biofuel
در نشریات گروه زیست شناسی-
نگرانی از منابع محدود فسیلی، محققان را به سمت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و نو سوق داده است. بیو اتانول، یکی از مهم ترین و پرمصرف ترین سوخت زیستی است که می تواند جایگزین سوخت های فسیلی گردد. بیو اتانول را از محصولات و پسماندهای کشاورزی گوناگونی نظیر غلات، ملاس، میوه، مواد لیگنوسلولزی، جلبک ها می توان تولید کرد. ملاس که قند غیرمتبلور عصاره نیشکر و چغندر قند است به عنوان یکی از مهم ترین مواد اولیه پایه قندی مطرح می باشد. معمولا مواد قندی با مخمر ساکارومایسیس سرویزیه تخمیر و بیو اتانول تولید می شود. مواد بر پایه نشاسته، نظیر گندم و ذرت ابتدا باید هیدرولیز آنزیمی شوند و سپس به کمک فرایند تخمیر، بیواتانول حاصل شود. ضایعات کشاورزی مانند کاه غلات، خاک اره و لیکور سیاه به عنوان مواد اولیه لیگنو سلولزی به شمار می روند. از مواد اولیه لیگنوسلولزی، ابتدا لیگنین زدایی می شود. سپس فرایند هیدرولیز آنزیمی انجام و در نهایت به کمک تخمیر، بیواتانول حاصل می شود. مقاله مروری حاضر ابتدا به وضعیت تولید این سوخت زیستی در کشورهای پیشرو جهان می پردازد. سپس به اجمال به فرایند تولید بیو اتانول از مواد اولیه قندی، نشاسته ای و لیگنوسلولزی و چالش های موجود هر روش اشاره می کند. همچنین به بررسی انواع مخمرها و مقایسه آن ها و پارامترهای موثر در فرایند تخمیر، فرایند پیش تصفیه، هیدرولیز و در نهایت به فرایند تقطیر می پردازد.
کلید واژگان: بیواتانول، مواد لیگنوسلولزی، مواد پایه قندی، سوخت زیستی، پسماند جامدThe concern about limited fossil resources has led researchers to use renewable and new energies. Bioethanol is one of the most important and widely used biofuels that can replace fossil fuels. Bioethanol can be produced from various agricultural products and waste, such as grains, molasses, fruit, lignocellulosic materials, and algae. Molasses, an amorphous sugar extracted from sugar cane and sugar beet, is considered one of the most essential raw materials of sugar base. Sugars are usually produced with Saccharomyces cerevisiae yeast and bio-ethanol. Starch-based materials, such as wheat and corn, must first be enzymatically hydrolyzed, and then bioethanol is obtained with the help of the fermentation process. Agricultural wastes such as cereal straw, sawdust, and black liquor are considered lignocellulosic raw materials. Lignocellulosic raw materials are first de-ligninized. Then, the enzymatic hydrolysis process is performed, and finally, with the help of fermentation, bioethanol is obtained. This review article first deals with the production status of this biofuel in the world's leading countries. Then, it briefly mentions the bioethanol production process from sugar, starch, and lignocellulosic raw materials and the challenges of each method. It also examines the types of yeasts and compares them and the effective parameters in the fermentation, pre-treatment, hydrolysis, and distillation processes.
Keywords: Bioethanol, Lignocellulosic material, Sugar base material, Biofuel, Solid waste -
پردازش زیست توده خام برای تولید انرژی، سوخت و مواد شیمیایی از طریق ترکیبی از فناوری های مختلف کاربردی، مسیری امیدوارکننده برای دستیابی به مدیریت پایدار پسماند، با مزایای زیست محیطی و اقتصادی فراوان در نظر گرفته می شود. در سال های اخیر فرآیندهای اصلی مرتبط با بازیافت انرژی و تولید سوخت زیستی تحت عنوان پالایشگاه های زیستی پسماند بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. به طور کلی فناوری های اصلی تبدیل پسماند به انرژی و سوخت زیستی به فرایندهای ترموشیمیایی، از قبیل احتراق، تبدیل به گاز، انفجار بخار، پیرولیز، مایع سازی هیدروترمال، و تروفیشن (برشته کردن)، فرایندهای بیولوژیکی همانند هضم بی هوازی، تخمیر، تصفیه آنزیمی و الکترولیز میکروبی و فرایندهای شیمیایی مانند هیدرولیز، استخراج با حلال، ترانس استریفیکاسیون و تبدیل فوق بحرانی طبقه بندی می شوند. استفاده از فرآیندهای بازیافت انرژی و تولید سوخت زیستی به صورت منفرد و تکی همیشه با محدودیت های زیادی همراه است و چندین برابر محصولات ناخواسته تولید می کنند در حالی که ترکیب چندین فرآیند در یک پالایشگاه زیستی مواد زاید امکان کاهش و حذف نواقصات هر فرآیند را فراهم می کند و منجر به افزایش بهره وری می شود. در این مقاله امکان استفاده از باقیمانده پسماندهای پس پردازش شده به عنوان منابع تجدیدپذیر زیستی فراوان وکم هزینه در پالایشگاه های زیستی پسماند مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا خلاصه ای از مزایا، محدودیت ها، محصولات و فرآورده های جانبی و همچنین کاربرد فرآیندهای مختلف ترموشیمیایی، بیولوژیکی و شیمیایی مورد استفاده در تبدیل پسماند به انرژی و سوخت زیستی ارایه شد. سپس یک مرور تاریخی و فنی از وضعیت فعلی فناوری های اصلی تبدیل پسماند به انرژی و سوخت زیستی در راستای استفاده از آنها به عنوان ابزاری برای مدیریت باقیمانده پسماندهای پردازش شده و محصولات جانبی ناشی از آنها مورد مطالعه قرار گرفت و در نهایت در مورد پیشرفت های آتی در مورد فرایندهای ذکر شده به اختصار بحث شد.
