استخراج زایلان از پسماند مغز باگاس با رویکرد پالایش زیستی

سابقه و هدف: امروزه صنایع خمیر و کاغذ، به دلیل محدودیت‌های تامین ماده اولیه، ناکارآمدی در دست‌یابی به نظام تولید محصولات چندگانه ارزشمند، هدررفت بخش زیادی از مواد اولیه حین فراوری، و نیز با توجه به محدودیت استفاده از سوخت‌های فسیلی در راستای توسعه پایدار، باید به فکر توسعه و اصلاح روش‌های پربازده نظیر پالایش زیستی باشند. پالایش زیستی با به‌کارگیری روش‌های پیش‌تیمار مختلف، ماده اولیه را به اجزای آن تبدیل می‌کند. بدین وسیله می‌توان به محصولات واسط مانند قندها (گلوکز و زایلوز) دست یافت که در گام بعدی قابل تبدیل به محصولات زیست‌پایه با ارزش افزوده بیشتر هستند. این تحقیق، با رویکرد پالایش زیستی و به منظور بررسی پتانسیل یکی از مهمترین پسماندهای صنایع کاغذسازی (مغز باگاس)، با تمرکز بر استخراج همی‌سلولز ارزشمند زایلان برای تولید محصولات با ارزش افزوده بیشتر انجام شد. مواد و روش‌ها: پس از آماده‌سازی اولیه مغز باگاس، ترکیبات شیمیایی آن بر اساس روش‌های استاندارد تعیین شد. برای سهولت دست‌یابی به کیفیت و کمیت بهتر زایلان، مغز باگاس تحت دو فرایند پیش‌تیمار قلیایی (روش پخت سودا با غلظت‌های هیدروکسید سدیم 2، 4، 6 و 8 درصد، زمان 5 و 15 دقیقه و دماهای 110و140 درجه سانتی‌گراد) و رنگ‌بری با کلریت سدیم فراوری اولیه و سپس بازده و میزان لیگنین آنها ارزیابی شد. نمونه‌های رنگ‌بری‌شده، به منظور استخراج زایلان با درصدهای مختلف هیدروکسید سدیم (8، 10 و 14درصد) تیمارشدند. برای نمونه‌های استخراج‌شده، افت وزنی، نرخ بازیابی و درصد استخراج زایلان محاسبه شد و تحت طیف‌سنجی ftir نیز قرار گرفتند. نتایج و بحث: نتایج نشان داد که در ترکیبات شیمیایی موجود در مغز باگاس بدون پیش‌تیمار حدود 26% زایلان و مقدار 20% لیگنین وجود دارد. در فراوری اولیه مغز باگاس، با ‌توجه به در نظر گرفتن بازده بیشتر و لیگنین کمتر در خمیرها، شرایط 8% غلظت هیدروکسید سدیم، زمان استخراج 5 دقیقه و دمای 110 درجه سانتی‌گراد، و نیز در بخش رنگ‌بری، فرایند 6 مرحله‌ای به‌دلیل داشتن هولوسلولز بیشتر و لیگنین کمتر خمیر انتخاب شدند. این موضوع نشان می‌دهد که لیگنین‌زدائی (پخت قلیائی) از یک سو، باعث خروج لیگنین می‌شود و از سوی دیگر، استخراج همی‌سلولز را تسهیل می‌کند. بنابراین، می‌توان انتظار داشت که با استخراج قلیایی با هیدروکسید سدیم بتوان استخراج زایلان را از ساختار مغز باگاس بهبود بخشید. در بخش استخراج زایلان نیز با افزایش مصرف هیدروکسید سدیم از 8 تا 14 درصد نرخ بازیابی زایلان تا 22% افزایش یافته که در این شرایط میزان زایلان استخراج‌شده معادل 4/53 گرم بوده است. طیف‌سنجی ft-ir نیز بیانگر آن است که همی‌سلولز غالب در بین همی‌سلولزهای موجود در مغز باگاس از نوع زایلان بوده و همچنین با پیش‌تیمار قلیایی و رنگ‌بری حضور لیگنین کاهش و با افزایش مصرف هیدروکسید سدیم میزان استخراج زایلان زیاد شده است. نتیجه‌گیری: مغز باگاس سرشار از کربوهیدرات به‌ویژه زایلان است، به‌طوری‌که انجام پیش‌تیمارهای قلیایی و رنگ‌بری روی آن باعث پایین آمدن میزان لیگنین و دسترسی‌پذیری بیشتر به این کربوهیدرات‌ها می‌شود. در نهایت، استخراج زایلان توسط هیدروکسید سدیم 14 درصد با بیشترین میزان راندمان و درصد زایلان استخراج‌شده به‌عنوان بهینه استخراج پیشنهاد می‌شود که بر اساس مفهوم پالایش زیستی می‌توان از آن برای تولید محصولات مختلف زیست‌پایه استفاده کرد.