بهینه سازی جداسازی ترکیبات قابل تخمیر به وسیله هیدرولیز اسیدی ضایعات توده های زیستی

با توجه به رشد روز افزون مصرف انرژی و منابع سوخت های فسیلی و حقایقی چون محدود بودن و آلوده کنندگی این منابع، ضرورت دریافت انرژی از منابع تجدیدپذیر بیش از پیش آشکار شده است. در این راستا استفاده از توده های زیستی و تبدیل آن ها به بیوگاز و بیواتانول به عنوان انرژی های پاک و قابل ذخیره سرلوحه کار جوامع صنعتی قرار گرفته است .اولین و مهمترین مرحله در فرآیند تبدیل توده های زیستی به سوخت های زیستی، پیش فرآوری این ترکیبات جهت تغییر ساختار و ترکیب شیمیایی آن ها به منظور سهولت و افزایش راندمان هیدرولیز ذرات هیدروکربنی به قندهای مونومری است.هم اکنون در برخی از جوامع صنعتی صرفاً گیاهانی مانند گندم جهت تولید سوخت های زیستی کشت می شوند. گیاهانی که غنی از نشاسته بوده و همچنین به عنوان یک منبع لیگنوسلولزی مهم نیز به شمار می روند. علاوه بر این در ضایعات جامد شهری و کشاورزی نیز انبوهی از ترکیبات نشاسته دار و لیگنوسلولزی به صورت مخلوط وجود دارند. برای این که نشاسته موجود در این گونه مواد در شرایط حادی که جهت هیدرولیز اسیدی ترکیب لیگنوسلولزی به کار می رود تخریب نشود ناچار به جداسازی ترکیب نشاسته دار و لیگنوسلولزی و صرف وقت و هزینه زیاد می باشند. با توجه به تحقیقات صورت گرفته راجع به امکان دسترسی به شرایطی که بتوان در آن بیشترین میزان تولید قندهای مونومری قابل تخمیر و در عین حال کمترین میزان تخریب قندها و تولید بازدارنده ها را از هیدرولیز اسیدی مخلوط مواد نشاسته دار ولیگنوسلولزی بدون جداسازی آن ها داشت تحقیقات بسیار کمی صورت گرفته است. به همین منظور پروژه حاضر با هدف بررسی امکان بهینه-سازی تولید قند قابل تخمیر در شرایط متوسط عملیاتی در پیش فرآوری هیدرولیز اسید رقیق مخلوط ترکیبات نشاسته دار و لیگنوسلولزی صورت گرفته است. فعالیت های انجام شده در این پروژه را می توان به سه مرحله تقسیم بندی نمود. در مرحله اول، هیدرولیز اسیدی رقیق نشاسته و سلولز خالص(اویسل) در محدوده دمایی متوسط c°70-150، زمان 0-40 دقیقه، غلظت اسید 0-1 درصد و ترکیب 5-15درصد جامد در محلول صورت گرفت. در این مرحله از طراحی آزمایشات و همچنین آنالیز نتایج به کمک نرم افزار و روش طراحی مرکب مرکزی استفاده شد. در شرایط دمایی c°130، زمان 30 دقیقه، غلظت اسید 1درصد و ترکیب 5/7 درصد جامد تمامی نشاسته بدون تولید بازدارنده به گلوکز تبدیل شد. اما بیشترین میزان تولید گلوکز از سلولز در شرایط دمایی c°150، زمان 40 دقیقه، غلظت اسید 1 درصد و ترکیب 15 درصد جامد بوده است که تنها حدود 3/3 درصد از سلولز تجزیه شد اما در این شرایط عملیاتی میزان گلوکز موجود در هیدرولیزیت نشاسته به دلیل تخریب به شدت کاهش پیدا کرد. به همین دلیل بهترین حالت ممکن برای پیش فرآوری با توجه به تجزیه ناچیز سلولز، شرایط ذکر شده برای تجزیه کامل نشاسته در نظر گرفته شده و در مرحله دوم چوب کاج و سیب زمینی به عنوان نماینده ترکیبات لیگنوسلولزی و نشاسته دار در این شرایط عملیاتی هیدرولیز شدند. در مرحله سوم نیز روی جامد باقیمانده از پیش فرآوری اسیدی چوب، عملیات هیدرولیز آنزیمی با استفاده از غلظت های مختلف آنزیم های سلولاز و بتاگلوکوسیداز انجام شد. در این عملیات تأثیر غلظت های 15 و 30 واحد به ازاء هر گرم ماده خشک از سلولاز، 30 و 60 واحد از بتاگلوکوسیداز و همچنین ترکیب درصدهای 2، 5 و 10 از جامد در محلول بر میزان گلوکز تولید شده بررسی شد. بیشترین میزان تجزیه سلولز معادل 2/76 درصد در غلظت 15 واحد سلولاز، 60 واحد از بتاگلوکوسیداز و ترکیب 2 درصد جامد حاصل شد. کلمات کلیدی: لیگنوسلولز،سلولز، نشاسته، پیش فرآوری اسیدی، هیدرولیز آنزیمی