کلید واژگان: زیست سوخت، بازیافت انرژی، مواد زائد، زیست انرژی، پالایشگاه زیستیIntroductionWaste can be described as any type of material or object that has no other use and is to be thrown away. Perspective, the generation of waste materials is unavoidable in a consumption-based society, and it makes waste management a major challenge considering the huge amounts of waste produced globally. In fact, in 2014, about 2.6 billion tons of waste was generated in the European Union (EU), of which 41% was disposed of in landfills, 36% was recycled, 10% was used in excavation operations, 7% was treated in sewage treatment plants and the remaining of 6% was burned for creating energy or oxidation and stabilization of waste. Accordingly, in recent decades, humanity has changed its focus on traditional waste management from the concept of "collection and disposal" in favor of hierarchical management of waste to increase sustainability.Nevertheless, even when environmentally friendly practices such as recycling and reuse are carried out, many operations are "downcycling", meaning that the recycled product has less economic value than its original objective, and is not as valuable as the original product made from strong raw materials. In this way, the linear economy model based on the pyramidal hierarchy of waste materials, which is used today, also has limitations. Indeed, there are still opportunities to increase productivity in many industrial processes, but these gains are likely to be increasingly marginal and undifferentiated. Therefore, the future acceptance of the circular economy concept, as opposed to the current linear model, is a necessary paradigm shift. This new concept is increasingly considered a source of innovation in products, processes, and business models and opens up great opportunities that should be used by companies and organizations as competitive advantages in a dynamic market to be used globally. The processing of raw biomass to produce energy, fuel and chemicals through a combination of different applied technologies is considered a promising path to achieve sustainable waste management, with many environmental and economic benefits. The main processes related to energy recovery and biofuel production are considered under the concept of biorefineries. This waste biorefineries are facilities that integrate the necessary technologies to convert biomass feedstock and other waste into usable products, ensuring that the circular economy moves from theory to the real world. Existing waste streams can be converted to biofuels (waste-to-liquids, WtL) or energy (waste-to-energy, WtE) technologies, both of which are expected to be a key element in future waste management. In general, energy and biofuel production technologies from waste are classified into three main thermochemical, biological and chemical processes. Thermochemical technologies include processes of combustion/incineration, gasification, steam explosion, pyrolysis, hydrothermal liquefaction, and torrefaction; biological technologies include the processes of anaerobic digestion, fermentation, enzyme purification, and microbial electrolysis, and chemical technologies include hydrolysis, solvent extraction, transesterification, and supercritical conversion.
MethodologyThe present research is a descriptive-review study whose data was obtained through library studies and various sources were used to process the material. Considering the importance of biofuels as a source of renewable energy, we tried to use as much as possible the most relevant and up-to-date sources containing valuable points regarding the types of energy and biofuel production technologies from biomass. In this review article, the possibility of using the remaining post-processed waste as available and low-cost bio-renewable resources in waste bio-refineries has been investigated. Waste biorefineries are facilities that integrate the necessary technologies to convert biomass feedstock and other waste into usable products, ensuring that the circular economy moves from theory to the real world. Existing waste streams can be converted to biofuels (waste-to-liquids, WtL) or energy (waste-to-energy, WtE) technologies, both of which are expected to be a key element in future waste management. Accordingly, in this paper, we briefly study the current status of the main WtL and WtE technologies in order to use them as a tool for the management of residual post-processing wastes and by-products resulting from them, and finally about Future developments on the mentioned technical options are briefly discussed.
