منابع و ماخذ پایان نامه استاندارد، تکنولوژی، اتحادیه اروپا

تجزیه‌پذیری یک فرایندی است که در نتیجه فاکتورهایی مانند نور، حرارت و …خصوصیات پلیمرها تحت تاثیر قرار گرفته و یا از بین می‌رود و درنتیجه مدت ماندگاری ماده کاهش پیدا می‌کند. از این رو مطالعات پایداری و تجزیه این پلیمرها باید به درستی بررسی شود تا مدت ماندگاری بیشتری برای محصول تأمین کند.
فصل چهارم
کاربردهای تخمیری
4-1- تولید بیواتانول
4-1-1- مقدمه
در دنیای امروز مسئله آلودگی محیط زیست و مصرف انرژی از اساسی‌ترین مشکلات بشر به شمار آمده و بی‌توجهی به آن می‌تواند خطرات بزرگی را بدنبال داشته باشد. به همین دلیل بسیاری از کشورهای صنعتی تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه روشهای مختلف کاهش آلودگی محیط زیست به انجام رسانیده‌اند. روند رو به رشد صنعت خودروسازی و به دنبال آن افزایش مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست لزوم بهره‌گیری از تکنولوژی‌های نو را در جهت کاهش مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست، آشکار می‌سازد. سوخت زیستی در حال حاضر به ‏عنوان یکی از مهمترین منابع سوختی مطرح شده است که می‏تواند به گونه‏ای که آسیبی به طبیعت وارد نکند نیاز سوختی جوامع را تأمین نماید. سوخت‌های گیاهی عمده‌ترین منابع جای‌گزین سوختهای فسیلی می‌باشند. این سوخت‌ها نسبت به سوختهای فسیلی آلودگی کمتری داشته و می‌توان آن‌ها را از بقایای مواد کشاورزی و پسما‌ند مواد غذایی برای استفاده در موتورهای احتراق داخلی به دست آورد. بیواتانول مهمترین نوع سوخت زیستی به حساب می‏آید که از تخمیر قندهای حاصل از محصولات کشاورزی تهیه می‏شود. بیواتانول یکی از انواع الکل ها با فرمول C2H5OH است که بطور کامل در آب و حلال‌های آلی حل می‌شود. اتانول یا به‏ طور کلی بیواتانول از جمله ترکیباتی می‌باشد که از پتانسیل بالایی برای جایگزینی بنزین مصرفی در سوخت خودروها برخوردار است. بیواتانول دارای عدد اکتان بالایی است و به همین دلیل از آن به عنوان یک افزاینده‌ی عدد اکتان در موتور‌های اشتعال جرقه‌ای استفاده می‌شود (آراپوگلووهمکاران،2010).
در بسیاری از کشورهای اروپایی استفاده از بیواتانول به عنوان یک مکمل سوخت در مقدار حدود 15درصد پیشنهاد شده است. تولید سوخت اتانول به طور قابل ملاحظه‌ای در نتیجه تقاضای جهانی برای کاهش واردات نفت به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته است. تولید اتیل‌الکل در جهان تقریباً در حدود 51000 میلیون لیتر می‌باشد که آمریکا و برزیل بزرگترین تولیدکنندگان آن می‌باشند. به طور میانگین 73 درصد الکل تولیدی در جهان به عنوان سوخت، 17 درصد آن به عنوان مشروبات الکلی و 10 درصد به صورت الکل صنعتی مصرف می‌شود. طبق دستور (EC/30/2003) اتحادیه اروپا بیواتانول به عنوان سوخت قابل تجدید مورد استفاده قرار گرفت.
از جمله منابع گیاهی برای تولید بیو‌اتانول در بسیاری از کشورهای گرمسیری مانند برزیل و هند، نیشکر می‌باشد. در آمریکای شمالی و اروپا، سوخت اتانول از منابع نشاسته مخصوصاً ذرت حاصل می‌شود. کشورها می‌توانند با بهره‌گیری از دانش فنی و دید اقتصادی مناسب به تکنولوژی تولید اتانول زیستی از طریق تخمیر دست پیدا کنند. برآورد شده است که 55-20 درصد هزینه‌های تولید بیواتانول از طریق تخمیر مربوط به ماده اولیه می‌باشد (لین و تاناکا، 2006).
زائدات صنایع فراوری سیب‏زمینی (به‏خصوص پوست سیب‏زمینی) دارای مقادیر قابل ملاحظه‏ای قندهای قابل تخمیر و نشاسته می‏باشند که خوراک مناسبی برای تولید بیواتانول به‏شمار می‏روند. اتانول و بیودیزل‌ها به دلیل اینکه دارای پایه گیاهی می‌باشند یک سوخت تجدیدپذیر محسوب می‌شوند و از نظر شیمیائی یک اکسیژن اضافی در ساختار مولکولی خود دارند. پس برای احتراق نیاز به اکسیژن کمتری نسبت به سوخت دیزل و بنزین دارند.
