بررسی امکان تبدیل ضایعات کاه گندم و برنج به قند قابل تخمیر با ترکیب پیش تیمار فراصوت و سم زدایی با پلاسمای سرد

یکی از منابع با ارزش تجدیدپذیر، پسماند و ضایعات باقیمانده از محصولات کشاورزی است و میتوان با روش های اقتصادی و موثر به مواد قابل مصرف و مورد نیاز بشر مانند قندهای قابل تخمیر تبدیل نمود. در طول فرآیند تبدیل باقیمانده لیگنوسلولزی به قند قابل تخمیر نیاز است تا طی مراحل پیش تیمار و هیدرولیز، ساختارهای پلی ساکاریدی شکسته شوند تا فرآیند تخمیر و تبدیل قند به اتانول زیستی صورت گیرد. بنابراین در این تحقیق امکان تبدیل ضایعات لیگنوسلولزی کشاورزی به قند در طی مراحل پیش تیمار فراصوت، هیدرولیز اسیدی - حرارتی و سم زدایی با پلاسمای سرد مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور بعد از جمع آوری کاه گندم و برنج، پیش تیمار فراصوت - اسید (با سه تیمار مختلف بار باگاس، زمان سونیکیت و غلظت اسید) و سپس هیدرولیز اسیدی (با سه تیمار مختلف زمان هیدرولیز، غلظت اسید و دما) روی ترکیبات انجام شد. نتایج داده های شیمیایی نشان داد که در زمان سونیکیت 30 دقیقه، بار باگاس یک درصد و غلظت اسید 1/5 درصد قند بالایی آزاد شد و لیگنین قابل حل نیز در بالاترین میزان خود قرار داشت. همچنین در طی هیدرولیز اسیدیحرارتی نیز، زمان هیدرولیز 45 دقیقه، غلظت اسید %v/v 1/5 و دمای 120 درجه سلسیوس موجب آزادسازی بیشتر قند و asl (acid soluble lignin) گردید. علاوه بر داده­های شیمیایی، نتایج ftir، fesem و آنالیز حرارتی نیز ثابت کرد که ساختارها به خوبی از هم گسیخته شده است و بیومس برای مرحله تبدیل قند به اتانول زیستی آماده شده است. در ادامه روش سم زدایی با پلاسمای سرد جهت حذف ترکیبات بازدارنده اسیدی استیک اسید، فرمیک اسید و فورفورال استفاده شد و نتایج نشان داد که پس از سم زدایی با پلاسمای سرد مقادیر استیک اسید، فرمیک اسید و فورفورال به ترتیب 73، 58 و 78 درصد در مدت زمان سم زدایی 10 دقیقه، فاصله جت 0/5 سانتی متر و نسبت گاز آرگون به هوا 0/5 کاهش یافت. در نهایت می توان گفت می توان با پیش تیمار فراصوت و هیدرولیز اسیدی - حرارتی ساختاری پلی ساکاریدی ترکیبات لیگنوسلولزی را در هم شکست و سپس ترکیبات بازدارنده ایجاد شده سمی را نیز توسط روش پلاسمای سرد از بین برد تا بهترین نتیجه حاصل گردد.

investigation of the possibility of converting wheat and rice straw wastes to fermentable sugar by combining ultrasound pretreatment and cold plasma detoxification

one of the valuable sources of renewable energy is waste and straws left over from agricultural products and can be converted into consumable and neededhuman materials such as fermentable sugars by economical and effective methods. during the process of converting the remaining lignocellulose tofermentable sugar, polysaccharide structures are required to be broken down during the pretreatment and hydrolysis steps to carry out the process offermentation and conversion of sugar to bioethanol. therefore, in this study was investigated the possibility of converting agricultural lignocellulosic wasteto sugar during the ultrasound-acid pretreatment, acid-thermal hydrolysis and cold plasma detoxification. for this purpose, after collecting wheat and rice straw, ultrasoundacid pretreatment (with three different treatments of bagasse load, sonicate time and acid concentration) and then acid hydrolysis (with three different treatments of hydrolysis time, acid concentration and temperature) on biomass were performed. the results of chemical data showed high sugar were released at 30 min time of sonication, bagasse load of 1% and acid concentration of 1.5% and soluble lignin was at its highest level. also, during acidthermal hydrolysis, hydrolysis time of 45 min, acid concentration of 1.5% and temperature of 120 ˚c caused further release of sugar and asl. in addition to the chemical data, the results of ftir, fesem and thermal analysis proved that the structures are well disintegrated and the biomass is prepared for the conversion of sugar to bioethanol. then, cold plasma detoxification method was used to remove such as acetic acid, formic acid and furfural and the results showed that after cold plasma detoxification, acid inhibitory compounds levels were 73, 58 and 78% decreased during 10 min of detoxification, jet distance of 0.5 cm and argon gas to air ratio 0.5. finally, it can be said that lignocellulosic compounds can be broken down by ultrasonic pretreatment and acidthermal hydrolysis of structural polysaccharides, and then the toxic inhibitory compounds can be eliminated by cold plasma method to achieve the best results.