ConclusionIn this review research, the possibility of using the remaining waste after processing as abundant and low-cost bio-renewable resources in waste bio-refineries in the future was investigated. Existing waste streams have a complex and diverse composition according to their source, which require new logistics platforms of classification and valuation. With the exhaustion of the linear economy of "collection and disposal", new methods of waste management are inevitable in the long term. In this way, waste biorefineries that generate green energy and produce virtual products with high value and zero waste (no waste) in a "closed loop" and "up-cycling" approach are the "landfills" of the future. It is expected that they will be very important and vital in bringing sustainable waste management into the real world that will allow transformative economic growth under the concept of circular economy. However, from the technologies reviewed, it can be concluded that individual WtL and WtE processes are almost always limited in their scope and produce multiple unwanted products. In this regard, the gasification process is largely considered a technology with greater potential and scope in individual applications. However, even this process has drawbacks such as reactor design, feed system, and bitumen production that require costly post-treatment and/or further technical improvements. In contrast, the combination of several WtE and WtL processes in an integrated waste biorefinery allows reducing and eliminate the drawbacks of each process. For example, in gasification, some of the unwanted materials produced may be used and valued by further chemical processing, and even syngas can be upgraded. This new pyramid of waste valorization creates opportunities for specific technologies such as explosive depressurization and drying to become practical applications by reinforcing other well-established technologies in an integrated approach. Future research should primarily focus on establishing a hierarchy of processes to produce the highest value products, and then gradually progress to low-cost products and energy production. However, for this vision to become a reality, an increased effort by researchers is required with continued and sustained support from all potential stakeholders. More pilot or semi-pilot scale demonstration projects should be realized in the coming years, focusing on aspects such as energy balance and cost-benefit analysis that will ensure the viability of the proposed solutions
Keywords: Biofuel, “Energy recovery, Waste, Bioenergy, Biorefinery -
This study tries to review the methods and stages of biodiesel production from the extracted oil of algae through a transesterification reaction. Biodiesel is a clean, renewable, biodegradable, and eco-friendly fuel. Algae are considered the third-generation and the most promising biodiesel feedstock because of their advantages including that microalgae have the potential to produce 25–220 times higher triglycerides than terrestrial plants and the growth rate of algae is approximately 20- 30 times faster than food-yielding crops. Algae can grow almost in all kinds of water such as fresh or waste waters and on non-arable and marginal land and engine performance and exhaust emission of microalgae biodiesel investigated. Due to the higher oil content in microalgae than macroalgae, it is a better feedstock for biodiesel production. This work studied the steps of biodiesel production from microalgae including cultivation of microalgae, harvesting, oil extraction, and especially how to create biodiesel from microalgae biomass through transesterification reaction by focusing on the kinds of catalysts that have been used for microalgal biodiesel production studied. Transesterification reactions are commonly catalyzed by acids or bases as chemical catalysts or carried out in the presence of enzyme catalysts as biocatalysts. Also, the advantages of using heterogeneous catalysts compared to homogeneous ones were investigated. Many efforts have been made to commercialize algae biodiesel but the high cost of producing algae and extracting its oil is challenging and it will still take some time before algal biofuels become a commercial reality in Iran and all the world.
