بررسي تبديل زيستي دي اكسيدكربن به زيست‌توده قرمز جلبك كرموكلوريس زوفينگنسيس در كشت اتوتروف با استفاده از هواي غني از دي اكسيد كربن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

افزايش مداوم غلظت دي‌اكسيدكربن، به‌عنوان يكي از عوامل اصلي تغييرات اقليمي، نياز به توسعه راهكارهاي پايدار براي كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌اي و توليد زيست‌توده باارزش افزوده را بيش‌ازپيش آشكار كرده است. پژوهش حاضر با هدف بررسي تثبيت زيستي دي‌اكسيدكربن و تبديل آن به زيست‌توده سبز و سپس قرمز غني از كاروتنوئيدها به ويژه آستاگزانتن در ريزجلبك كروموكلوريس زوفينگنسيس انجام شد. كشت‌ها در فاز رشد اتوتروف تحت شرايط كنترل‌شده در دو نرخ هوادهي vvm2 و vvm0.5 در غلظت هاي مختلف دي اكسيدكربن در دو حالت غني‌شده و شاهد پرورش داده شدند و پس از دستيابي به حداكثر زيست‌توده وارد فاز شوك شامل محدوديت نيتروژن و نور شديد به مدت 40 تا 70 روز شدند. در طول تمام آزمايش ها براي انتخاب شرايط عملياتي بهينه، شاخص هاي رشد، نرخ رشد ويژه، نرخ تثبيت دي اكسيدكربن و بهره وري حجمي اندازه گيري و بررسي شد. پس از انتخاب شرايط عملياتي بهينه، براي زيست توده سبز و قرمز در نتيجه ي كشت بهينه، تركيب درصد عناصر اصلي زيست توده (CHNS)، درصد ليپيد كل، درصد پروتئين كل و نرخ رشد ويژه در انتهاي شوك محاسبه شد. علاوه بر اين، به جهت بررسي زيست توده ي قرمز بدست آمده از كشت با هوادهي vvm0.5 در چهار غلظت مختلف دي اكسيدكربن در هر دو حالت شاهد و غني شده، آزمون كاروتنوئيد كل از پودر قرمز گرفته شد. نتايج نشان داد كه تزريق كنترل‌شده دي‌اكسيدكربن، در مقايسه باحالت شاهد، موجب افزايش زيست‌توده سبز و بهبود شاخص هاي رشد مي شود. همچنين كشت با غلظت دي‌اكسيدكربن 0.2 درصد و نرخ هوادهي vvm0.5، با مطلوبيت از منظر شاخص هاي رشد و پايداري تغييرات pH، با وزن خشك زيست توده سبز (0.05 ± 1.97 گرم بر ليتر)، نرخ تثبيت دي اكسيدكربن(0.25 gCO2.L⁻¹.day⁻¹ ) و صرفه ي اقتصادي به‌عنوان شرايط بهينه معرفي شد. كاهش نرخ هوادهي در كنار حفظ توليد زيست‌توده بالا، اختلاط مؤثر، كاهش هدررفت دي‌اكسيدكربن و صرفه‌جويي انرژي را به همراه داشت كه از منظر اقتصادي و زيست‌محيطي اهميت دارد. اگرچه درصد توتال كاروتنوئيد در زيست‌توده‌هاي با تراكم بالاتر نسبت به واحد وزن خشك كاهش نشان داد، كه ناشي از افزايش شديد زيست‌توده و سايه‌اندازي سلولي بوده و كاهش توان متابوليكي ريزجلبك را نشان نمي‌دهد، اما مقادير به‌دست‌آمده (0.11 ± 0.77 درصد تا0.10 ± 1.47 درصد) براي كشت اتوتروفيك قابل توجه است. زيست‌توده حاصل از شرايط بهينه رشد، پس از ورود به فاز شوك، توانايي بالايي در تبديل مؤثر به زيست‌توده قرمز غني از كاروتنوئيد را نشان داد و اندازه‌گيري تركيب شيميايي زيست توده شامل پروتئين، ليپيد، خاكستر، درصد نيتروژن و كربن، روند تغييرات زيست‌توده سبز به قرمز را به‌ طور كامل ناشي از فعاليت كاروتنوئيدي و شرايط موثر شوك توجيه كرد. كشت در مقياس فتوبيوراكتور 70 ليتري با حجم كاري 40 ليتر نيز امكان سنجي توليد صنعتي و انتقال نتايج آزمايشگاهي به مقياس بالاتر را تاييد كرد و شرايط نسبتاً پايدار و مؤثري از نظر رشد ريزجلبك، فتوسنتز و توليد زيست‌توده با وزن خشك (0.13 ± 0.83 گرم بر ليتر)، فراهم آورد. اين مطالعه نشان مي‌دهد كه تعيين درصد بهينه دي‌اكسيدكربن و نرخ هوادهي مناسب، همراه با كنترل شرايط عملياتي، منجر به توليد زيست‌توده سبز و قرمز با كيفيت بالا، تثبيت مؤثر دي‌اكسيدكربن، صرفه اقتصادي و استفاده پايدار از منابع مي‌شود و راهنمايي عملي براي توسعه سيستم‌هاي كشت ريزجلبك اقتصادي و صنعتي فراهم مي‌كند.

236916

بيوتكنولوژي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان