شد. نتایج حاصل از آزمایشات نشان داد انواع مورفولوژی های مختلف، توانایی مناسبی برای جذب فلز سرب دارند و با وجود نزدیکی مقادیر بیوجذب، مورفولوژی ریسه ای خالص با ظرفیت جذبmg/g 075/22 و پس ا ز آن مورفولوژی-های ریسه ای غالب، مخمری غالب و مخمری خالص به ترتیب با 625/15، 684/14 و mg/g121/12بیشترین جذب را در 5/ 5 ph=انجام دادند. همه مورفولوژی ها در 5/ 5 ph= بیشترین میزان جذبشان را نشان دادند. هرچه میزان ریسه در بیومس بالاتر باشد، جذب فلز نیز به دلیل وجود مقادیر زیادتر از عوامل جذب، یعنی کیتین و کیتوزان، بیشتر است که این موضوع در روند ذکر شده نیز دیده می-شود. یعنی مورفولوژی ریسه ای خالص با دارا بودن بیشترین میزان ریسه و در نتیجه بیشترین محتوای کیتین وکیتوزان، و مخمری خالص با کمترین میزان، به ترتیب بیشترین و کمترین میزان جذب فلز را در بین مورفولوژی های موکورایندیکوس، از خود نشان دادند. کشت هوازی بالاترین میزان ریسه و کشت بی هوازی کمترین مقدار ریسه را تولید می کند، لذا بیومس حاصل از محیط کشت هوازی، بیشترین و بیومس رشدکرده در محیط کشت بی هوازی، کمترین میزان بیوجذب سرب را نشان می دهند.

با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی و منابع سوخت های فسیلی و حقایقی چون محدود بودن و آلوده کنندگی این منابع، ضرورت دریافت انرژی از منابع تجدیدپذیر بیش از پیش آشکار شده است. در این راستا استفاده از توده های زیستی و تبدیل آن ها به بیوگاز و بیواتانول به عنوان انرژی های پاک و قابل ذخیره سرلوحه کار جوامع صنعتی قرار گرفته است .اولین و مهمترین مرحله در فرآیند تبدیل توده های زیستی به سوخت های زیستی، پیش فرآوری این ترکیبات جهت تغییر ساختار و ترکیب شیمیایی آن ها به منظور سهولت و افزایش راندمان هیدرولیز ذرات هیدروکربنی به قندهای مونومری است.هم اکنون در برخی از جوامع صنعتی صرفاً گیاهانی مانند گندم جهت تولید سوخت های زیستی کشت می شوند. گیاهانی که غنی از نشاسته بوده و همچنین به عنوان یک منبع لیگنوسلولزی مهم نیز به شمار می روند. علاوه بر این در ضایعات جامد شهری و کشاورزی نیز انبوهی از ترکیبات نشاسته دار و لیگنوسلولزی به صورت مخلوط وجود دارند. برای این که نشاسته موجود در این گونه مواد در شرایط حادی که جهت هیدرولیز اسیدی ترکیب لیگنوسلولزی به کار می رود تخریب نشود ناچار به جداسازی ترکیب نشاسته دار و لیگنوسلولزی و صرف وقت و هزینه زیاد می باشند. با توجه به تحقیقات صورت گرفته راجع به امکان دسترسی به شرایطی که بتوان در آن بیشترین میزان تولید قندهای مونومری قابل تخمیر و در عین حال کمترین میزان تخریب قندها و تولید بازدارنده ها را از هیدرولیز اسیدی مخلوط مواد نشاسته دار ولیگنوسلولزی بدون جداسازی آن ها داشت تحقیقات بسیار کمی صورت گرفته است. به همین منظور پروژه حاضر با هدف بررسی امکان بهینه-سازی تولید قند قابل تخمیر در شرایط متوسط عملیاتی در پیش فرآوری هیدرولیز اسید رقیق مخلوط ترکیبات نشاسته دار و لیگنوسلولزی صورت گرفته است. فعالیت های انجام شده در این پروژه را می توان به سه مرحله تقسیم بندی نمود. در مرحله اول، هیدرولیز اسیدی رقیق نشاسته و سلولز خالص(اویسل) در محدوده دمایی متوسط c°70-150، زمان 0-40 دقیقه، غلظت اسید 0-1 درصد و ترکیب 5-15درصد جامد در محلول صورت گرفت. در