Keywords: Catalyst, biofuel, Microalgae, Oil extraction, Renewable Energy -
میکروجلبک ها گروه بزرگی از موجودات ساده می باشند که در صنایع دارویی، آرایشی، بهداشتی، غذایی و تولید بیودیزل نقش دارند. میزان رشد میکروجلبک ها تحت تاثیر شرایط محیط فیزیکی و شیمیایی محیط رشد قرار می گیرد. در مقیاس تجاری به منظور دستیابی به بالاترین میزان زیست توده و یا افزایش میزان تولید سوخت زیستی، استفاده از محیط های کشت با ترکیبات مناسب ضروری است. بنابراین در این پژوهش تاثیر مقادیر مختلف دما، شدت تابش نور، مدت تابش نور، شوری و اسیدیته بر تراکم سلولی، تولید زیست توده، تولید لیپید و بیودیزل میکروجلبک Desmodesmus بررسی شد. در این مطالعه بهترین دما برای افزایش تراکم سلولی جلبک دسمودسموس، دمای 25 درجه سانتی گراد، شدت نور 4500 لوکس، 17 ساعت نوردهی، شوری برابر با ppm 5 و pH 8 به دست آمد. بیشترین میزان زیست توده تولیدی در شدت تابش نور 3000 لوکس، مدت تابش برابر با 18 ساعت، شوری برابر با ppm 5 و pH برابر با 9 به دست آمد. بالاترین میزان تولید لیپید در دمای 26 درجه سانتی گراد، شدت تابش نور برابر با 4200 لوکس، مدت تابش برابر با 16 ساعت، شوری برابر با ppm 12 و pH برابر با 9 بود. بالاترین بیودیزل تولید شده در دمای 26 درجه سانتی گراد، شدت تابش نور 4200 لوکس، مدت تابش نور برابر با 16 ساعت، شوری برابر با 11 و اسیدیته برابر با 9 مشاهده گردید.کلید واژگان: اسیدیته محیط، سوخت زیستی، شدت تابش، شوری، دماMicroalgae are diverse group of simple organisms, which are incorporated in pharmaceutical, cosmic, nutritional and biodiesel productions. The amount of growth in microalgae is affected by physical and chemical conditions of growth environment. In commercial scale in order to achieve highest amount of biomass or biodiesel, it is necessary to use culture media with proper combination of materials. Therefore, in this study, effects of different values of temperature, light intensity, lighting period, saltiness and pH were tested by their effect on cell concentration, biomass, lipid and biodiesel production in desmodesmus microalgae. As a result, the best temperature for increase in cell concentration of microalgae was 25 degree of Celsius, light intensity of 4500 lux, light period of 17 hours, saltiness of 5 ppm and pH of 8. The highest amount of biomass was achieved in light intensity of 3000 lux, 18 hours of lighting, saltiness of 5 ppm and pH of 9. The highest amount of lipid was produced at temperature of 26, light intensity of 4200 lux, lighting period of 16 hours, saltiness of 12 and pH of 9. Finally, the highest amount of biodiesel was produced at temperature of 26, light intensity of 4200, lighting period of 16 hours, saltiness of 11 and pH of 9.Keywords: pH, biofuel, radiation intensity, Salinity, temperature
-
چربی های میکروبی قابلیت استفاده در سوخت های زیستی، صنایع دارویی و غذایی دارند. تولید و کاربرد این چربی های میکروبی در مقایسه با روغن های گیاهی در حال افزایش است. هدف این تحقیق تولید چربی میکروبی توسط مخمر یارروویا لیپولیتیکا CBS6303 از گلوکز و بررسی نیم رخ اسیدهای چرب آن برای تعیین قابلیت سوخت زیستی بود. بیشترین مقدار تولید چربی و وزن خشک به ترتیب با مقدار 1/42 و 7 گرم در لیتر پس از سه روز بدست آمد. چربی تولید شده توسط یارروویا لیپولیتیکا از گلوکز دارای اسیدهای چرب با قابلیت استفاده به عنوان سوخت زیستی می باشد که شامل اسید اولئیک (34/71 درصد)، اسید لینولئیک (19/45 درصد)، اسید پالمیتیک (17/05درصد)، اسید استئاریک (6/12 درصد) و اسید میریستیک (0/82 درصد) بود.کلید واژگان: یارروویا لیپولیتیکا، چربی میکروبی، سوخت زیستی، گلوکزMicrobial lipids have a capacity to use in biofuels, pharmaceutical and nutrition industries. The production and application of these lipids are increasing in compare with vegetable oils. The production of microbial lipid by Yarrowia lipolytica CBS6303 from glucose and investigation of its fatty acids profile to determine its biofuel potential were the aims of this study. Maximum lipid production and dry weight were obtained 1.42 and 7 g/L after three days, respectively. The produced lipid by Y. lipolytica from glucose contains fatty acids that can be used as biofuel like oleic acid (34.71%), linoleic acid (19.45%), palmitic acid (17.05%), stearic acid (6.12%) and myristic acid (0.82%).Keywords: Yarrowia lipolytica, Microbial lipid, Biofuel, glucose
