بسیاری از پیش عملیاتهای شیمیایی برای شکاف ورقه لیگنین وکاهش محتوی کریستالی سلول قبل ازهیدرولیز آنزیمی تست شده اند. اگر چه تاثیر چندین شیوه از این شیوه ها اثبات شده است اما این عیب بزرگ را دارندکه به دستگاههایی نیاز دارند که از موادی ساخته شده باشند که قادر به مقاومت در برابر شرایط شدید شیمیایی باشند. این عوامل شیمیایی که برای هدف لیگنین زدایی تست شده اند عبارتند از: آلکینها، اسیدها، گازها، عوامل اکسیدکننده، حلاّل سلولز و عوامل استخراج کننده و متورم کننده.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

پیش عملیات آلکیلی برای افزایش قابلیت هضم مواد لیگنو سلولزی استفاده می شود .این فراوری به عنوان یک فرایند خمیر سازی برای تولید فراورده های کاغذی الیاف بلند و مقاوم توسعه یافته اند(زانوتینی و سایرین، ۱۹۹۸).
همچنین برای کاه و دیگر مواد غیر چوبی که هنوز هم منبع عمده فیبر را برای تولید کاغذ تشکیل می دهند آزمایش شده است. این روش برای چندین بیو مس انجام شده است و نتایج متفاوتی گرفته شده است. پیش فراوری هیدروکسیدسدیم همان چیزی است که روی کاه نسبت به چوب های جنگلی به علت میزان لیگنین کمتر موثرتر است(مک میلان و سایرین ۱۹۹۴). شرایطی که معمولاً در این پیش فرآوری به کار رفته غلظت ۸ تا ۱۲درصدی هیدروکسید سدیم به نسبت ماده خشک و زمان ماندگاری ۳۰ الی۶۰ دقیقه و دمای ۸۰ تا۱۲۰ درجه سانتیگراد می باشد. عیب این روش این است که هزینه مواد شیمیایی آن بالا است بطوریکه فرآیندهای اضافی به منظور بازیافت سود سوزآور مورد نیاز خواهد بود ( اگیر و سایرین ۱۹۹۹). پیش فرآوری الکالی عیب های بالقوه ای دارند. در حقیقت الکالی قوی، همی سلولز را به صورت محلول در می آورد و تا حدی هم همی سلولز را به اسیدهای ساکاریدی تجزیه می کنندکه از مرحله تخمیر میکروارگانیزم ها تاثیر ضعیفی بر روی آنها دارند. در بخش قبلی ما اسیدسولفوریک را به عنوان یک عملیات برای هیدرولیزسلولز تشریح کردیم. با وجود این به خاطر نتایج پایین هیدرولیزش، این فرایند اخیراً به عنوان یک ابزار پیش فرآوری به کار برده شده است. همچنین نشان داده شده است که پیش عملیات به طور موثر همی سلولز را حل می کند و قابلیت هضم آنزیمی سلولز را افزایش می دهد. سرعت بالای واکنش(در مقایسه با فرایندهای آنزیمی) مصرف پایین اسید و هزینه پایین اسید سولفوریک (در مقایسه با پیش عملیاتهای بازی) بعضی از امتیازات پیش عملیات اسید سولفوریک رقیق هستند. دستگاه پیش عملیات اسید رقیق به سیستم بازیابی اسید نیازی ندارد در حالیکه به نظرمی رسد برای فرایند اسید غلیظ نیاز اساسی باشد ( استقلالیان ۱۹۹۷).شرایط پیش فرآوری با اسید سولفوریک تقریباً ۱% و سپس ماندگاری در دمای ۱۴۰ تا۱۶۰درجه سانتی گراد برای یک دوره چند دقیقه ای تا یک ساعت می باشد(داین و دیگران۱۹۹۹). یکی از مشکلات عمده مربوط به هیدرولیز اسید رقیق زیست توده لیگنو سلولزی قابلیت تخمیر ضعیف هیدرولیزهای تولید شده می باشد(تاکر و دیگران ۲۰۰۰). در هیدرولیز لیگنوسلولزی غلظت قندها همچنین غلظت محصولات فرعی به شرایط هیدرولیز بستگی دارد. شرایط سخت می توانند قندها را به فورفورال، اسید لیوالینیک و اسیدفورمیک تجزیه کند درحالیکه یک بخش جزئی لیگنین تجزیه می شود که به مواد اروماتیک منتهی می شود.
جدا از پیش فرآوری شیمیایی برای پیش عملیات بیومس بعضی محققین پیش عملیات آب داغ مایع^[۱۰]۱را مطرح کردند که صرفاً این بیوجرم را با آب از قبل از پیش فرآوری در دمای ۲۲۰درجه سانتی گراد برای مدت ۲دقیقه شستشو می دهند. این آب در فشار بالا نگه داشته به این منظورکه این اطمینان حاصل شود که آن در فاز مایع باقی مانده است.
۲-۸-۴ پیش عملیات بیولوژیکی
