השפעות סביבתיות כתוצאה מייעול תהליך הפקת האתנול מאצת Ulva sp. בתהליך התססה דו שלבית, על ידי Saccharomyces cerevisiae ו- Escherichia coli

עמיחי גיליס

המנחים: פרופ' אלכס גולברג ופרופ' מרטין קופייק

הגידול באוכלוסיית העולם עם העלייה בתוחלת החיים ואיכותם הביאו לעליה בשימוש בדלק מאובן. שימוש בדלק מאובן גורם לזיהום אוויר, תחלואה והגדלת אפקט החממה, כמו כן זהו משאב מתכלה ולכן ישנה חשיבות רבה במעבר לשימוש באנרגיה מתחדשת וביו-דלקים. 
ביו-אתנול הוא הדלק המתחדש הנפוץ בעולם לתחבורה. ביו-אתנול ניתן להפיק ממספר מקורות פחמן כגון תירס, קני סוכר ואצות. שימוש באצה כחומר גלם להפקת אתנול יכול להוות  פתרון סביבתי כיוון שאצות גדלות בים ואינן צורכות שטחי חקלאות ומים מתוקים. בעבודה השתמשנו באצה מזן Ulva sp. (חסנית) כמקור פחמן להפקה של אתנול. ל-.Ulva sp יש כמות גדולה של סוכרים ופוטנציאל הפקת האתנול ממנה הוא גדול. 

המחקר בא לענות על שני פערי ידע בהפקת אתנול מאצות. האתגר הראשון הוא הקושי בפרוק דופן התא הבנויה מפחמימות מורכבות, כגון צלולוז והמיצלולוז, לסוכרים שאותם מסוגלים מיקרואורגניזמים לצרוך ולהפיק מהם אתנול. לפיכך חלקו הראשון של המחקר בוחן שיטות שונות לביצוע הידרוליזה של האצה לסוכרים ובוחן מהם הפרמטרים הטובים ביותר לביצוע טיפול מקדים והידרוליזה עם  שילובים שונים של אנזימים. 

הפער השני הוא היכולת להתסיס מגוון סוכרים כגון רמנוז, קסילוז וחומצה גלוקרנית לאתנול. מטרת המחקר הינה לבדוק היתכנות לתהליך שייתן מענה לפער ביכולת לנצל את מגוון הסוכרים להפקת אתנול. במסגרת תהליך זה יבוצעו טיפול מקדים והידרוליזה ולאחר מכן תבוצע התססה דו שלבית: בשלב הראשון תסיסה על ידי שמר Saccharomyces cerevisiae שמוגדר כמתסיס הטוב ביותר ותשואת האתנול שלו מגלוקוז היא גבוהה, אך הוא אינו סוגל לצרוך את יתר הסוכרים. בשלב השני נבצע תסיסה  על ידי Escherichia coli מתסיס בעל יכולת לצרוך מגון רחב יותר של סוכרים אך עם תשואת אתנול נמוכה, כך שינוצלו הסוכרים שלא נצרכו בשלב הראשון. בחלק זה נבדק מהי הקומבינציה של S. cerevisiae ו- E. coli המתאימה ביותר לתהליך. לאחר שקיבלנו את תוצאות ההידרוליזה והתסיסה הטובות ביותר בדקנו הפקת אתנול 
תוצאות המחקר הראו שטיפול מקדים גלוקוז הוא הסוכר שנמצא באחוז הגדול ביותר באצה והוא גם הדומיננטי ביותר בתהליך התסיסה. הגלוקוז מתקבל בעיקר בשלב ההידרוליזה האנזימתית כמעט בלי קשר לטיפול המקדים. 
בניסויי התססה דו-שלבית בנפח מעבדתי נמצא שבהתססה בשלב הראשון ולאחר מכן בשלב השני בהתססה סך האתנול שהתקבל מהתססה דו שלבית זאת הוא כ-39 mg ethanol /g DW  , כמות האתנול הגבוהה ביותר מכל הקומבינציות שנבדקו. בתסיסה דו שלבית התקבל הפרש תשואה של 23% יותר אתנול לעומת התססה חד שלבית על ידי S. cerevisiae בלבד. בנוסף אחוז הסוכרים שנצרכו בתהליך הדו שלבי הוא הגבוה ביותר (74%). 

מסקנות המחקר הן ששילוב של טיפול מקדים על ידי חומצה (H2SO4 2%) ולאחר מכן הידרוליזה אנזימתית נותנים את אחוז הסוכרים הגבוה ביותר מאצה יבשה ( 17%סוכר מאצה).
​בהתססה דו שלבית של אצה .Ulva sp  בשלב ראשון על ידי S. cerevisiae ובשלב השני על ידי  E. coli מתקבלת תשואת אתנול גבוהה ב23% לעומת התססה בשלב אחד רק על ידי S. cerevisiae ( mg ethanol/ g DW39.59 לעומת mg ethanol/ g DW30.72)

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>
אוניברסיטת תל אביב
P.O. Box 39040, Tel Aviv 6997801