این مرحله از طراحی آزمایشات و همچنین آنالیز نتایج به کمک نرم افزار و روش طراحی مرکب مرکزی استفاده شد. در شرایط دمایی c°130، زمان 30 دقیقه، غلظت اسید 1درصد و ترکیب 5/7 درصد جامد تمامی نشاسته بدون تولید بازدارنده به گلوکز تبدیل شد. اما بیشترین میزان تولید گلوکز از سلولز در شرایط دمایی c°150، زمان 40 دقیقه، غلظت اسید 1 درصد و ترکیب 15 درصد جامد بوده است که تنها حدود 3/3 درصد از سلولز تجزیه شد اما در این شرایط عملیاتی میزان گلوکز موجود در هیدرولیزیت نشاسته به دلیل تخریب به شدت کاهش پیدا کرد. به همین دلیل بهترین حالت ممکن برای پیش فرآوری با توجه به تجزیه ناچیز سلولز، شرایط ذکر شده برای تجزیه کامل نشاسته در نظر گرفته شده و در مرحله دوم چوب کاج و سیب زمینی به عنوان نماینده ترکیبات لیگنوسلولزی و نشاسته دار در این شرایط عملیاتی هیدرولیز شدند. در مرحله سوم نیز روی جامد باقیمانده از پیش فرآوری اسیدی چوب، عملیات هیدرولیز آنزیمی با استفاده از غلظت های مختلف آنزیم های سلولاز و بتاگلوکوسیداز انجام شد. در این عملیات تأثیر غلظت های 15 و 30 واحد به ازاء هر گرم ماده خشک از سلولاز، 30 و 60 واحد از بتاگلوکوسیداز و همچنین ترکیب درصدهای 2، 5 و 10 از جامد در محلول بر میزان گلوکز تولید شده بررسی شد. بیشترین میزان تجزیه سلولز معادل 2/76 درصد در غلظت 15 واحد سلولاز، 60 واحد از بتاگلوکوسیداز و ترکیب 2 درصد جامد حاصل شد. کلمات کلیدی: لیگنوسلولز،سلولز، نشاسته، پیش فرآوری اسیدی، هیدرولیز آنزیمی

مواد لیگنوسلولزی از جمله منابع غیر فسیلی هستند که به علت دارا بودن استعدادهای فراوان برای تولید محصولات با ارزش افزوده میتوانند به عنوان یک جایگزین مناسب برای منابع انرژی فسیلی مورد توجه قرار گیرند. کاهش روز افزون منابع انرژی فسیلی توجه به این دسته از منابع تجدیدپذیر را تقویت نموده است. باگاس نیشکر ازجمله این مواد میباشد. تا کنون کارهای فراوانی در جهت تولید تکی محصولاتی همانند مواد قندی ، فورفورال، اسید استیک، اتانول زیستی و ... صورت گرفته است اما اکثر این تلاش ها به علت عدم سود آوری مناسب با موفقیت روبرو نگردیده اند. یکی از راههای برطرف کردن این مشکل استفاده از حداکثر استعدادهای این مواد در جهت تولید محصولات متعدد میباشد این تحقیق تلاشی است برای تولید فورفورال و گلوکز با باگاس نیشکر با روش هیدرولیز اسید رقیق در مقیاس نیمه صنعتی، برای این منظور یک فرایند دو مرحله ای طراحی گردید که در مرحله اول، فورفورال و در مرحله دوم از جامدات باقیمانده گلوکز حاصل میشد. به منظور صرفه جویی در تعدا آزمایشها تخمین شرایط بهینه و تعیین اهمیت نسبی عوامل مستقل آزمایشها با روش تاگوچی طراحی گردیدند. در مرحله اول سه عامل فشار، غلظت اسید و زمان در سه سطح مورد بررسی قرار گرفتند. برای مرحله دوم دو عامل فشار و زمان به ترتیب در سه سطح 16، 20، 26 بار و 4، 7 و 10 دقیقه مورد بررسی قرار گرفتند. غلظت اسید در تمام اجراهای این مرحله 5/0 درصد انتخاب گردید. روش تاگوچی شرایط 20 بار و 7 دقیقه را برای تحصیل بالاترین بازده گلوکز پیشنهاد نمود. بنابراین بهترین شرایط برای کل فرایند به این ترتیب است که شرایط فشار 8 بار، غلظت 1% و زمان 120 دقیقه برای مرحله اول و فشار 20 بار و زمان 7 دقیقه برای مرحله دوم انتخاب گردد.

