私たちの世界の化石燃料埋蔵量は枯渇しています。政府機関のほとんどは、バイオアルコール、バイオディーゼルなどの化石燃料の代替品の研究開発に資金を提供しており、できれば環境に優しい技術を使用して製造されています。アルコールであるエタノールは、酵母やバクテリアなどの微生物を利用した糖の発酵によって生成されます。など）
食用作物からのエタノール生産は非常に簡単で、エネルギーやコストのかかるプロセスは必要ありません。しかし、人間の食物を燃料生産に転用することは倫理的に間違っています。それどころか、農業残留物は豊富にあり、北インドのほとんどの州では深刻な大気汚染の程度まで焼かれています.大規模なリグノセルロース エタノール生産の唯一の障害は、プロセスの複雑さが原因である莫大な生産コストです。
リグノセルロースは、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、無機物、および抽出物質で構成されています。セルロースとヘミセルロースは糖を構成し、加水分解されてエタノールに発酵されます。しかし、リグニンは加水分解可能な糖を取り囲み、その後のエタノールへの変換に利用できなくなります.したがって、リグノセルロースのエタノールへの変換には、次の 4 つのステップが含まれます。 (b) 糖化/加水分解。グルコース、キシロースなどのより単純な糖がセルロースとヘミセルロースから放出されます。 (c) 加水分解から放出された糖が微生物によってエタノールに発酵される発酵。 (d) 発酵エタノールを精製して品質を向上させる精製。
IRENA のレポートによると、発酵工程だけで設備コストの 23%、総コストの 16% を占めています。前処理されたリグノセルロースの加水分解により、炭素数 6 および炭素数 5 の糖 (グルコースのようなヘキソース、キシロースのようなペントース) が放出されます。パン酵母、つまり Saccharomyces cerevisiae 、ペントースを自然に発酵させることができません。したがって、Scheffersomyces stipitis のような別の酵母が必要です。 、または Zymomonas mobilis のようなバクテリア 、ペントースを発酵させ、それによってエタノールの収量を改善します。
糖の効率的な変換のために 2 つ以上の微生物を使用することは、それらの代謝パターン、培養条件、挙動、および相互作用が異なるため複雑です。たとえば、S. cerevisiae 酸素の不在下（嫌気的条件）でエタノールを生成するのに対し、 Ｓ．中耳炎 酸素の微量濃度を必要とします (微好気条件)。酸素の存在下では、 S. cerevisiae 細胞のバイオマスを増やすために代謝を転換します。 S.中耳炎 ヘキソースとペントースの両方を発酵させる能力があります。ヘキソースの後にはペントースが続き、したがって S と競合します。 cerevisiae ヘキソースを消費するため。これらの理由により、S. cerevisiae とS.中耳炎
論文「Saccharomyces cerevisiae によるグルコースとキシロースの共発酵の数学的モデリング、シミュレーション、および検証」 そしてシェファーソミセス・スティピティス」 バイオマスとバイオエネルギーに掲載 2018 年 3 月に、糖、エタノール、S の濃度を予測する数学的モデルの開発について説明します。 cerevisiae、 とS.中耳炎 これらの酵母の共培養中。これらのモデルは、微生物の増殖速度を予測する最も単純な数学的モデルである Monod モデルから開発されました。
この研究では、S を考慮して数学的モデルが開発されました。スティピティス 論文に記載されている他の仮定に加えて、成長率の溶存酸素濃度への依存性。既知および未知の運動パラメータを計算するために、シミュレーションと実験が同時に行われました。モデルは、t検定を実施し、一致指数を評価することにより、統計的に検証されました。 S の濃度プロファイルを予測するモデルのウィルモットの一致指数。 cerevisiae、S. stipitis 、グルコース、キシロース、エタノール、および酸素は、それぞれ 0.867、0.929、0.980、0.995、0.910、および 0.850 であり、モデル予測値と実験値の間の「非常に高い」一致の基準を満たしています。
発酵実験は、グルコースとキシロースを含む合成培地で実施されました。これらのモデルを変更し、リグノ セルロース エタノール生産中の文化のダイナミクスを予測するために使用できます。調査の要約を以下に示します。
これらの調査結果は、ジャーナル Biomass and Bioenergy に最近掲載された、Saccharomyces cerevisiae と Scheffersomyces stipitis によるグルコースとキシロースの共発酵の数学的モデリング、シミュレーション、および検証というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、インド工科大学デリー校の Siddhi Sreemahadevan、 Varsha Singh、 Pradip Kumar Roychoudhury、および Shaikh Ziauddin Ahammad によって実施されました。
