Fulltext

Biofuel Production from Cellulosic Wastes by Local Isolates of Streptomyces sp.

انتاج الوقود الحيوي من تحلل المخلفات السليلوزية بوساطة عزلات محلية من بكتريا Streptomyces sp.

Nadem H. Hayder ناظم حسن حيدر --- Banan Mahmoode بنان محمود

Iraqi Journal of Science المجلة العراقية للعلوم
ISSN: 00672904/23121637 Year: 2014 Volume: 55 Issue: 4B Pages: 1844-1858
Publisher: Baghdad University جامعة بغداد

Abstract

The current study aims to produce cellulase enzyme from Streptomyces spp. isolates and study the effect of some cultural conditions on cellulase production; biofuel production from cellulotic waste through enzymatic and acids hydrolysis. Out of 74 isolates of Streptomyces sp. were screened for cellulse production in solid and liquid media. Results showed higher capability of isolate Streptomyces sp. B 167 for cellulase production and bioconversion of cellulose, therefore selected for further studies. The results of optimization revealed that the cellulase enzyme productivity by the selected isolate reached 2.1 and 2.28 U/ml after 48 h of incubation time and pH 7 respectively. Cellulase productions in tested isolate improved (2.57 U/ml) by supplementation of cellulose liquid medium with 1 % of yeast extract as nitrogen source. Additives of carbon sources like (manitol, glucose, maltose, sucrose and starch) to the process of saccharification not improve the cellulose productivity. The bioconversion of cellulosic waste to reducing sugar was maximum with Banana peels (77.78 %) followed by the rice husk (75.56 %), orange peels (71.11 %), corn steep peels (60.0 %) and lowest bioconversions (53.33 %) recorded with sawdust. The degradation of cellulosic waste increases with increasing substrate concentration. Maximum cellulase productivity (3.18 U/ml) and bioconversion (86.1 %) was obtained at 3 % (w/v) of cellulosic waste (Banana peels). Saccharification of cellulosic waste with different treatment methods was studied. The pretreatment of cellulosic waste with 1 % HCl and H2SO4 produces 21 and 15.8 g of reducing sugar / 100 g of cellulosic waste. In comparison, hydrolysis with Streptomyces sp. B 167 enzymes, resulting significantly higher amount of reducing sugar yield (25 g / 100 g cellulotic waste). Further fermentation of cellulosic hydrolysates were preformed using Saccharomyces cerevisiae using stationary fermentation condition, maximum yield of ethanol were ( 0.30, 0.19 and 0.10 g ethanol / g glucose) observed with Streptomyces sp. B 167 enzymes, HCl and H2SO4 hydrolysates respectively after 48 h of fermentation

هدفت الدراسة الحالية الى انتاج انزيم السليليز من بكتريا الستربتومايسس ودراسة تاثير بعض الظروف الزرعية على انتاج الانزيم; انتاج الوقود الحيوي من المخلفات السليلوزية من خلال التحلل المائي للمخلفات بالاحماض والانزيمات المايكروبية. تم غربلة 74 عزلة لبكتريا Streptomyces sp لانتاجها للسليليز في الوسط الصلب والسائل, اظهرت النتائج قدرة عالية للعزلة Streptomyces sp B 167 في انتاج انزيم السليلز والتحويل الحياتي للسليلوز, واختيرت العزلة في بقية الدراسة. كما اظهرت نتائج الظروف المثلى, بان انتاجية انزيم السليليز من قبل عزلة الستربتومايسس B167 بلغت 2.1 و 2.28 وحدة/مل بعد 48 ساعة من فترة الحضانة وعند الرقم الهيدروجيني 7. تم تحسين انتاجية السليليز من قبل العزلة المختارة بلغت 2.57 وحدة/مل عند تزويد وسط السليلوز السائل بمستخلص الخميرة وبتركيز 1% كمصدر نيتروجيني. اضافة المصادر الكربونية مثل ( المانيتول, الكلوكوز, المالتوز, السكروز و النشا) الى التحلل السكري للسليلوز لم يحسن من انتاجية انزيم السليليز. التحويل الحياتي للمخلفات السليلوزية الى السكريات المختزلة بلغ اقصاها (77.78 %) مع قشور الموز ثم اعقبها قشور الرز (75.56 %), قشور الحمضيات (71.11 %), قشور عرانيس الذرة (60.0 %) واقل قيمة للتحويل الحياتي (53.33 %) سجلت مع نشارة الخشب. التفكك الحياتي للمخلفات السليلوزية ازداد مع زيادة تركيز المادة المغذية. اقصى انتاجية لانزيم السليليز (3.18 وحدة/مل) والتحويل الحياتي (86.1 %) حصلت عند التركيز 3 % (وزن/حجم) من المخلفات السليلوزية (قشور الموز). تم دراسة عملية التحول السكري للمخلفات السليلوزية بعدة طرق. المعاملة الاولية للمخلفات السليلوزية مع 1 % من حامض الهيدروكلوريك وحامض الكبريتيك انتجت 21 و 15.8 غم من السكريات المختزلة / 100 غم من المخلفات السليلوزية. بالمقارنة مع التحلل المائي لانزيمات بكتريا الستربتومايسس B167 انتج كمية عالية من السكريات المختزلة بلغت (25 غم / 100 غم من المخلفات السليلوزية). درست عملية تخمير السكريات الناتجة من المعاملات المختلفة باستخدام الخميرة سكرومايسس سرفيسيا وباستخدام تخمرات الحالة الثابتة, اقصى انتاج للايثانول بلغ (0.30, 0.19 و 0.10 غم ايثانول / غم كلوكوز) تم الحصول عليه من نواتج المعاملة باستخدام انزيم الستربتومايسس, حامض HCl و H2SO4 بالتتالي بعد 48 ساعة من عملية التخمير.

Keywords

Cellulosic waste --- Streptomyces sp. --- bioconversion --- cellulase --- fermentation.