بهینه سازی تولید قندهای قابل تخمیر از بقایای لیگنوسلولزی کلزا با استفاده از پیش تیمارهای نوین

در دهه های اخیر تبدیل زیست توده های لیگنوسلولزی به سوخت زیستی (اتانول و بیو دیزل ها) به طور گسترده ای مورد توجه قرار گرفته است. مهم ترین نکته در تبدیل زیست توده لیگنوسلولزی به سوخت اتانول، قابلیت دسترسی پلی ساکاریدها جهت تجزیه آنزیمی و تولید مونو ساکاریدهای سازنده آن ها می باشد. کاه کلزا می تواند به عنوان منبع مواد لیگنوسلولزی تجدید پذیر جهت تولید مواد شیمیایی و قندهای قابل تخمیر مورد استفاده قرار گیرد. در این مطالعه تأثیر پیش تیمارهای مختلف بر ساختار شیمیایی، ویژگی های ترکیبات تشکیل دهنده و هیدرولیز آنزیمی کاه کلزا بررسی و با استفاده از روش سطح پاسخ بهینه سازی شد. تیمارهای مورد استفاده در این تحقیق شامل پیش تیمار شیمیایی اسیدی (اسید سولفوریک و کلریدریک)، قلیایی (هیدروکسید سدیم و هیدروکسید کلسیم) و پیش تیمارهای فیزیکوشیمیایی مختلف نظیر پرتوهای پرانرژی (پرتو الکترونی و پرتو گاما) و انفجار در بخار در ترکیب با هیدروکسید سدیم بود. نتایج نشان داد که در پیش تیمار اسید کلریدریک، بهترین شرایط استفاده از اسید کلریدریک 3 % به مدت 30 دقیقه در دمای 120 درجه سانتی گراد بود که منجر به افزایش میزان گلوکز تولیدی و بازده گلوکز به ترتیب به میزان 48/116% و 27/173% نسبت به تیمار شاهد شد. در پیش تیمار اسید سولفوریک بهترین شرایط استفاده از اسید سولفوریک 1% به مدت 30 دقیقه در دمای 69/51 درجه سانتی-گراد بود که منجر به افزایش میزان گلوکز تولیدی (19/102%) و بازده گلوکز تولیدی (26/132%) نسبت به تیمار شاهد شد. نتایج پیش تیمار قلیایی نشان داد که در پیش تیمار با هیدروکسید سدیم بهترین شرایط برای خروج لیگنین و همی سلولز، استفاده از هیدروکسید سدیم با غلظت 74/2% در دمای 43/110 درجه سانتی گراد به مدت 90 دقیقه بود که منجر به افزایش میزان گلوکز تولیدی (11/157%) و بازده گلوکز تولیدی (44/117%) نسبت به تیمار شاهد شد. درحالی که در پیش تیمار استفاده از هیدروکسید کلسیم، بهترین شرایط شامل استفاده از هیدروکسید کلسیم با غلظت 1% در دمای 120 درجه سانتی-گراد به مدت 90 دقیقه بود که باعث افزایش میزان گلوکز تولیدی (18/240%) و بازده گلوکز تولیدی (25/185%) نسبت به تیمار شاهد شد. در پیش تیمار ترکیبی پرتو الکترونی با سود، بهترین شرایط پیش تیمار، استفاده از پرتو الکترونی با دوز 100 کیلو گری، هیدروکسید سدیم با غلظت 99/2% در دمای 33/119 درجه سانتی گراد به مدت 87/89 دقیقه بود که منجر به افزایش میزان گلوکز و بازده گلوکز تولیدی به ترتیب به مقدار 20/218% و 36/143% نسبت به تیمار شاهد شد. بهترین شرایط در پیش تیمار ترکیبی پرتو گاما با سود، استفاده از پرتو گاما با دوز 30/81 کیلو گری، هیدروکسید سدیم با غلظت 72/1% در دمای 76/118 درجه سانتی گراد به مدت 16/76 دقیقه بود که منجر به افزایش میزان گلوکز تولیدی (15/379%) و بازده گلوکز تولیدی (19/240%) نسبت به تیمار شاهد شد. بر اساس نتایج پیش تیمار ترکیبی انفجار در بخار با سود، بهترین شرایط پیش تیمار استفاده از هیدروکسید سدیم با غلظت 14/1% در دمای 30 درجه سانتی گراد به مدت 90 دقیقه بود که باعث افزایش میزان گلوکز و بازده گلوکز تولیدی به ترتیب به مقدار 36/278% و 32/185% نسبت به تیمار شاهد شد. نتایج نشان داد که بهترین پیش تیمار از نظر هیدرولیز کاه کلزا عبارتند از پیش تیمار ترکیبی پرتو تابی گاما/ سود و پیش تیمار ترکیبی انفجار در بخار/ سود بود اما استفاده از پیش تیمار انفجار در بخار بسیار اقتصادی تر است.