-
محدود بودن سوخت های فسیلی، گران بودن و ضررهای ناشی از استفاده از آن ها، باعث شده که انسان به استفاده از انرژی های تجدید پذیر روی آورد. یکی از انواع انرژی های تجدید پذیر سوخت های زیستی می باشد. از منابع اولیه سوخت های زیستی می توان به ضایعات چوبی، تفاله های محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات و روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد. سوخت های زیستی از موجودات زنده یا از سوخت و ساز محصولات فرعی (مواد زاید آلی یا مواد غذایی) تولید می شوند. لیگنوسلولزهای دیواره ی سلولی گیاهی، منابع جذابی برای تولید سوخت های زیستی پایدار می باشند. تبدیل لیگنوسلولز به سوخت های زیستی با استفاده از تکنولوژی های موجود، بدلیل نیاز به مراحل پیش پالایش شیمایی و هیدرولیز آنزیمی برای ساختار شکنی دیواره ی سلولی، بسیار گران است. سرسختی دیواره ی سلولی در بسیاری از گیاهان که دیواره ی سلولی آن ها توسط روش های بیوتکنولوژی اصلاح شده است، کاهش یافته است. این نتایج توسط کاهش مقدار لیگنین و تغییر در ترکیب و ساختار آن بدست آمده است. همچنین کاهش سرسختی توسط تغییر در بیوسنتز همی سلولز و بیان آنزیم های میکروبی در گیاهان برای شکستن اتصالات لیگنین و کربوهیدرات حاصل شده است. تاکنون از مهندسی ژنتیک جهت اصلاح و بهبود آنزیم های دخیل در هضم آنزیمی منابع سلولزی و لیگنوسلولزی و مهندسی مسیرهای متابولیکی دخیل در تولید سوختهای زیستی استفاده شده است. همچنین این گیاهان تراریخت اغلب عملکرد تولید قند بهتر و تولید اتانول بیشتری دارند. اصلاح دیواره سلولی در گیاهان تراریخت می تواند بدون تاثیر منفی بر عملکرد، سرسختی دیواره را کاهش دهد و این نشان می دهد که اصلاح دیواره سلولی به صورت موفق می تواند بدون تاثیر در یکپارچگی دیواره سلولی یا رشد گیاهان، حاصل شود. برای درک بیشتر ساختار و فرم دیواره سلولی باید مواد اولیه لیگنوسلولزی را به خوبی اصلاح کنیم و قیمت تولید سوخت زیستی را کاهش دهیم. در این نوشته ابتدا به مقدمه ای در خصوص معرفی بیوفیول یا سوخت های زیستی می پردازیم و سپس روش های مختلف مهندسی ژنتیکی و بیوتکنولوژی برای تولید با صرفه ی سوخت های زیستی را معرفی می کنیم. همچنین سعی شده است به تمامی نقاط مهم در مسیر که قابل اصلاح و بهبود با مهندسی بیوتکنولوژی می باشند اشاره شود و با آنالیز و بررسی چالش های پیش رو، روش های موثر پیشنهاد گردد.کلید واژگان: سوخت زیستی، بیوتکنولوژی، لیگنوسلولز، دیواره سلولیThe limited availability, high cost and the adverse environmental impacts of fossil fuels, persuaded the researchers toward the use of renewable energies. Biofuels are considered as one of the main sources of renewable energies. Woody debris, agricultural waste, sugar cane, vegetables as well as oils of cereals and vegetables are among the primary sources for biofuels production. Biofuels are produced from living organisms or their metabolic byproducts (organic waste products or food). Lignocelluloses of plant cell wall are interesting sources for production of sustainable biofuels. Theconversion of lignocellulose to biofuels using existing technologies is too expensive mainly because of the need for chemical pretreatments and enzymatic hydrolysis required forcell wall deconstruction. Modification of cell wall composition by using biotechnological approaches resulted in the reduction of cell wall hardness in various plant species. These results are obtained by reducing the amount of lignin as well as changing the composition and structure of final polymer. In addition, in some cases the reduction of cell wall hardness has been achieved by altering the hemicellulose biosynthesis genes as well as the ectopic expression of microbial genes in the plants with the aim of breaking the connections between lignin and carbohydrates residues. So far, genetic engineering has been used to improve the enzymes involved in digestion of cellulose and lignocellulose sources and engineering metabolic pathways involved in the production of biofuels. Also, these transgenic plants often produced higher sugar yield and ethanol. Modification of the cell wall in transgenic plants can reduce the stiffness of the cell wall without negative impact on performance. This shows that cell wall modification can be resulted without affecting the cell wall integrity or plant performance. To better understanding of the cell walls structure, we need to modify the lignocellulosic components as well as to reduce the price of biofuels production. In this review we tried to give a comprehensive introduction of biofuels and to introduce different potent methods of genetic engineering for the efficient production of biofuels. We also tried to point out all the important points on the pathway that can be modify and improved by biotechnology engineering. Finally, by evaluation the ahead challenges, the appropriate methods are suggested.Keywords: Biofuel, Biotechnology, Cell wall, Lignin, Lignocellulose
