استخراج زایلان از پسماند مغز باگاس با رویکرد پالایش زیستی

 سابقه و هدف: امروزه صنایع خمیر و کاغذ، به دلیل محدودیت های تامین ماده اولیه، ناکارآمدی در دست یابی به نظام تولید محصولات چندگانه ارزشمند، هدررفت بخش زیادی از مواد اولیه حین فراوری، و نیز با توجه به محدودیت استفاده از سوخت های فسیلی در راستای توسعه پایدار، باید به فکر توسعه و اصلاح روش های پربازده نظیر پالایش زیستی باشند. پالایش زیستی با به کارگیری روش های پیش تیمار مختلف، ماده اولیه را به اجزای آن تبدیل می کند. بدین وسیله می توان به محصولات واسط مانند قندها (گلوکز و زایلوز) دست یافت که در گام بعدی قابل تبدیل به محصولات زیست پایه 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 همی سلولز ارزشمند زایلان برای تولید محصولات با ارزش افزوده بیشتر انجام شد. مواد و روش ها: پس از آماده سازی اولیه مغز باگاس، ترکیبات شیمیایی آن بر اساس روش های استاندارد تعیین شد. برای سهولت دست یابی به کیفیت و کمیت بهتر زایلان، مغز باگاس تحت دو فرایند پیش تیمار قلیایی (روش پخت سودا با غلظت های هیدروکسید سدیم ۲، ۴، ۶ و ۸ درصد، زمان ۵ و ۱۵ دقیقه و دماهای ۱۱۰و۱۴۰ درجه سانتی گراد) و رنگ بری با کلریت سدیم فراوری اولیه و سپس بازده و میزان لیگنین آنها ارزیابی شد. نمونه های رنگ بری شده، به منظور استخراج زایلان با درصدهای مختلف هیدروکسید سدیم (۸، ۱۰ و ۱۴درصد) تیمارشدند. برای نمونه های استخراج شده، افت وزنی، نرخ بازیابی و درصد استخراج زایلان محاسبه شد و تحت طیف سنجی FT-IR نیز قرار گرفتند. نتایج و بحث: نتایج نشان داد که در ترکیبات شیمیایی موجود در مغز باگاس بدون پیش تیمار حدود ۲۶% زایلان و مقدار ۲۰% لیگنین وجود دارد. در فراوری اولیه مغز باگاس، با توجه به در نظر گرفتن بازده بیشتر و لیگنین کمتر در خمیرها، شرایط ۸% غلظت هیدروکسید سدیم، زمان استخراج ۵ دقیقه و دمای ۱۱۰ درجه سانتی گراد، و نیز در بخش رنگ بری، فرایند ۶ مرحله ای به دلیل داشتن هولوسلولز بیشتر و لیگنین کمتر خمیر انتخاب شدند. این موضوع نشان می دهد که لیگنین زدائی (پخت قلیائی) از یک سو، باعث خروج لیگنین می شود و از سوی دیگر، استخراج همی سلولز را تسهیل می کند. بنابراین، می توان 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 ۸ تا ۱۴ درصد نرخ بازیابی زایلان تا ۲۲% افزایش یافته که در این شرایط میزان زایلان استخراج شده معادل ۵۳/۴ گرم بوده است. طیف سنجی FT-IR نیز بیانگر آن است که همی سلولز غالب در بین همی سلولزهای موجود در مغز باگاس از نوع زایلان بوده و همچنین با پیش تیمار قلیایی و رنگ بری حضور لیگنین کاهش و با افزایش مصرف هیدروکسید سدیم میزان استخراج زایلان زیاد شده است. نتیجه گیری: مغز باگاس سرشار از کربوهیدرات به ویژه زایلان است، به طوری که انجام پیش تیمارهای قلیایی و رنگ بری روی آن باعث پایین آمدن میزان لیگنین و دسترسی پذیری بیشتر به این کربوهیدرات ها می شود. در نهایت، استخراج زایلان توسط هیدروکسید سدیم ۱۴ درصد با بیشترین میزان راندمان و درصد زایلان استخراج شده به عنوان بهینه استخراج پیشنهاد می شود که بر اساس مفهوم پالایش زیستی می توان از آن برای تولید محصولات مختلف زیست پایه استفاده کرد.

Keywords:

زایلان , مغز باگاس , استخراج , پیش تیمار , کلریت سدیم