ترکیبات لیگنوسلولزی کاه برنج و چوب مواد بسیار ارزان قیمت و فراوانی هستند که میتوانند برای تولید اتانول به روش تخمیر مورد استفاده قرار گیرند. این ترکیبات دارای سه قسمت عمده همی سلولز، سلولز و لیگنین میباشند. در میان روشهای مختلف هیدرولیز اسیدی رقیق بهترین روش برای هیدرولیز همی سلولز برای اجرا در مقیاس صنعتی شناخته شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد با به کار بردن روش اسیدی رقیق با 5/0 درصد اسید سولفوریک به مدت 10 دقیقه در فشار 15 با میتوان 8/80 درصد قند زایلوز، عمده ترین قند موجود در همی سلولز کاه را به دست آورد. بخش عمده ای از قندهای موجود در هیدرولیزیت همی سلولز قندهای قندهای پنج کربنی میباشند که بسیاری از میکروارگانیسم ها مانند ساکارومایسیس سرویسیه قادر به تخمیر آن نمیباشد. در تحقیقات سالهای اخیر برخی از قارچهای فیلامنتوس مانند موکور ایندیکوس و رایزوپوس اورایزه تواناییهای زیادی برای تولید اتانول از هیدرولیزیت نشان داده اند. از جمله مزایای استفاده از این قارچها قابلیت تخمیر از بیومس آنها میتوان مقدار قابل توجهی کیتوزان که ماده بسیار با ارزشی میباشد جداسازی نمود. در قسمتهای از این تحقیق به تولید اتانول از همی سلولز به روشهای مختلف تخمیر ناپیوسته، خوراکدهی ناپیوسته و پیوسته پرداخته شد. تولید اتانول از هیدرولیزیت اسیدی رقیق مرحله اول از قارچ موکور انجام گرفته و نتایج آن با نتایج تخمیر توسط پیکیا استیپیتز که معروفترین مخمر تخمیر کننده زایلوز میباشد مقایسه شد. نتایج نشان داد پیکیا برای تولید اتانول از زایلوز و همی سلولز کاه نتایجبهتری را نسبت به موکور نشان میدهد ول در تخمیر با موکور مقدار قابل توجهی بیومس نیز تولید شده که محصول با ارزشی میباشد. در بخش دیگری اثر هوادهی بر تخمیر زایلوز توسط موکور به روش ناپیوسته در فرمانتور بررسی شد.

