استفاده از روش پاسخ سطح و طراحی مرکب مرکزی در بهینه سازی قندسازی از دورریز هرس درخت سپیدار در فرایند بیواتانول به روش هیدرولیز با اسید رقیق

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران

چکیده

محدود بودن منابع سوخت­های فسیلی و نیاز روزافزون به سوخت، آلودگی هوا و نیاز به سوخت­های سبز باعث شده تا بیواتانول به­ عنوان انرژی تجدید شونده مورد توجه قرار گیرد. این سوخت به طور عمده از گیاهان و فراورده ­های زراعی تولید می­ شود. به منظور تعیین پارامتر های مؤثر بر تولید شکر قابل تخمیر از هیدرولیز اسید رقیق دورریزهای درخت سپیدار در فرایند بیواتانول از روش پاسخ سطح و طراحی مرکب مرکزی استفاده شد. چوب درخت نخست با آب مقطر شسته شده و در معرض هوا و نور ­خورشید خشک شده و توسط آسیاب دیسکی ارتعاشی تا 50 میکرومتر آسیاب و در پلاستیک های زیپ دار در هوای اتاق نگهداری شد و سپس در دماهای معین در محلول اسیدی در اتوکلاو به مدت تعیین شده گرما داده شد. به برای بررسی تأثیر سه متغیر اصلی  غلظت اسید، دما  و زمان بر روی شکر قابل تخمیر تولید شده دما در 3 سطح 140، 160، و 180 درجه سلسیوس غلظت اسید در 3 سطح 5/0، 1 ، و 5/1 درصد و زمان در 3 سطح 5، 10، و 15 دقیقه به­عنوان پایه انتخاب شد. با استفاده از آزمایش­ های کیفی مولیش، بارفورد و ریزرسینال ترکیب عمده فراورده­ی صاف شده گلوگز تشخیص داده شد. غلظت گلوکز با استفاده از روش لین انیون اندازه گیری و به­ وسیله یک معادله دو مجذوری مدل شد. نتیجه­ ها نشان داد که تولید گلوکز در  بازه ی تعریف شده بیش ­تر تحت تأثیر توان دوم دما و سپس  غلظت اسید وبه مقدار کم­ تر  تحت تأثیر زمان است. در دما و غلظت بالای اسید و زمان متوسط می­توان بیش­ ترین فراورده­ی گلوکز را تولید نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Balat M., Balat H., Cahide O.Z., Progress in Bioethanol Processing, Progress in Energy and Combustion Science, 33: 551-573 (2008).
[2] Rowan F., Heather A., Danielle A., Brett G., Stephen A., Allen Torbert H., Sicher R., Ziska L., Kudzu: A New Source of Carbohydrate for Bioethanol Production, Biomass and Bioenergy, 33(1): 57–61 (2009).
[3] Kumar M.S., Behera S., Ranjan M., Ramesh C.S., Bioethanol Production from Mahula Flowers by Solid-State Fermentation, Applied Energy, 86(5): 640–644 (2009).
[4] Marcos M., García-Cubero M. T., González-Benito G., Coca M., Bolado S., Lucas C., Improvement of Enzymatic Hydrolysis of Steam-Exploded Wheat Straw by Simultaneous Glucose and Xylose Liberation, Biochem. Eng., 27(4): 499–5090 (2013).
[7] Ruiz E., Romero I., Moya M., Cara C., Vidal J., D., Castro E., Dilute Sulfuric Acid Pretreatment of Sunflower Stalks for Sugar Production, Bioresource Technology, 140: 292-298 (2013).
[8] Galbe M., Zacchi G., A Review of the Production of Ethanol from Softwood, Applied Microbiology and Biotechnology, 59(6): 618-628 (2002).
[9] Demirbas A., Bioethanol from Cellulosic Materials: A Renewable Motor Fuel from Biomass, Energy Sources, 27(4): 327-337 (2005).
[10] Arasteh A., Ardgmand M., Fanaei M., Safekordi A., Kinetic Modeling of Concentrated Acid Hydrolysis of Walnut Green Skin, African Journal of Biotechnology, 11(4): 878-887 (2012).
[11] Iranmahboob J., Nadim F, Monemi S., Optimizing Acid-Hydrolysis: a Critical Step for Production of Ethanol from Mixed Wood Chips, Biomass and Bioenergy, 22(5): 401-404 (2002).
[12] Chandel A.K., Chan ES., Rudravaram R., Lakshmi Narasu M., Venkateswar L., Ravindra P., Bioconversion of Pentose Sugars Into Ethanol: A Review and Future Directions, Biotechnology andMolecular Biology Review, 2(1): 14-32 (2007).
[13] Zhang X., Yu H., Huang H., Liu Y., Evaluation of Biological Pretreatment with White Rot Fungi for the Enzymatic Hydrolysis of Bamboo Culms, InternationalBiodeterioration & Biodegradation, 60(3): 159-164 (2007).
[14] Rajeev K.S., Reeta R., Mathew G., Pandey A., Cellulose Production Using Biomass Feed Stock and its Application In Lignocelluloses Saccharification for Bio-Ethanol Production, Renewable Energy, 34(2): 421-424 (2009).
[15] Arasteh A., Hemmati H., Using Response Surface Method for Optimizing Dilute Acid Hydrolysis of Walnut Green Skin, Journal of Applied Environmentaland Biological Sciences, 4(11): 209-2012 (2015).
[16] Talebpour Z., Ghassempour A., Abbaci M., Aboul-Enein H.Y., Optimization of Microwave-Assisted Extraction for the Determination of Glycyrrhizin in Menthazin Herbal Drug by Experimental Design Methodology, Chromatographia, 70: 191–197 (2009).
[17] Bezerra M., Santelli R., Oliveira E., Leonardo S., Response Surface Methodology (RSM) as a Tool for Optimization in Analytical Chemistry, Talanta, 76: 965-977 (2008).
[18] Switzar L., Giera M., Lingeman H., Irth H., Niessen W.M.A., Protein digestion Optimization for Characterization of Drug–Protein Adducts Using Response Surface ModelingJ. Chromatogr., 1218: 1715–1723 (2011).
[20] Dussán K. J., Silva D. V.,  Moares J. C., Arruda P.V., Felipe G. A., Dilute-acid Hydrolysis of Cellulose to Glucose from Sugarcane Bagasse, Chemical Engineering Transaction, 38: 433-440 (2014).
[22] Barfoed C., Über die Nachweisung des Traubenzuckers Neben Dextrin und Verwandten Körpern Fresenius., Zeitschrift Für Analytische Chemie., 12(1): 27-33 (1873).
[23] Abramoff P. Robert T., "An Experimental Approach to Biology, An Experimental Approach to Biology", WH Freeman & Company, San Francisco., (1966).
[24] Baldwin E., Bell D.J., "Cole's Practical Physiological Chemistry", Heffer and Sons, Cambridge, (1955).
[25] Albrecht S. Klüfers P., The Structural Chemistry of Text-Book Species: the Tartrato-Cuprates in Fehling's Solution, Z Anorg Allg Chem, 639: 280-284 (2013).
[27] Castro E., Díaz M., Cara C., Ruiz E., Romero I., Moya M., Dilute Acid Pretreatment of Rapeseed Straw for Fermentable Sugar Generation, Bioresource Technology, 102: 1270-1276 (2011).
[28] Campo D., Alegrıa I., Zazpe M., Echeverrıa M., Echeverrıa I., Diluted Acid Hydrolysis Pretreatment of Agri-Food Wastes for Bioethanol Production, Industrial Crops and Products, 24: 214–221 (2006).