-
اتانل به عنوان یک سوخت زیستی تجدید پذیر جایگزین مناسب و بی نقصی برای سوخت های فسیلی چالش بر انگیز به نظر می رسد. باکتری گرم مثبت باسیلوس سوبتیلیس توانمندی های ذاتی مثبت متعددی برای تبدیل شدن به یک باکتری تولید کننده اتانل نشان میدهد از جمله توانایی تخمیر طیف گسترده ای از قند های حاصل از هیدرولیز زیست توده لیگنوسلولزی. تبدیل این باکتری تجزیه کننده سلولز به یک باکتری تولید کننده اتانل، با روش های مهندسی متابولیک و از طریق وارد کردن اپرون تولید اتانل از باکتری زیموموناس موبیلیس به دو فرم پلاسمیدی و اپی زومال، صورت گرفت و در نهایت سویه های SR1، SR21 و SR22 ایجاد شدند. در سویه های SR21 و SR22 ژن لاکتات دهیدروژناز نیز حذف شد، این سویه ها اهمیت تولید کوفاکتور NAD+ و تاثیر آن بر رشد بی هوازی باکتری را نشان دادند. با توجه به نقش یون Fe2+ در فعالیت آنزیم الکل دهیدروژناز II و تامین NAD+، بررسی میزان تولید اتانل در سویه های نوترکیب در حضور این یون انجام شد و تاثیر مثبت آن در بهبود رشد سویه ها در شرایط بی هوازی نشان داده شد. در نهایت بازده تولید اتانل توسط سویه های SR1، SR21 و SR22 به ترتیب 8/53%، 7/86% و 9/83% بود.کلید واژگان: باسیلوس سوبتیلیس، اتانل، سوخت زیستی، پیرووات دکربوکسیلاز، الکل دهیدروژنازEthanol as a renewable biofule is an appropriate and viable alternative to the challenging fossil fuels. Bacillus subtilis, a gram positive bacterium, seems to be a promising choice since it has many useful features. For example B.subtilis ferments broad range of sugars derived from lignocellulosic hydrolysis. Transformation of this cellulytic bacterium to an ethanologenic one was accomplished via metabolic engineering techniques and Ethanol production operon of Z.mobilis was introduced to the B.subtilis. SR1 and SR21 strains expressed plasmid-borne ethanologenic genes of Z.mobilis but the genes had been integrated into the SR22 genomic DNA. Also lactate dehydrogenase gene had been knocked-out in SR21 and SR22 strains. Defect of cell growth in SR21 and SR22, suggests that NAD oxidation by lactate dehydrogenase is important for anaerobic growth. Considering the impact of Fe2 ion on alcohol dehydrogenase II activity, in further experiments Fe2 was added to the culture media and improvement in growth rates was seen. Final yield of ethanol production of SR1, SR21, and SR22 strains were 53.8%, 86.7%, and 83.9% respectively.Keywords: Bacillus subtilis, Ethanol, Biofuel, pyruvate decarboxylase, alcohol dehydrogenase
-
مقدمهمشکلات ناشی از پدیده گلخانه ای و آلودگی محیط زیست، افزایش تقاضای جهانی انرژی و کاهش منابع سوخت های فسیلی، پژوهش های زیادی در زمینه تولید انرژی های تجدیدپذیر از جمله سوخت های زیستی را در سال های اخیر به دنبال داشته است. به تازگی از میان سوخت های زیستی، بوتانول به عنوان یک سوخت مایع جایگزین بنزین و گازوئیل معرفی شده است. باکتری های بی هوازی مانند کلستریدیوم استوبوتیلیکوم توانایی تولید استن، اتانول و بوتانول را از منابع قندی مختلف دارند. این باکتری به علت دارا بودن آنزیم آلفا- آمیلاز قادر به هیدرولیز نشاسته و استفاده مستقیم از آن به عنوان سوبسترا است.مواد و روش هادر این پژوهش از سوبستراهای گلوکز، نشاسته تصفیه شده و نشاسته تصفیه نشده در غلظت های متفاوت برای تولید بوتانول توسط باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکوم1492 PTCC به روش بی هوازی استفاده شد.نتایجبرای هر سه منبع کربنی استفاده شده، غلظت بهینه سوبسترا 60 گرم بر لیتر به دست آمد. نتایج نشان داد که این باکتری توانایی تولید بوتانول با استفاده از هر سه منبع کربن بدون هیچ گونه پیش تیماری را دارد. غلظت بوتانول تولیدی با استفاده از نشاسته تصفیه نشده، نشاسته تصفیه شده و گلوکز به ترتیب برابر با 45/ 6، 81/ 5 و 64/ 4 گرم بر لیتر بود که نشان داد نشاسته تصفیه نشده به خوبی توانایی تولید بوتانول را دارد.بحث و نتیجه گیرینتایج نشان داد که امکان استفاده از نشاسته بدون هیدرولیز به عنوان منبع کربن برای تولید بوتانول وجود دارد. همچنین، نتایج نشان داد که نشاسته تصفیه نشده بوتانول بیشتری نسبت به نشاسته تصفیه شده تولید می کند.