در سالهای اخیر پیشرفت در زمینه زیست مهندسی به ایجاد میکروارگانیزم های قادر به حمله به لیگنین در بیو مس
منتهی شده است. آنزیم های لیگنولیتی می توانند به طور بالقوه در چندین بخش فرایند جنگل داری، صنعتی، ساخت خمیر کاغذ، کنترل ضایعات و به کارگیری محصولات فرعی به خاطر ویژگی های مواد اصلی گسترده مفید باشد.
۳-۹تخمیر:
لیگنوسلولز اغلب توسط پیش فرآوری اسیدی هیدرولیزمی شود. هیدرولیزات بدست آمده سپس برای تخمیر بیواتانول توسط میکروارگانیزمهای همچون مخمر مورد استفاده قرار می گیرد. هیدرولیزاتهای لیگنو سلولز نه تنها شامل گلوکز بوده بلکه شامل مونوساکاریدهای مختلفی همچون زایلوز، مانوز، گالاکتوز، آرابینوز و الیگوساکاریدها می باشد. مطابق با استوکیومتری واکنشها حداکثر بازده تئوریکی۰.۵۱کیلوگرم بیواتانول و۰.۴۹کیلوگرم دی اکسید کربن در هرکیلوگرم زایلوز وگلوکز است(هامیلینگ و سایرین ۲۰۰۵، وسیا و سایرین۲۰۰۵).
(۲-۲) ۳C₅ H₁₀O₅ ͢ ۵C₂H₅OH +5CO₂
(۲-۳) ۲C₂H₅OH +2CO₂ C₆H₁₂O₆ ͢
در تخمیر میکروارگانیزمهایی از قندهای قابل تخمیر بعنوان غذا استفاده نموده و الکل اتیل و دیگر محصولات فرعی را تولید می نماید. چنین میکروارگانیزمهایی می توانند نوعاً از قندهای شش کربنه استفاده نمایند که یکی از معمولترین آنها گلوکز می باشد. بنابراین مواد زیست توده سلولزی شامل مقدار بالاتری گلوکز یا قابل تبدیل به گلوکز راحتترین مواد برای تبدیل به بیواتانول هستند. میکروارگانیزمها بنام اتانولوژنها در حال حاضر بخشی از قندهای زیست توده را به بیواتانول تبدیل می شوند(دمیرباس ۲۰۰۶). تعدادی از میکروارگانیزمها وجود دارند که مقادیر بیشتر(بزرگتر از یک درصدw/v ) بیواتانول تولید می کنند(استوارت۱۹۸۷). میکروارگانیزمهای تخمیر کننده زایلوز در بین باکتریها، قارچهای رشته ای و مخمر یافت می شوند. امروزه باکتری تخمیرکننده زایلوز شامل هر دوی ارگانیزمهای مهندسی ژنتیک شده و بومی هستند و برخی ویژگیهای مفید برای تخمیر و ساکاریفیکاسیون همزمان را دارند((جدول۲-۵) جفریس و سایرین ۲۰۰۰). یکی از کاراترین مخمرهای تولید کننده بیواتانول ساکارومایسیس سروسیا است که چند مزیت بخاطر تولید بیواتانول بالا از هگزوزها و مقاومت بالا به بیواتانول و دیگر ترکیبات بازدارنده در هیدرولیزاتهای اسیدی توده زیستی لیگنوسلولز را دارد. با این وجود بخاطر اینکه نژادهای نوع وحشی این مخمر نمی تواند از پنتوزها همچون زایلوز و آرابینوز سلولیگوساکاریدها، بهره برداری کند تولید بیواتانول از هیدرولیزات لیگنوسلولز ناکافی است. باکتریهای اتانولوژیک که در حال حاضر برای بهره برداری صنعتی امید بخشترین باکتریها هستند عبارتند از زیموناس، کلبسیا واچرچیاکولی و زیموموناس بخاطر توانایی اش در تولید سریع و کارایی بیواتانول از خوراکهایی بر پایه گلوکز کاملاً شناخته شده است و نیز آزمایشات بهره وری مقایسه ای نشان داده است که زیموبایل می توانند ۵درصد عملکرد بالاتر و بیش از ۹۷ درصد تئوریکی و غلظتهای بیش از۱۲درصد (w/v) در تخمیرهای گلوکز را ثابت کرده است. همچنین بطور ویژه بیواتانول را از قندهای هگزوز، گلوکز و فروکتوز تولید می کند اما از قندهای پنتوز نمی توانند بیواتانول تولید کند(داین و سایرین۲۰۰۳).
۲-۱۰ بازیابی جامدات و محصول:
هرچه تکنولوژی های تخمیر و هیدرولیز زیست توده به حالت تجاری نزدیک شود، پیشرفت هایی در تکنولوژی های بازیابی جدیدترین نیاز خواهد بود. برای مواردی که در آن محصولات تخمیر فراتر از آب هستند بازیابی توسط تقطیر بهترین تکنولوژی منتخب است. یک سیستم تقطیر مناسب می توانند بیواتانول را از آب در مخلوط مایع جدامی کند(مدسون و سایرین۲۰۰۰). محتوی آب بیواتانول عموماً بالاتر از۸۰%است بنابراین مقادیر زیاد انرژی برای تغلیظ اتانول تا ۶/۹۵% ( مخلوط ازوتروپ اتانول با آب) لازم می باشد. ستون تقطیر بیواتانول را از آب(و جامدات اگر باشد) جدا کرده و یک بخار با غلظت بالایی بیواتانول و یک باقی مانده در انتها غنی از آب تولیدمی کند. مرحله اول بازیابی بیواتانول در یک ستون تقطیر صورت می گیرد جایی که جامدات با مقداری آب باقی می ماند و محصول (۳۷%بیواتانول) در یک ستون دیگر تا غلظت پایینتر از ازوتروپ(۹۵%) تغلیظ می شود(هاملیک۲۰۰۵). بازیابی بیواتانول در ستونهای تقطیر در کارخانه تا ۶/۹۹% صورت می گیرد. جامدات باقی مانده در مرحله اول با بهره گرفتن از یک سانتریفیوژ جداسازی شده ودر یک خشک کن دوار خشک می شوند(کارویان و سایرین۲۰۰۷، مک آلن و سایرین۲۰۰۰).
فصل سوم
روش آزمایش
۳-۱- مواد و سایل مورد استفاده:
پوست سبز گردو، اسید سولفوریک، دستگاه اتو کلاو، قیف بوخنر و صافی کاغذی، لوازم آزمایشگاهی و دستگاه hplc
۳-۲- آزمایشات:
برای بدست اوردن نتایج مورد نظر آزمایش در پارامترهای زیر انجام شده و مورد بررسی انجام گرفت:
زمان اقامت
دما
غلظت اسید
۳-۳ طراحی روش آزمایش:
برای بررسی تاثیر چهار متغیر دما، غلظت اسید و زمان بر روی میزان قند استحصال شده از هیدرولیز اسید غلیظ پوست سبز گردو، برای هر متغیر سه سطح در نظر گرفته شد و طراحی آزمایشات بر پایه روش های فاکتوریلی انجام گرفت. هر آزمایشی چهار بار تکرار شد و میانگین نزدیکترین نتایج محاسبه شد.
روش انجام ازمایش:
ماده آماده شده(پوست سبز گردو خرد شده ) را به وزن ۵ گرم در داخل بشر به نسبت ۰، ۱ و ۲ و۳ درصد وزنی اسید سولفوریک در شیشه های آزمایشگاهی درب دار (شیشه های پیرکس) در ۱۱۶، ۱۲۴ ، ۱۳۲ ، ۱۴۰ درجه سانتیگراد بمدت ۲۰، ۳۰، ۴۰ ، ۵۰ دقیقه با همزدن توسط میکسر آزمایشگاهی در حمام آب گرم تیمار شد. محلول در دستگاه اتوکلاو قرار داده و به ترتیب تمام موارد طبق نمودارهای مورد نظر در دماهای مختلف و زمان های مختلف با غلظت های مختلف بررسی شده و سپس محلول توسط کاغذ صافی و قیف بوخنر با بهره گرفتن از پمپ خلاء صاف شده و جامد مانده بر روی صافی با آب مقطر شستشو داده شد تا زمانی که حجم محلول نهایی به ۱۰۰۰ میلی لیتر رسید. ۲۰۰ سی سی از محلول برای آنالیز استفاده شد. ترکیب محلول صاف شده با بهره گرفتن از کروماتور گرافی مایع^[۱۱] HPLC)) تعیین شد. دستگاه کروماتورگرافی بکار گرفته شده مدل جاسکو بود که در آن گلوکز، زایلوز، وسیله ستون Aminex HPX-87P Bio-Rad آنالیز شده و بوسیله تشخیص دهنده ضریب شکست^[۱۲] در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد معین شدند و اسید استیک و فورفورال بوسیله برج Bio-Rad ،Aminex HPX-87H آنالیز و بوسیله تشخیص دهنده ماوراء بنفش در طول موج ۲۱۰ نانومتر شناسایی گردیدند. برای جلوگیری از خطا ی ازمایش می توان ph محلول را از حالت اسیدی به حالت خنثی دراورده تا خطای ازمایش قابل اقماض باشد. این نتیجه در طی ازمایشی مجدد از نمونه ها بدست امد که در دمای محیط بر اثر گذشت زمان همان محلول را آزمون کرده که دیده شد میزان قند بطور پشمگیری کاهش و میزان اسید استیک بطور قابل محسوسی افزایش یافته است.
نتایج حاصله از آزمون های این پروژه با دقت فروان بدست امده، به اینصورت که محلول بعد از تولید بلافاصله فریز شده تا زمان ازمون به دمای محیط رسیده وتست روی ان انجام شده پس واکنشی برگشت پذیر روی ان اثر نگذاشته است.
۳-۱ جدول نتایج بدست امده حاصل از انالیز بوسیله دستگاه hplc به قرار ریر است:

Sample No

Sample name

Final Concentration (ng/g)

GLU

FER

XYL

HOAC

Total

sample-1

TR 920810/01 RCA

۵.۰۴

۱.۰۱

۵.۰۰

۱.۰۰

۱۲.۰۵