تولید اتانول توسط قارچ ‌های میکروسکوپی، جلسه اول

هدف: در این پروژه، به دنبال جایگزینی برای سوخت ‌های فسیلی هستیم و در این مسیر، توان تولید اتانول توسط قارچ‌ های میکروسکوپی مختلف را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

حداقل زمان مورد نیاز برای انجام پروژه: 5 هفته

هزینه برآوردی: متوسط

سطح دشواری: سخت

مقدمه

کشور ما سرمایه‌ های عظیم نفت و گاز دارد؛ اما این درست نیست که بی رویه و بدون توجه به نسل‌ های بعدی این منابع را مصرف کنیم. امروزه كشورهای زیادی در پی یافتن منابع جایگزین انرژی برای سوخت ‌های تجدید‌ناپذیر هستند. منابعی که علاوه بر نامحدود و ارزان ‌تر بودن، آلودگی كم ‌تری نسبت به سوخت‌ های فسیلی ایجاد كنند. سوخت زیستی جایگزین مناسبی است که تا امروز بشر به آن دست یافته است. سوخت زیستی (Biofuel) نوعی از سوخت است که از منابع زیست‌توده (Biomass) به دست می ‌آید. این سوخت شامل اتانول مایع، متانول و سوخت ‌های دیزل گازی مانند هیدروژن و متان است. دانشمندان برای تهیه‌ منابع اولیه سوخت‌ های زیستی از ضایعات چوب، تفاله‌ های محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، روغن گیاهان، سبزیجات و میکروب ‌ها استفاده می‌كنند. البته تامین سوخت از منابع گیاهی سبب افزایش قیمت مواد غذایی می‌شود به همین دلیل تیم‌ های تحقیقاتی مختلف در پی یافتن روش‌ های مفیدی هستندكه بتوان از ضایعات محصولات مختلف كشاورزی با بازده بالا سوخت مورد نیاز را تأمین كرد.

امروزه استفاده از میكروارگانیسم ‌ها در تولید سوخت اهمیت ویژه‌ای یافته است. میكروارگانیسم‌ ها به علت سرعت رشد و تكثیر بالا و همچنین داشتن توانایی استفاده از ضایعات و پس‌ماندها به عنوان منبع غذایی كه در نتیجه كاهش هزینه‌ تمام شده‌ی تولید و بازیافت زباله را در پی‌دارد، سبب شده‌اند كه به عنوان مهمترین روش تولید سوختی مطرح گردند. تیم‌های تحقیقاتی مختلفی نیز امیدوارند كه با استفاده از روش ‌های مهندسی ژنتیك، باكتری‌ های جدیدی ایجاد كنند كه بازده بالاتری در تولید تركیب مورد نظر داشته باشند‌. یکی از سوخت ‌های مهم زیستی تولیدی توسط میکروب‌ ها، بیواتانول است. اتانول (C2H6O) یا الکل اتیلیک، مایعی روشن و بی رنگ با بوی قابل تحمل است که در حال حاضر از این ماده به صورت خالص یا مخلوط آن با بنزین به‌عنوان سوخت در بسیاری از کشورها استفاده می ‌شود. اتانول را می‌توان به روش ‌های شیمیایی و زیستی تولید کرد. در روش‌ های شیمیایی از واکنش‌ های هیدراسیون و در روش‌ های زیستی از تخمیر نشاسته، سلولز و همی‌سلولز توسط میکرو ارگانیسم‌ ها، اتانول تولید می‌شود.

آینده‌ های شغلی یك زیست‌شناس ـ مدیریت خط تولید داروهای نوتركیب و آنتی‌بیوتیك

امروزه در صنعت استفاده‌ های بسیاری از میكروب ‌ها می ‌شود؛ از جمله تولید آنزیم، هورمون، نانوذرات، داروهای نوتركیب و غیره. از بعضی از سویه ‌های میكروارگانیسم ‌ها نیز می‌توان در تولید آنتی‌ بیوتیك بر علیه سایر میكروب ‌ها بهره برد.

فردی كه فارغ‌ التحصیل رشته میكروبیولوژی صنعتی و یا بیوتكنولوژی است با توجه به دانش خود قادر است خط تولید داروهای نوتركیب و آنتی‌بیوتیك را در كارخانه ‌های داروسازی راه‌اندزای و مدیریت كند.

میکروب ‌های مولد اتانول

برای تولید اتانول هم از مخمر و هم از باکتری‌ ها استفاده شده است. مهمترین میکروارگانیسم تخمیر الکلی ساکارومایسز سرویزیه (Saccharomyces cerevisiae) است. اما باکتری کلوورومایسز فراژیلیس (Kluyveromyces fragilis) و زیموموناس موبیلیس (Zymomonas mobilis) هم قادر به تولید الکل هستند. بازده تولید الکل توسط زیموموناس از مخمر نیز بیشتر است. (95% در برابر 90%)، اما مشکل اینجاست که تحمل الکل آن از سرویزیه کمتر است كه در نتیجه تولید الکل در درصد های پایین الکل متوقف می‌ شود. اتانول در غلظت ‌های بالا، عامل محدود کننده‌ رشد به شمار می‌رود و از این رو، میزان تحمل اتانول توسط مخمر فاکتور اصلی رسیدن به بازده بالای تولید اتانول است. البته می‌ توان با تدابیر ویژه ای الكل تولیدی را از محیط رشد میكروارگانیسم خارج نمود.

مخمرها دسته‌ای از یوکاریوت‌های تک‌سلولی هستند که در فرمانرو قارچ‌ها و شاخه آسکومیست ‌ها دسته‌بندی می‌شوند. معروف ‌ترین آنها ساکارومایسس سرویزیه نام دارد که به مخمر نان نیز معروف است و در تخمیر خمیر نان نقش دارد.

ساکارومایسس بایانوس (Saccharomyces bayanus) در ساخت شراب کاربرد دارد و ساکارومایسس بولاردی (Saccharomyces boulardii) در پزشکی کاربرد دارد و نوع بیماری زای آن کاندیدا آلبیکنس (Candida albicans) نام دارد که ایجاد عفونت قارچی کاندیدیازیس در پوست و بافت‌های مخاطی می‌کند.

رده بندی گونه های زیستی مخمر نان

سلسله	قارچ
شاخه	آسکومیکوتا
رده	ساکارومایستس
راسته	ساکارومایستالس
خانواده	ساکارومایستاسه
جنس	ساکارومایسز
گونه	ساکارومایسز سرویزیه