کنترل عوامل بازدارنده در پالایشگاه زیستی مغز باگاس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه پالایش زیستی، دانشگاه شهید بهشتی

2 مدیر گروه مهندسی پالایش زیستی دانشگاه شهید بهشتی

3 گروه پالایش زیستی، دانشکده مهندسی و فناوری های نوین، پردیس علمی و تحقیقاتی زیراب، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، پردیس زیرآب، سوادکوه، مازندران، ایران

چکیده

                                                                                                DOR:98.1000/1735-0913.1397.33.553.65.4.1603.1587
در تحقیق حاضر، برای کنترل عوامل بازدارنده در پالایشگاه زیستی، مغز باگاس ابتدا تحت تأثیر هیدرولیز اسیدی رقیق با شرایط %8 اسید سولفوریک، 90 دقیقه و در دمای 120 درجه سانتی گراد پیش تیمار گردید. سپس، با استفاده از روشهای سم زدائی اورلایمینگ، کربن فعال و تلفیق روشهای مذکور نسبت به حذف عوامل بازدارنده از هیدرولیزات بدست آمده از پیش تیمار فوق اقدام شد. در روش اورلایمینگ از هیدروکسید کلسیم و اسید سولفوریک، در روش کربن فعال از کربن فعال در سه سطح (5/0، 5/1 و %5/2) و در روش تلفیقی از ترکیب مواد در دو روش قبلی استفاده شد. پس از تیمار اسیدی و هر کدام از روشهای سم‌زدائی میزان بازده قندهای احیا شده و نیز مقادیر عوامل بازدارنده فورفورال و هیدروکسی متیل فورفورال موجود در هیدرولیزات، بعنوان دو شاخص مهم، اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که اعمال روشهای فوق بر روی هیدرولیزات باعث افزایش بازده قندهای احیا شده می شود بطوریکه بیشترین بازده قند (بیشتر از %32) پس از روش مستقل اورلایمینگ حاصل شد. بعلاوه، در اعمال روشهای مستقل کربن فعال و تلفیقی (اورلایمینگ و کربن فعال) میزان بهینه مصرف کربن فعال به ترتیب %5/2 و 5/1 می باشد. بررسی عوامل بازدارنده در هیدرولیزات نشان داد که فورفورال و هیدروکسی متیل فورفورال حداکثر جذب خود را در طول موجهای 276 و 282 نانومتر دارند. همچنین، روش تلفیقی اورلایمینگ با %5/2 کربن فعال به عنوان بهترین روش توانست تا %100 عوامل بازدارنده را حذف نماید. از طرفی روش مستقل اورلایمینگ با حذف بیش از %90 عوامل عوامل بازدارنده، از بیشترین بازده قند نیز برخوردار است. لذا، با در نظر گرفتن توأمان میزان بازده قند و حذف عوامل بازدارنده، می توان دو گزینه مستقل اورلایمینگ و تلفیقی اورلیمینگ با %5/2 کربن فعال را برای تولید محصولات زیست پایه نظیر بیواتانول، زایلیتول و ... از مغز باگاس پیشنهاد داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


-Agbor, V. B., Cicek, N., Sparling, R., Berlin, A. and Levin, D. B., 2011. Biomass pretreatment: fundamental toward application. Review paper, Biotechnology Advances, (29): 675-685.

-Aghcheh, R. K., Bonakdarpour, B. and Zokaee Ashtiani, F., 2016. The Influence of Sugar Cane Bagasse Type and Its Particle Size on Xylose Production and Xylose-to-Xylitol Bioconversion with the Yeast Debaryomyces hansenii. Applied Biochemistry Biotechnology, 180(6): 1141-1151.

-Alriksson, B., Cavka, A. and Jönsson, L. J., 2011. Improving the fermentability of enzymatic hydrolysates of lignocellulose through chemical in-situ detoxification with reducing agents. Bioresource Technology, 102(2): 1254-1263.

-Cavka, A. and Jönsson, L. J., 2013. Detoxification of lignocellulosic hydrolysates using sodium borohydride. Bioresource Technology, (136): 368–376.

-Chi, C., Zhang, Z., Chang, H. and Jameel, H., 2009. Determination of Furfural and Hydroxymethylfurfural Formed From Biomass Under Acidic Conditions. Journal of Wood Chemistry and Technology, 29: 265–276.

