پیش‌فرآوری ازن‌کافت کاه گندم با هدف بهبود لیگنین‌زدایی: استفاده از روش سطح پاسخ برای مدل‌سازی و بهینهسازی فرآیند

کاه گندم به طور گسترده برای خوراک دام و در پالایشگاه های زیستی برای تولید قند استفاده می شود. با این حال، سلولز به عنوان منبع اصلی قند، توسط لیگنین محافظت شده است. ازن اکسیدکننده ای قوی است که می تواند لیگنین را تجزیه و سلولز را برای هضم آنزیمی در دسترس قرار دهد. هدف از این پژوهش لیگنین زدایی کاه گندم با فن آوری ازن‌‌‌‌کافت به عنوان یک فرآیند سبز، محیط زیست پسند و انرژی کارآمد است. مدلسازی و بهینه سازی با استفاده از روش سطح پاسخ و با بررسی اثرات پنج عامل نرخ تولید ازن (1، 2 و 3 گرم بر ساعت)، زمان ازن دهی (15، 30 و 45 دقیقه)، نرخ جریان (0، 3 و 6 لیتر بر دقیقه)، محتوای رطوبت (100، 200 و 300 درصد وزنی) و مقدار اوره (0، 1.5 و 3 درصد وزنی) انجام شد. یافته های این پژوهش بیشینه لیگنین زدایی (50 درصد) را در بیشترین سطوح عامل های نرخ تولید ازن، زمان، نرخ جریان، اوره و کمترین سطح رطوبت نشان داد. عامل های نرخ جریان و محتوای رطوبت به‌ترتیب با بیشترین تاثیرگذاری (36 و 20 درصد)، موثرترین پارامترها در فرآیند لیگنین زدایی بودند. در شرایط بهینه، 49.8 درصد لیگنین زدایی در نرخ تولید ازن‌دهی 3 گرم بر ساعت، زمان 45 دقیقه، نرخ جریان 5.7 لیتر بر دقیقه، رطوبت 100 درصد وزنی و مقدار اوره 3 درصد وزنی با شاخص مطلوبیت 0.99 حاصل شد. روش سطح پاسخ توانست برازش بالایی بین داده های آزمایشی و پیش بینی شده با ضریب تبیین 0.90 ایجاد کند. یافته ها نشان داد که فرآیند ازن ‌کافت با استفاده از عامل های پیشنهادی می تواند برای لیگنین زدایی کاه گندم مورد استفاده قرار گیرد.

Ozonolysis Pretreatment of Wheat Straw for Enhanced Delignification: Applying RSM Technique for Modeling and Optimizing Process

Wheat straw is widely used for animal feed and biorefinery to sugar production. However, cellulose, which is the major source of sugar, is protected by lignin. Ozone is a powerful oxidizer that can deconstruct lignin and makes cellulose accessible to enzymatic digestion. The aim of this study is the delignification of wheat straw using ozonolysis technology as a green, environmentally friendly, and energyefficient process. Modeling and optimization were performed by response surface methodology and the effects of five factors including ozone production rate (1, 2, and 3 g/h), reaction time (15, 30, and 45 min), the flow rate of ozone/oxygen (0, 3, and 6 L/min), moisture content (100, 200, and 300% w/w) and urea (0, 1.5, and 3% w/w) were investigated. The results of this study showed that the highest delignification (50%) was observed in the highest levels of ozone amount, time, flow rate, urea, and the lowest level of moisture content. The flow rate and moisture content factors were the most contributing factors in the delignification process with 36 and 20%, respectively. Under optimal conditions, 49.8% of delignification was obtained at an ozone amount (3 g/h), time (45 min), flow rate (5.7 L/min), moisture content (100% w/w), and urea amount (3% w/w) with a desirability index of 0.99. The response surface method creates a desirable fitness between the experimental and predicted responses with R2=0.90. The results showed that the ozonolysis process using the proposed factors can be used to delignification of wheat straw.