تبدیل موثر کاه برنج به قندهای قابل تحمیر و بیواتانول با استفاده از پیش فرآوری توسط کربنات سدیم

با توجه به نیاز روز افزون انرژی و همچنین افزایش آلاینده های زیست محیطی، نیاز به منابع تجدید پذیر انرژی کاملا محسوس می-باشد. در بین همه ی منابع تجدید پذیر، زیست توده ها و به ویژه مواد لیگنوسلولزی تنها منبع برای تولید پایدار سوخت های مایع می-باشند. از بین کلیه ی مواد قابل استحصال از زیست توده ها، بیواتانول می تواند جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی باشد. بنابر این تولید آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه کاه برنج به عنوان یکی از فراوان ترین مواد لیگنوسلولزی و ماده ای که دارای کاربرد مفید دیگری نمی باشد توسط پیش فرآوری نمک کربنات سدیم جهت تولید قندهای قابل تخمیر و سپس بیواتانول مورد استفاده قرار گرفت. پیش فرآوری در دماهای 90، 120،150 و 180 درجه سانتیگراد و در غلظت های 25/0، 5/0 و 1 مولار از نمک کربنات سدیم در راکتور تحت فشار همزن دار با قابلیت تزریق مواد در دمای مورد نظر به منظور حذف هرگونه اثر پیش گرمایشی انجام و در زمان های 30، 60، 120 و 180 دقیقه بوسیله ی ظرف مخصوص از راکتور نمونه گیری شد. راکتور مورد استفاده قابلیت کنترل دما با دقت یک درجه سانتیگراد را دارا بود و همچنین دور همزن برای همه ی آزمایشات 150 دور بر دقیقه تنظیم شده بود. همچنین نمونه های حاصله به منظور تعیین میزان گلوکز تولیدی به مدت 72 ساعت در دمای 45 درجه سانتیگراد توسط مخلوط آنزیمی سلولاز و بتا گلوکسیداز هیدرولیز شدند. بهترین نمونه ها از نظر میزان تولید قند در دمای 38 درجه سانتیگراد در معرض هیدرولیز آنزیمی و تخمیر همزمان توسط مخمر ساکارومایسیس سرویسیه به منظور تولیداتانول قرار گرفتند. بهترین نمونه در تولید قند، نمونه ی پیش فرآوری شده توسط نمک کربنات سدیم با غلظت 5/0 مولار در دمای 180 درجه سانتیگراد و به مدت زمان 120 دقیقه بوده است که از 10 گرم بر لیتر سوبسترا پیش فرآوری شده 7/8 گرم گلوکز تولید شده و بازده تولید گلوکز در حدود 97% بوده است در حالی که برای کاه پیش فراوری نشده این مقدار تنها برابر با 8/1 گرم بر لیتر بود که افزایش بیش از 400 درصدی را به همراه داشت. بهترین نتایج حاصل از هیدرولیز آنزیمی و تخمیر همزمان مربوط به پیش فرآوری با غلظت 5/0 و 1 مولار از کربنات سدیم در دمای 180 درجه سانتیگراد به مدت زمان 120 دقیقه بوده که تولید اتانول حدود 350 میلی گرم اتانول به ازای 1 گرم ماده پیش فرآوری شده است و بازده اتانول نسبت به بازده ی تئوری برای این نمونه 87% تولید بدست آمد. با انجام آنالیز اجزاء تشکیل دهنده مواد لیگنوسلولزی مشخص شد که در هر چهار دمای مورد آزمایش درصد لیگنین به میزان قابل توجهی کاهش یافته و با افزایش دما مقدار کاهش بیشتر می شد. همچنین زایلان موجود در کاه در دماهای 150 و 180 درجه سانتیگراد به طور قابل ملاحظه ای از ساختار ماده لیگنوسلولزی حذف شده است. حذف لیگنین و زایلان از دلایل بهبود موثر هیدرولیز آنزیمی و فرآیند تخمیر بوده است. نتایج حاصل از آنالیز ftir به منظور اندازه گیری میزان کریستالی بودن سلولز موجود در ساختار ماده لیگنوسلولزی و همچنین عکس های sem به منظور تعیین مرفولوژی ساختار، حاکی از کاهش مناطق کریستالی سلولز و حذف لیگنین و زایلان می باشد.