4-1-2- تولید بیواتانول از ضایعات پوست سیب‌زمینی
مشکل مدیریت ضایعات پوست سیب‌زمینی56 سبب توجه خاص و نگرانی نسبت به ضایعات صنایع سیب‌زمینی در اروپا شده است که لازم است یک چاره و راه‌حل در مورد این ضایعات در نظر گرفته شود تا مشکلات محیط زیست و آلودگی مربوط به ضایعات سیب‌زمینی نیز حل گردد.
پوست سیب‌زمینی از جمله ضایعات بی‌ارزش کارخانه‌جات فرآوری سیب‌زمینی است. اگر چه مصرف سیب‌زمینی به طور میانگین کاهش پیدا کرده است امّا محصولات فرآوری شده آن از جمله فرینچ‌فرایز، چیپس و پوره به طور فزاینده‌ای افزایش پیدا کرده است. ضایعات ایجاد شده تحت پوست‌گیری سیب‌زمینی، یعنی پوست‌گیری با بخار، روش سایشی یا پوست‌گیری با قلیا در حدود 40-15 درصد متفاوت است که بستگی به روش پوست‌گیری دارد (سیبر و همکاران، 2001). فرآیندهای پایین دستی در صنعت سیب‌زمینی برشته در شکل 4-1 آورده شده است. ضایعات پوست سیب‌زمینی شامل مقادیر کافی از نشاسته، همی‌سلولز، لیگنین و قندهای قابل تخمیر می‌باشد که این موارد استفاده از آن را به عنوان خوراک تولید اتانول تضمین می‌کند. اگرچه نشاسته یک خوراک پر بازده برای تولید بیواتانول است امّا هیدرولیز آن لازمه تولید بیواتانول توسط تخمیر می‌باشد. نشاسته به طور سنتی توسط اسید هیدرولیز می‌شود اما به دلیل انتخابی بودن و شرایط ملایم واکنش و همچنین عدم حضور واکنش‌های ثانویه منجر به استفاده از آمیلاز به عنوان کاتالیست در هیدرولیز ضایعات پوست سیب‌زمینی شده است. فرآوری نشاسته یک تکنولوژی است که از ساکاریفیکاسیون و روان‌سازی آنزیمی57 استفاده می‌کنند که یک جریان نسبتاً تمیز از گلوکز ایجاد می‌شود که به وسیله مخمر ساکارومایسس به اتانول تخمیر می‌شود.
شکل 4-1: نمودار فرایند تولید سیب‌زمینی برشته
آنزیم‌ها در مقایسه با هیدرولیز اسیدی مزیت‌های بسیاری دارند زیرا آنها تحت شرایط ملایم کار می‌کنند، زیست تخریب‌پذیر هستند، باعث افزایش بازده شده و انرژی و مصرف آب را کاهش می‌دهند. استراتژی استفاده از آنزیم برای تولید بیواتانول از نشاسته شامل 2 مرحله است-
1) روان‌ سازی
2) ساکاریفیکاسیون
در روان سازی، آلفا آمیلاز که از باکتری‌های مقاوم به حرارتی مثل باسیلوس لشینی‌فورمیس، یا از سویه‌های مهندسی‌شده اشرشیا کولی یا باسیلوس سوبتلیس بدست آمده است، برای کاهش ویسکوزیته در مخلوط آبکی58 یا تولید دکسترین استفاده می‌شوند. در ساکاریفیکاسیون، آنزیم‌ها دکسترین‌ها را برای تولید گلوکز استفاده می‌کنند. ترکیبات ضایعات پوست‌سیب‌زمینی خشک شده در جدول 4-1 آمده است. قند محلول، قند احیاء و نشاسته، کل کربوهیدرات‌ها را در این بخش سیب‌زمینی تشکیل می‌دهد (لیگنین ارزیابی نشده است).
همانطور که مشاهده می‌شود ضایعات پوست سیب‌زمینی میزان بالایی نشاسته دارد (52 درصد وزن خشک) امّا قندهای احیاء قابل تخمیر خیلی کم می‌باشند (6/0 درصد وزن خشک). به خاطر این دلیل، تخمیر مواد خام اولیه مفید و سودمند نمی‌باشند و یک هیدرولیز اولیه (آنزیمی یا اسیدی) کربوهیدرات‌ها لازم و ضروری است.
4-1-3- هیدرولیز اسیدی
جهت هیدورلیز، 40 گرم پوست سیب‌زمینی (حاوی 85 درصد رطوبت، 6 گرم ماده خشک (15٪)، 09/52٪ نشاسته بر حسب وزن خشک) در یک ارلن‌مایر (ml 250) تحت تله تخمیر59 همراه با 5/0درصد NH4NO3، 1/0 درصد پپتون و 120 میلی‌لیتر HCL 5/0 مولار ابتدا مخلوط و سپس تحت دمای 121درجه‌سانتی‌گراد به مدت 15 دقیقه استریل شده بود. بعلت هیدرولیز اسیدی در طول استریلیزاسیون، قندهای پوست سیب‌زمینی تبدیل به قندهای قابل تخمیر شده بود. بعد از هیدرولیز PH توسط NaoH یک مولار به 15/4 رسانده شده بود.
