مدلسازی و تعیین شرایط بهینه تولید میکروکریستال سلولزاز باگاس با استفاده از روش سطح پاسخ

یکی از ویژگی‌های مهم میکروکریستال سلولز درجه پلیمرازیسیون است که طبق استانداردهای بین‌المللی باید مساوی یا کمتر از 350 باشد. در این پژوهش با استفاده از روش سطح پاسخ، درصد اسید، زمان و دمای واکنش به عنوان ورودی و متغیرهای اصلی تاثیر گذار بر روی درجه پلیمرازیسیون تعریف شده است. گستره مقدار اسید نسبت به ماده خشک بین 3 تا 7 درصد، دما بین 100 تا 140 درجه سانتی‌گراد و زمان بین 120 تا 150 دقیقه قرار گرفت. بعد از انجام محاسبات آماری و استخراج یک مدل ریاضی غیر خطی با ضریب تعیین 0.9، هدف این تحقیق دسترسی به عدد بهینه 350 برای درجه پلیمرازیسیون در نظر گرفته شد. پس از انجام فرآیند بهینه‌سازی، مقادیر اسید، دما و زمان در نقطه بهینه درجه پلیمرازیسیون به ترتیب 3.34، 127 و 116 به دست آمد. برای اعتبارسنجی مدل و اعداد شرایط بهینه، 3 آزمایش و هیدرولیز دیگر با مقادیر موردنظر جهت بهینه‌سازی صورت گرفت و سپس میانگین خواص فیزیکی مکانیکی و حرارتی میکروکریستال سلولز تولیدشده با نمونه وارداتی مقایسه شد. درجه پلیمرازیسیون نمونه تولید شده با شرایط بهینه، 348 اندازه گیری شد که بالاتر از نمونه وارادتی بوده و نتایج سایر خواص فیزیکی و مکانیکی به جز خاکستر مطابق با استاندارد مواد دارویی آمریکا به دست آمد. نقطه شروع تخریب میکروکریستال سلولز تولید شده 212 درجه سانتی‌گراد و نمونه وارداتی 226 درجه سانتی‌گراد به دست آمد.

Modeling and Predicting the optimal conditions in microcrystal cellulose production from bagasse using the Response Surface Methodology (RSM)

Microcrystalline cellulose is an important agent and additive in pharmaceutical, food, cosmetic and other industries. One of the important characteristics of microcrystalline cellulose powder is the degree of polymerization, which according to international standards, should be equal to or less than 350. In this research, using the Response Surface Methodology, the percentage of acid, reaction time, and input temperature are defined as the primary input variables affecting the degree of polymerization. The range of acid content to dry matter was set to be between 3 to 7%, temperature between 100 to 140 ° C and time between 120 to 150 minutes. Statistical analysis and mathematical modeling were performed to extract a nonlinear model (R2 =0.90) and then the optimum polymerization degree targeted to be 350. The acid percentage, temperature and time at the optimal degree of polymerization point were 3.34 %, 127 ° C, and 116 minutes, respectively. Using the optimal point data, the new experiment was carried out three times to validate the model. Then the average physical, mechanical and thermal properties of the produced microcrystalline cellulose were compared with the control sample. All physical and mechanical properties except for “ash” were in accordance with United States Pharmacopeia standards. The starting point of thermal degradation of the produced microcrystalline cellulose was 212 ° C compared to 226 ° C of the control sample, demonstrating improved thermal properties of the produced sample with the optimum values determined by the Design Expert software.