کلید واژگان: بوتانول، کلستریدیوم استوبوتیلیکوم، نشاسته، سوخت زیستیIntroductionGreenhouse effect problems، environmental pollution، global increase in oil demand، and reduced fossil fuel resources have boosted research on the production of renewable energies such as bioenegries in recent years. Amongst various biofuels، biobutanol has been recently introduced as a replacement liquid fuel for gasoline and gas oil. Anaerobic bacteria such as Clostridium acetobutylicum are able to produce acetone، butanol، and ethanol using different sugar sources. This bacterium exhibits amylolytic activity and therefore is able to hydrolyzes starch to glucose and use it directly as carbon source.Materials And MethodsIn this study، three substrates including glucose، treated starch and starch were used in different concentrations to produce butanol by Clostridium acetobutylicum PTCC 1492.ResultsFor all three carbon sources، 60 g/ l of substrate was found as the optimum concentration. The results revealed that this bacterium is capable of producing butanol using all three carbon sources without any treatment. Butanol concentrations of 6. 45، 5. 81، and 4. 64 g/ l were obtained using non-treated starch، treated starch، and glucose as carbon sources، respectively. Discussion andConclusionThe results suggested the possibility of using non-hydrolyzed starch as carbon source for butanol production. Also it was shown that non-treated starch produces more butanol compared to the treated starch.Keywords: Butanol, Clostridium acetobutylicum, Starch, Biofuel -
جلبک های تک سلولی به عنوان منبعی سرشار از اسیدهای چرب اشباع و غیراشباع، رنگ دانه ها و متابولیت های دارویی و غذایی، اخیرا بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته اند. میزان و ترکیب اسید چرب تولیدشده توسط ریز جلبک ها به مقدار زیست توده تولیدی و عوامل محیطی مانند تغییرات شوری، نور و میزان دسترسی به مواد مغذی بستگی دارد. در این مطالعه ریز جلبک سبز Dunaliella bardawil جداسازی شده از خلیج چابهار در محیط کشت Conway و تحت شوری های مختلف (35، 70 و 105 گرم بر لیتر) کشت داده شد. کلیه تیمارها در دمای 2±25 درجه سانتی گراد و دوره نوری 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی با پمپ هوادهی شدند. اثر شورهای مختلف بر میزان رشد، تولید چربی و پروفیل اسید چرب زیست توده جلبکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که بیشترین میزان زیست توده و چربی تولیدشده در هر لیتر در شوری ppt 70 حاصل شد که به ترتیب933 و 206 میلی گرم در لیتر است. بیشترین و کمترین درصد چربی زیست توده جلبک D. bardawil به ترتیب در شوری 105 و 35 با مقادیر 5/24 و 19 درصد مشاهده گردید. به دلیل کاهش تراکم سلولی در شوری 105 گرم بر لیتر چربی تولیدشده در واحد لیتر به mg/L 65 کاهش یافت. نتایج این تحقیق نشان داد که گونه D. bardawil خالص سازی شده از سواحل چابهار دارای درجه غیر اشباعی بین 95-73 پتانسیل زیادی جهت تولید سوخت زیستی دارد.کلید واژگان: اسید چرب، زیست توده، سوخت زیستی، چابهارMicroalgae as a source of saturated and unsaturated fatty acids, pigments, pharmaceutical and food metabolites, has received more focus by biological researchers at last decades. The amount and composition of fatty acids produced by microalgae depended on biomass production and environmental factors such as changes in salinity, light and nutrient availability. In this study, the green microalgae Dunaliella bardawil isolated from Chabahar Bay was cultured under different salinities (35, 70 and 105 g/L) using Conway medium. All treatments with air pump at 25±2 ° C and 12L: 12D (h) photoperiod and aerated. Effect of different salinity on the growth rate, lipid production and fatty acid composition of algal biomass were examined. ANOVA results showed that the highest growth rate and lipid content in the salinity of 70 g/L was obtained which are 933 and 206 milligrams per liter, respectively. Maximum and minimum lipid content of D. bardawil measured, 24.5 and 19 percent, at 105 and 35 ppt, respectively. Due to reduced cell density in 105 grams of salt per liter of fat produced per unit volume decreased to 65mg/L. The results show that D. bardawil purification from Chabahar Bay with degree unsaturation between 95-73 has great potential for biodiesel production.Keywords: Biofuel, Chabahar Dunaliella bardawil, Fatty acid, Salinity
-
تبدیل زیست توده لیگنوسلولزی (مانند ضایعات کشاورزی) به سوخت های زیستی مانند اتانول، گزینه ای مناسب و اقتصادی برای بهبود امنیت انرژی است. اجزا اصلی سازنده لیگنوسلولز، شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین است. وجود لیگنین، از هیدرولیز سلولز و تبدیل آن به قند و در نهایت، سوخت زیستی جلوگیری می کند. برای از بین بردن این مشکل، روش های مختلف شیمیایی، فیزیکی، فیزیکی- شیمیایی و زیستی پیشنهاد شده است. به دلیل وجود شرایط ملایم عملیاتی، جلوگیری از ایجاد ترکیبات سمی و پسماندهای خطرناک و نداشتن آثار مخرب جانبی، روش زیستی اهمیت ویژه ای دارد. مشکل اصلی روش های زیستی، بازدهی کمتر آن ها نسبت به سایر روش ها است. برای رفع این مشکل، در این پژوهش، تجزیه آنزیمی لیگنین موجود در ساقه برنج با آنزیم های پراکسیداز تولیدشده (منگنز پراکسیداز، لیگنین پراکسیداز) از یک سویه قارچ پوسیدگی سفید،بررسی شد. برای اندازه گیری غلظت لیگنین و تعیین فعالیت آنزیم های تولید شده به وسیله ی قارچ، به ترتیب از روش اندازه گیری جذب نوری لیگنین محلول در استیل بروماید و روش جذب نوری با معرف های اختصاصی استفاده شد. نتایج نشان داد که تیمار آنزیمی می تواند حداقل 30 درصد لیگنین موجود در زیست توده ی لیگنوسلولزی را حذف کند. ترکیب شیمیایی محیط کشت از نظر غلظت یون های فلزی موثر در تولید آنزیم های پراکسیداز مانند منگنز، مس و روی به روش رویه سطح پاسخ باکس بنکن بهینه شد. فعالیت آنزیمی در شرایط بهینه برای آنزیم های منگنز پراکسیداز و لیگنین پراکسیداز نسبت به نمونه شاهد، چهار برابر افزایش یافت.
