پیش فرآوری کاه برنج با استفاده از حلال های مختلف و بهبود بازده ی تولید اتانول از این ماده

امروزه مواد لیگنوسلولزی به عنوان منابع دردسترس و ارزان برای تولید بیوسوخت های تجدیدپذیر مورد توجه محققان قرار گرفته اند. مواد لیگنوسلولزی در دیواره ی سلولی گیاهان وجود دارند و حاوی سه پلیمر عمده ی سلولز، همی سلولز و لیگنین هستند. سلولز موجود در این مواد قایل تبدیل یه گلوکز و سپس اتانول است. به دلیل ساختار پیچیده و به هم فشرده ی این مواد، ارگانیسم های تخریب کننده قادر به تخریب این مواد با بازده ی بالا نیستند و به همین علت یک مرحله پیش فرآوری به منظور شکست این ساختار مورد نیاز است. کاه برنج یکی از مواد لیگنوسلولزی که سالانه به میزان بیش از 950 میلیون تن در جهان تولید می شود. در این تحقیق به منظور بهبود بازده ی هیدولیز و تولید اتانول از کاه برنج، پیش فرآوری شیمیایی این ماده با استفاده از سه حلال آلی نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید (nmmo)، 1-اتیل 3-متیل ایمیدازولیوم استات ([emim][oac]) و 1-بوتیل 3-متیل ایمیدازولیوم استات ([bmim][oac]) انجام شد. نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید یک حلال صنعتی برای سلولز است که هم اکنون در صنعت فیبرسازی در فرآیند لایوسل استفاده می شود. مایعات یونی در واقع نمک هایی با دمای ذوب پایین هستند و معمولاًً در دمای محیط مایعاتی ویسکوز هستند. عملیات پیش فرآوری در دمای 120 درجه سانتیگراد، با 5% وزنی کاه و به مدت 1، 3 و 5 ساعت صورت گرفت. برای بررسی تاثیر پیش فرآوری، هیدرولیز آنزیمی نمونه های کاه پیش فرآوری شده و کاه اولیه در دمای 45 درجه سانتیگراد در شیکری با سرعت 100 دور بر دقیقه به مدت 72 ساعت انجام شد. fpu20 آنزیم سلولاز و iu30 آنزیم بتاگلوکوسیداز به ازای هر گرم سوبسترا در مرحله ی هیدرولیز استفاده شد. قند حاصل با استفاده از کیت گلوکز اندازه گیری شد. همچنین فرآیند هیدرولیز و تخمیر همزمان (simultaneous saccharification and fermentation) نمونه های پیش فرآوری شده با استفاده از مخمر ساکارومایسیس سرویسیه و آنزیم های سلولاز و بتاگلوکوسیداز در دمای 38 درجه سانتیگراد به مدت 48 ساعت در انکوباتور با سرعت 80 دور بر دقیقه برای تولید بیواتانول انجام شد. میزان اتانول تولیدی با استفاده از دستگاه hplc اندازه گیری شد. نتایج حاصل از هیدرولیز نشان می دهد گلوکان موجود در نمونه های پیش فرآوری شده تقریباً به طور کامل به گلوکز تبدیل شده است. بازده ی هیدرولیز برای کلیه ی نمونه های پیش فرآوری شده بیشتر از 96% است در حالیکه این درصد برای نمونه کاه پیش فرآوری نشده تنها 7/27% است. بازده ی تولید اتانول نسبت به بازده ی تئوری در مرحله ی هیدرولیز و تخمیر همزمان از 4/35% برای کاه پیش فرآوری نشده تا 3/93% برای نمونه ی 5 ساعت پیش فرآوری شده با nmmoو 7/79% برای نمونه های پیش فرآوری شده با هر دو مایع یونی افزایش یافته است. نتایج حاصل از تست ftir نمونه کاه پیش فرآوری نشده و سه نمونه ی پیش فرآوری شده با حلال های مورد استفاده به مدت 5 ساعت نشان دهنده ی کاهش شاخص بلورینگی برای تمامی نمونه های پیش فرآوری شده است. این شاخص برای کاه اولیه برابر 46/0 بوده در حالیکه این مقدار برای نمونه های پیش فرآوری شده تا 37/0 هم کاهش پیدا کرده است. تصاویر sem تهیه شده از نمونه های گفته شده حاکی از درهم شکستن شدید ساختار کاه بر اثر پیش فرآوری است. مهم ترین عامل در ایجاد بهبودهای به دست آمده کاهش میزان بلورینگی و در هم ریختن ساختار است. نرمال متیل موفورفولین نرمال اکسید از لحاظ میزان تولید اتانول به ازای کاه اولیه، در میان حلال های مورد استفاده بهترین عملکرد را داشته است.