-Converti, A., Dominguez, J. M., Perego, P., Da Silva, S. S. and Zilli, M., 2000. Word Hydrolysis and Hydrolyzate Detoxification for Subsequent Xylitol Production. Chemical Enginnering and Technology, 23(11): 1013-1020.

-Inoue, H., Tanapongpipat, S., Kosugi, A. and Yano, S., 2008. Saccharifiction and ethanol fermentation of sugarcane bagasse and rice straw from Thailand, The 10th biomass Asia workshop, Thailand.

-Jain R. K., 2011. Bioethanol from bagasse pith a lignocellulosic waste biomass from paper/sugar industry, Indian Pulp & Paper Technical Association Journal, 23(1): 169–173.

-Jönsson, L. J. and Martín, C., 2016. Pretreatment of lignocellulose: formation of inhibitory by-products and strategies for minimizing their effects. Bioresources Technology, (199): 103–112.

-Kim, D., 2018. Physico-Chemical Conversion of Lignocellulose:Inhibitor  and Detoxification Strategies:A Mini Review.Molecules, 23(2): 309.

-Lavaracka, B. P., Griffin, G. J. and Rodmanc, D., 2002. The acid hydrolysis of sugarcane bagasse hemicellulose to produce xylose, arabinose, glucose and other products. Biomass and Bioenergy, 23: 367 – 380.

-Li, Zh., Fei, B. and Jiang Z., 2014. Comparison of dilute organic and sulfuric acid pretreatment for enzymatic hydrolysis of bamboo. BioResources, 9(3): 5652-5661.

-Lois-Correa J.A., 2012. Depithers for Efficient Preparation of Sugarcane Bagasse Fibers in Pulp and Paper Industry. Ingenieria Investigacion y Tecnologia, 8(4): 417-424.

-Marton, J. M., Felipe,M. G. A., Almeida e Silva, J. B. and Pessoa Júnior, A., 2006. Evaluation of the Activated Charcoals and Adsorption Conditions Used in The Treatment of Sugarcane Bagasse Hydrolysate for Xylitol Production. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 23: 9 – 21.

-Miller, G. L., 1954. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, 31: 426–428.

-Mussatto S. I. and Roberto I. C., 2001. Hydrolysate detoxification with activated charcoal for xylitol production by Candida guilliermondii. Biotechnology Letters, 23: 1681–1684.

-Rao, R. S., Jyothi, Ch. P.,Prakasham,R. S., Sarma,P.N., and Rao, L. V., 2006. Xylitol production from corn fiber and sugarcane bagasse hydrolysates by Candida tropicalis. Bioresource Technology, 97: 1974–1978.

-Sanjuan R., Anzaldo J., Vargas J., Turrado J. and Patt R., 2001. Morphological and Chemical Composition of Pith and Fibres from Mexican Sugarcane Bagasse. Holzals Roh-und Werkstoff, 59: 447-450.

-Sene, L., Vitolo, M., Felipe, M. G. A. and Silva, S. S., 2000. Effects of Environmental Conditions On xylose reductase and Xylitol Dehydrogenase Production by Candida guilermondii. Application of Biochemical Bioengineering, 84-86: 371-380.

-Shafiei Amrehee, S. SH., 2016. Production Bioethanol from Bagasse Pith Xylan. MSc. Thesis, Department of Bio-refinery, Shahid Beheshti University, Tehran.

-Takagaki A., Ohara M., Nishimura Sh and Ebitani K., 2010. One-pot Formation of Furfural from Xylose via Isomerization and Successive Dehydration Reactions over Heterogeneous Acid and Base Catalysts. Chemistry Letters Journals, 39: 838-840.

-Vallejosa, M. E.,Chade, M., Mereles, E. B.,Bengoechea, D. I., Brizuela, J. G., Felissia, F. E., and Area, M. C., 2016. Strategies of detoxification and fermentation for biotechnological production of xylitol from sugarcane bagasse. Industrial Crops and Products, 91: 161–169.

-Zhang, J., Li, J., Tang, Y. and Xue, G., 2013. Rapid Method for the Determination of 5-Hydroxymethylfurfural and Levulinic Acid Using a Double-Wavelength UV Spectroscopy. The Scientific World Journal, 2013: 1-6.

-Zhang, Yi, Ding, sh., R. Mielenz, j., Cui, j., T. Elander, r., Laser, m., E. Himmel, m., R. McMillan, j. R. and Lynd, l., 2007. Fractionating Recalcitrant Lignocellulose at Modest Reaction Conditions. Biotechnology and Bioenginnering, 97: 214-223.