جدول4-1: ترکیبات شیمیایی ضایعات پوست سیب‌زمینی خشک شده
پارامترها
وزن خشک (٪)
رطوبت٪ کربوهیدرات‌کل قندهای‌محلول‌کل قنداحیاء نشاسته نیتروژن پروتئین(25/6N×) چربی خاکستر
06/85 7/68 1 61/0 14/52 3/1 8 6/2 34/6
بعد از هیدرولیز اسیدی مقدار کل قندها g/l 37/19 بود در صورتیکه قندهای قابل تخمیر g/l15/18 می‌باشد. (بر اساس g/l36/0 قندهای آزادشده در هر گرم ppw خشک شده خام). نشاسته هیدرولیز شده پوست سیب‌زمینی چه حاصل از هیدرولیز آنزیمی و چه هیدرولیز اسیدی به مدت 48 ساعت با ساکارومایسس سروزیه واریه بایانوس تحت شرایط استاندارد (rpm100، ℃32و 5PH) در ارلن مایر 250 میلی‌لیتری با تله تخمیر قرار می‌گیرد. مایع تلقیح 6٪ (V/V) و به مدت 2 روز تخمیر ادامه داشت. در پایان تخمیر قند کل g/l 34/4 و قند کاهنده قابل تخمیر g/l 06/4 بود. بنابراین مقدار قند کاهنده قابل مصرف g/l 08/14 و PH نهایی در آخر تخمیر 89/3 بود.
شکل 4-2 نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر، از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی ضایعات پوست سیب‌زمینی را نشان می‌دهد. بیشترین میزان تولید اتانول g/l97/6 بعد از 48 ساعت تخمیر بوده است و تا 60 ساعت یک میزان ثابت در تولید مشاهده شده است و پس از آن میزان تولید کاهش می‌یابد. بازده تولید (گرم محصول تولیدی به گرم قند مصرفی) 463/0 درصد بوده است. این نتایج با6/92 درصد بازده نظری بدست آمده مطابقت داشت (وقتی سوبسترا گلوکز خالص بوده است) (براین، 1990).
4-1-4- هیدرولیز آنزیمی
درجه هیدرولیز نشاسته طبیعی ضایعات پوست سیب‌زمینی به فاکتورهایی مانند غلظت سوبسترا، نوع و غلظت آنزیم استفاده شده و شرایط فرایند مانند pH و دما و … وابسته می‌باشد.
در وحله‌ی اول توانایی هر آنزیم برای تجزیه کربوهیدراتهای ضایعات پوست سیب‌زمینی (قندهای احیاء قابل تخمیر) امتحان شده بود.
استفاده از g/l65/4 Ternamyl، g/l 03/4 Liquozyme و فقط g/l 7/0 Viscozyme قندهای قابل احیاء آزاد کرده بود.
Ternamylو Liquozyme آنزیم‌هایی برای روان سازی آنزیمی نشاسته و Viscozyme آنزیمی برای ساکاریفیکاسیون می‌باشد.
Viscozyme L یک آنزیم کمپلکس از Aspergillus aculeatus می‌باشد. فعالیت این آنزیم FBGU/ml 60 120 می‌باشد. یک FBG مقدار آنزیم لازم تحت شرایط استاندارد (℃ 30، PH برابر 5 و به مدت 30دقیقه) برای تجزیه α-گلوکان جو به قندهای احیاء با یک قدرت احیاءکنندگی برابر با 1میکرومول گلوکز در دقیقه می‌باشد.
شکل4-2: نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی پوست سیب‌زمینی
Ternamyl 120L یک آمیلاز مقاوم به حرارت حاصل از B.licheniformis می‌باشد. فعالیت آنزیمی آن120KNU/g بود. KNU 61 مقدار آنزیم لازم برای شکستن 26/5 گرم نشاسته در ساعت مطابق با روش Novozyme برای تعیین α آمیلاز می‌باشد.
Liquzyme supra نیز یک αآمیلاز مقاوم به حرارت حاصل از B.licheniformis می‌باشد. فعالیت آنزیمی آن KNU/g 200می‌باشد.
Celluclast 1/5L یک مایع سلولاز تهیه شده با فعالیت آنزیمی NCU/g 1500 می‌باشد. یک NCU62 مقدار آنزیمی است که تحت شرایط استاندارد کربوکسی‌متیل سلولز را به قندهای احیاء با یک قدرت احیاءکنندگی

مطلب مشابه :  منبع مقاله با موضوعمی‌شود.، جیوه، آلی

Author: admin3

دیدگاهتان را بنویسید