کلید واژگان: زیست توده لیگنوسلولزی، هیدرولیز آنزیمی، قارچ پوسیدگی سفید، سوخت زیستیThe production of bioethanol from lignocellulosic biomass could be considered as an appropriate and economic option to remove environmental disasters and improve energy security. In fact، lignocellulosic material is mainly composed of cellulose، hemicellulose and lignin. Lignin works as the adhering prevents the bioconversion of cellulose into sugars and ultimately to ethanol. To address the problem، various chemical، physical، physicochemical and biological methods have been suggested. Enjoying convenient operating conditions، production of non-hazardous wastes، and having no harmful side effects، make the biological methods a potentially proper option. Unfortunately، the biological methods are slower and less efficient in comparison with the other processes. In the present study، an attempt is made to resolve this problem in an enzymatic degradation of lignin of a rice straw sample. Several peroxidase enzymes were produced by a white rot fungus، and their effects on lignin removal from the biomass samples were investigated in shaking flasks. Lignin concentration and enzymes'' activity were measured by the acetyl bromide-soluble lignin spectrophotometric method and optical density method using special reagents، respectively. The results revealed that the enzymatic treatment could remove at least 30% of the lignin content of the lignocellulosic biomass. To achieve the maximum activity of the enzymes، The chemical composition of the culturing medium was optimized for the concentration of important metal ions including Cu2+، Mn2+ and Zn2+ through Box Behnken response surface methodology. The enzymes'' activity at the obtained optimal conditions increased four times for Manganese peroxidase، and lignin peroxidase.Keywords: Lignocellulosic biomass, Enzyme hydrolysis, White, rot fungi, Biofuel -
In addition to biochemical, physiological and morphological analysis, molecular studies provide additional information for establishing phylogenetic relationships among different species and strains of the genus Dunaliella. In the present study, based on neighbor- joining analysis of the nuclear rDNA ITS sequence, a novel strain of the green algae Dunaliella viridis was identified from Maharlu salt lake in Shiraz, Iran. The phylogenetic tree shows that the new strain is part of a clade containing several strains of D. viridis. The new strain was designated Dunaliella viridis MSV-1 and submitted to the GenBank under the accession number HQ864830. The optimum salinity for MSV-1 growth is between 1.0 to 1.5 M NaCl and does not turn red up to 4.5 M NaCl, confirming identity of the isolated strain. With respect to growth response to copper toxicity, increase in Cu2+ concentration from 1 to 30 µM, caused progressive increase in cell number ml-1 of culture over time, whereas reduction in cell number occurred at 100 and 200 µM Cu+2. Nano copper (colloidal copper with 40 nm dimensions) showed less toxicity compared to the ionic form. Cell number ml-1 of culture did not change up to 200 µM nano copper but decreased at 500 µM. In conclusion, the analysis of the ITS sequence is a reliable basis for establishing evolutionary relationships among species and strains of the genus Dunaliella and due to rapid growth at 1.5 M NaCl and high cell density, D. viridis MSV-1 is a good candidate for biofuel production from microalgae.Keywords: Dunaliella viridis MSV, 1, ITS sequences, nano copper, biofuel
-
Having considered that genetically modified organisms and their products are increasingly being used in the developing countries, observing biosafety rules and legislations as a tool to guarantee products` safety is recommended. Although biotechnology simulates the same mechanisms as the nature’s, however, some concerns about its potential risks and consequences when used inconsiderately have been raised. Therefore, it is undeniable that like other newtechnologies, biotechnological applications could carry some potential risks too. Having all taken into consideration, it could be concluded that exploiting new opportunities created by genetic engineering approaches is feasible provided that appropriate risk analysis and applying scientific methods for decreasing or preventing the risks involved, are performed. In this paper, the various aspects of bioethics and biosafety of introduction and application of genetically engineered microalgae are discussed. Also, the potential applications of these microorganisms and their bioproducts in social health and hygiene, bioremediation and green fuel production have been reviewed. The unique physiologic abilities turn microalgae as a prominent tool in reaching the goals of biotechnology in line with biosafety aspects.Keywords: microalgae, transformed, GMOs, biosafety, biofuel
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.