تولید اتانول از بیومس یکی از راه های کاهش مصرف نفت خام و آلودگی محیطی است. یکی از کاربردهای بیواتانول استفاده از آن در مخلوط با بنزین به عنوان سوخت می باشد زیرا عدد اکتان آن بالا و عدد ستان آن پایین می باشد. هزینه عمده برای تولید اتانول ماده اولیه می باشد. فاکتور مهم در تولید اتانول، نوع میکروارگانیسم مورد استفاده می باشد. در این پروژه از قارچ موکور همیلیس برای بهینه سازی تولید اتانول استفاده شد که این قارچ دارای بیشترین راندمان تولید اتانول در بین تمام میکروارگانیسم ها می باشد و راندمان تولید اتانول این قارچ با راندمان تولید اتانول قارچ موکور ایندیکوس که معروفترین میکروارگانیسم برای تولید اتانول است، برابر می باشد. هدف از انجام این آزمایشات بدست آوردن بیشترین راندمان اتانول و بیومس بود. برای بهینه سازی نتایج حاصل از آزمایش از نرم افزار minitab و از روش های طراحی فاکتوریل و طراحی سطح پاسخ (ccd) استفاده شد. آنالیز نتایج نیز با استفاده از دستگاه hplc انجام شد. همچنین در تمام این آزمایشها از لوپ های بی هوازی استفاده شد. در این پروژه به بهینه سازی 9 پارامتر در محیط کشت پرداخته شد و در پایان آزمایش ها، نمونه های مختلف ساخته شد که در آنها گلوکز با غلظتهای مختلفی وجود داشت. برای بررسی اثر گلوکز در این آزمایشها، به جای گلوکز از محلول هیدرولیزیت آرد گندم استفاده شد. بعد از انجام آزمایش ها مشخص شد که محلول فلزی و سولفات روی تاثیر ناچیزی در راندمان تولید اتانول داشتند و محلول ویتامین اثر کمی در تولید اتانول داشت. همچنین موادی چون دی پتاسیم هیدروژن فسفات، سولفات منیزیم، سولفات آمونیم و کلرید کلسیم اثر خیلی کمی بر روی راندمان اتانول داشتند. مواد موثر در تولید اتانول گلوکز و عصاره مخمر بودند. مقدار بهینه عصاره مخمر 4 گرم در لیتر بدست آمد و راندمان اتانول در محلولی که شامل 30 گرم در لیترگلوکز و 4 گرم در لیترعصاره مخمر بود برابر46/0 گرم بازاء مصرف هر گرم گلوکز به دست آمد. مهمترین محصول جانبی در مورد قارچ موکور همیلیس، گلیسرول بود که بیشترین راندمان گلیسرول در این آزمایش ها 07/0 گرم بازاء مصرف هر گرم گلوکز به دست آمد. همچنین بیشترین راندمان بیومس نیز برابر 16/0 گرم بازاء مصرف هر گرم گلوکز به دست آمد. دامنه تغییرات راندمان گلیسرول بین 02/0 – 07/0 گرم بازاء مصرف هر گرم گلوکز بود. بهینه سازی سه پارامتر دما، زمان و ph نیز مورد بررسی قرار گرفت و مقدار بهینه این سه پارامتر به ترتیب برابر c ° 30، 36 ساعت و 5 به دست آمد.

در این تحقیق بهینه سازی فرآیند خشک سازی خمیر مایه خشک فوری در یک خشک کن پیوسته بستر سیال در مقیاس صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. شرایط عملیاتی نظیر دبی گرانولهای مخمر، دما و رطوبت هوای داغ خشک کننده اثر مستقیم بر روی فعالیت و مرگ و میر سلولها دارد. خشک سازی مخمر از مهمترین قسمت های یک کارخانه تولید خمیر مایه بوده که عملکرد آن بر کیفیت محصول نهایی بسیار موثر می باشد مهمترین پارامتر که اثر مستقیم بر کیفیت محصول دارد دمای عملیاتی بستر سیال در هر منطقه می باشد. بهینه سازی در سه دبی متفاوت برای خشک کن انجام و از روش تاگوچی در طراحی آزمایشها استفاده شد. پس از پایا شدن عملیات خشک سازی در هر دبی، نمونه هایی از محصول در هر منطقه بصورت مجزا برداشته و آزمایش فعالیت مخمر که توانایی مخمر در تولید گاز کربنیک در خمیر نان می باشد (توسط دستگاه فرمانتتوگراف) و آزمایش تعیین میزان سلولهای مرده به روش متیلن بلو و آزمایش میزان ماده خشک سلول بر وری نمونه ها انجام شد بالاترین میزان فعالیت مخمر در سه دبی 300، 350 و 400 کیلوگرم بر ساعت به ترتیب 620، 650 و 640cm بود میزان سلولهای زنده در پایان خشک کن به ترتیب به 67،74،71 درصد رسید نتایج نشان داد که شرایط بهینه عملکرد خشک کن زمانی است که دبی محصول 350 کیلوگرم بر ساعت و دمای مناطق 1 تا 4 خشک کن به ترتیب 33،31،31،29 درجه سانتیگراد باشد که در نهایت محصول دارای فعالیت 650 cm و حداقل 76 درصد سلولهای زنده خواهد بود.