تولید استون، بوتانول و اتانول از گیاه سورگوم شیرین با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکم

تخمیر استون، بوتانول و اتانول توسط باکتری های کلستریدیا در طی قرن بیستم فراز و نشیب های متعددی داشته است. این فرایند که با نام فرایند تولید حلال های زیستی شناخته می شود، در میانه قرن بیستم یکی از بزرگ ترین صنایع تخمیر در سرتاسر جهان بوده است. با این وجود با ورود صنایع پتروشیمی به عرصه تولید مواد مختلف شیمیایی از جمله بوتانول، صنعت تخمیر استون، بوتانول و اتانول از عرصه رقابت اقتصادی کنار رفت. در سال های اخیر با بروز نگرانی ها از منابع رو به اتمام تجدید ناپذیر نفتی و آثار زیان بار مصرف بیش از اندازه آن ها و هم چنین شناخت بوتانول زیستی به عنوان یکی از گزینه های اصلی برای جایگزینی با سوخت های فسیلی کنونی، بهبود فرایند تخمیر استون، بوتانول و اتانول موردتوجه قرار گرفته است. با این وجود پیش از آن که بتوان بوتانول زیستی را به عنوان سوخت جایگزین در لیست سوخت های مصرفی کنونی قرار دارد، باید بتوان آن را به صورت اقتصادی تولید کرد. استفاده از منابع زیستی ارزان قیمت غیرخوراکی به عنوان منبع کربنی جهت تولید بوتانول در چند سال اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. یکی از نکات قابل توجه باکتری های کلستریدیا قابلیت تخمیر مستقیم منابع نشاسته ای با بازده بالا می باشد. از این رو در این مطالعه از گیاهی با نام سورگوم شیرین استفاده شده است که مشخصات ویژه ای جهت به کارگیری در تولید حلال های استون، بوتانول و اتانول دارد. گیاه سورگوم شیرین گیاهی است که در چهار فصل سال کشت و برداشت می شود و با آب و هوای گرم و نسبتاً خشک سازگاری مناسبی دارد. علاوه بر دانه سورگوم که یک منبع نشاسته ای مناسب برای تخمیر است، ساقه ی سورگوم شیرین نیز شامل کربوهیدرات های قابل حل (گلوکز و ساکاروز) و غیرقابل حل (سلولز و همی سلولز) می باشد که پس از انجام فرآوری قابل تبدیل به استون، بوتانول و اتانول می باشد. در این مطالعه تولید زیستی حلال های آلی شامل استون، بوتانول و اتانول از گیاه سورگوم شیرین با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکم بررسی شده است. اجزاء گیاه سورگوم شیرین شامل دانه، شیره، مواد لیگنوسلولزی ساقه است که به صورت جداگانه جهت تولید حلال ها مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش استخراج یک مرحله ای شیره ای حاوی 35/12 گرم بر لیتر قند به دست آمد و برای تولید مخلوط حلال ها استفاده شد. بیشترین بازده تولید حلال از شیره سورگوم برابر با 24/4 درصد به دست آمد. بخش لیگنوسلولزی باقیمانده از استخراج (باگاس) که بسیار مقاوم است برای تبدیل مناسب به قند ابتدا نیاز به پیش فراوری دارد لذا باگاس سورگوم ابتدا تحت پیش فراوری آلی محلول 50 درصد استون حاوی 0/1 درصد وزنی اسید سولفوریک در دما و زمان ماندهای متفاوت و آبکافت آنزیمی قرار گرفت. مواد فراوری شده تحت آبکافت آنزیمی و سپس توسط تخمیر به استون، بوتانول و اتانول تبدیل شدند. آبکافت آنزیمی مواد فراوری شده در دمای 150 درجه سانتی گراد و 90 دقیقه منجر به تولید 26/2 گرم بر لیتر قند شد که پس از تخمیر به 5/88 گرم بر لیتر تبدیل شد. دانه سورگوم که حاوی 70 درصد نشاسته می باشد نیز مستقیماً تحت تخمیر قرار گرفت. تخمیر مستقیم 20 گرم بر لیتر دانه سورگوم بازده تولید حلال برابر با 37/1 درصد، به دست آمد. بر اساس کلیه نتایج به دست آمده در بهترین حالت به ازای هر کیلوگرم گیاه سورگوم با تخمیر جداگانه قسمت های مختلف سورگوم، در مجموع 144/6 گرم حلال تولید شد. این میزان 2/4 برابر بیش تر از میزان حلال تولیدشده از تخمیر گیاه سورگوم خام می باشد.