تاثیر گلیکوآلکالوئید موجود در ساقه و برگ گیاه سیب‌زمینی بر استفاده از آن‌ها در تولید بوتانول زیستی به عنوان سوخت زیستی پیشرفته

مقدمه: حدود نیم میلیون تن غده گیاه سیب‌زمینی در سال مصرف می‌شود. با این وجود، میزان قابل توجهی زیست توده آن در قالب ساختار برگ و ساقه گیاه به طور عمده بدون استفاده می‌ماند. اجزای مختلف گیاه سیب‌زمینی حاوی مقادیر بالای مواد سمی از دسته گلیکوآلکالوئیدها هستند که استفاده از این زیست توده را برای مصارف مختلف مانند خوراک دام بسیار محدود می‌کند. این ضایعات با میزان بین 1 تا 4 برابر غده‌های خوراکی گیاه، می‌توانند برای تولید بوتانول زیستی به عنوان یک سوخت زیستی پیشرفته در کنار اتانول و استن استفاده شود.روش‌ها: در این مطالعه از استخراج استن، اتانول و متانول برای کاهش گلیکوآلکالوئیدهای موجود در زیست توده استفاده گردید. برگ و ساقه گیاه خرد شده در معرض استخراج با حلال توسط سوکسله و سپس قبل و بعد از استخراج گلایکوآلکالوئید‌ها تحت تخمیر با باکتری‌های کلستریدیوم استوبوتیلیکوم قرار گرفت. همچنین، جهت افزایش میزان تولید استن، بوتانول و اتانول زیستی، قبل از تخمیر دو مرحله‌ حذف بازدانده و پیش‌فرآوری اسیدی رقیق (1 درصد) به مدت یک ساعت در دمای 180 درجه سانتی‌گراد به صورت متوالی انجام گردید.یافته‌ها: زیست توده برگ و ساقه گیاه به ترتیب حاوی 74 و 48 میلی‌گرم گلیکوآلکالوئید در هر گرم بود. وجود تنها 0.07 میلی‌گرم گلیکوآلکالوئید در هر لیتر از محیط تخمیر، منجر به مختل شدن کامل تولید بوتانول می‌شود. پس از حذف بازدارنده توسط حلال‌ها، تخمیر منجر به تولید 3.2 و 3.8 گرم بر لیتر استن، بوتانول و اتانول زیستی به ترتیب از برگ و ساقه گیاه پس از حذف بازدارنده‌ها شد. میزان حلال تولید شده از برگ و ساقه گیاه پس از حذف بازدارنده به ترتیب تا 4.7 و 2.4 برابر افزایش یافت و با به کارگیری دو مرحله متوالی حذف بازدانده و پیش‌فرآوری اسیدی رقیق، میزان تولید استن، بوتانول و اتانول زیستی به افزایش 14 و 4.7 برابری تولید حلال به ترتیب از برگ و ساقه گردید.نتیجه‌گیری: مقادیر کم گلایکوآلکالوئید به عنوان ماده سمی، می‌تواند منجر به مختل شدن کامل فرایند تخمیر شود. همچنین، با استفاده از حلال‌ها می‌توان این مواد را حذف کرد و از این منبع تجدیدپذیر به عنوان یکی از ضایعات پر‌تولید در بخش کشاورزی استفاده نمود و ازآن به عنوان یک ماده اولیه مهم و ارزان برای تولید سوخت‌های زیستی بهره برد.

impacts of glycoalkaloid content of potato stem and leaf on their utilization for production of biobutanol as an advanced biofuel

background: the potato plant tuber is typically used at a rate of half million tons per year. however, its significant biomass in the form of leaf and stem of the plant is mainly unused. different components of potato plant contain relatively high amount of toxic glycoalkaloids which limit the use of this biomass for various usages such as animal feed. these lignocellulosic wastes, 1 to 4 times the edible glands of the plant, can be utilized for production of biological butanol as an advanced biofuel, along with acetone and ethanol.methods: in this study, extraction of acetone, ethanol, and methanol was used for reduction of glycoalkaloid content of biomass. the grinded leaves and stems were subjected to extraction of glycoalkaloids by solvent using soxhlet, and then, before and after extraction of glycoalkaloids, were subjected to fermentation by clostridium acetobutylicum. in addition, prior to fermentation, two stages of inhibitor removal and dilute acid pretreatment (1 wt%) at 180º c were performed for 1 hour to improve the yield of biological acetone, butanol, and ethanol (abe) production.findings: leave and stem biomass of potato plant contained 74 and 48 mg/g glycoalkaloids, respectively. butanol production was completely stopped in presence of higher than 0.07 mg/l glycoalkaloid in the fermentation media. after removing the inhibitors by solvents, fermentation led to the production of 3.2 and 3.8 g/l biological abe from leaves and stems of potato plant, respectively. the amount of abe production from leaves and stems after inhibitor removal increased by a factor of 4.7 and 2.4, respectively. use of two consecutive stages of inhibitor removal and dilute acid pretreatment led to 14 and 4.7fold higher abe production from leaves and stems, respectively.conclusion: low glycoalkaloid content as a toxic substance can lead to complete disruption of the fermentation process. in addition, this substance can be removed using solvents and this renewable source can be used as one of the highlyproduced wastes in the agricultural sector and as an important and inexpensive raw material for biofuel production.