27572

توليد بيواتانول از نهاده دامي ذرت در مقياس آزمايشگاهي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/11/30

اميد وحيدي

شاهرخ شاه حسيني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

با توجه به محدوديت¬ها و اثرات مخرب زيست‌محيطي سوخت¬هاي فسيلي، استفاده از سوخت¬هاي زيستي كه رايج¬ترين آن بيواتانول مي¬باشد در جهان رواج يافته و دانه ذرت به جهت دارا بودن درصد بالايي از نشاسته، يكي از بزرگ‌ترين منابع بالقوه و در دسترس براي توليد بيواتانول مي¬باشد. در اين تحقيق توليد بيواتانول از نهاده دامي ذرت با پيش‌تيمار حرارتي و هيدروليز آنزيمي با استفاده از آنزيم¬هاي آلفا¬آميلاز و گلوكوآميلاز و تخمير توسط مخمر ساكارومايسس¬سرويسيه بررسي شد. به‌منظور ايجاد امكان دسترسي بيشتر و بهتر آنزيم به نشاسته جهت هيدروليز و تبديل نشاسته به قندهاي قابل تخمير و همچنين افزايش قندهاي كاهنده توليدي، در ابتداي فرآيند، پيش‌تيمار حرارتي روي 50 گرم سوبسترا كه در اين تحقيق، سوبسترا نهاده دامي ذرت مي¬باشد و 61% آن از نشاسته تشكيل شده است، انجام شد و دماي بهينه پيش حرارت‌دهي 65 درجه سانتي¬گراد و زمان بهينه پيش حرارت‌دهي، 60 دقيقه به دست آمد كه در اين شرايط ميزان قندهاي كاهنده توليدي g/dl 0.5 بوده است و هم‌ارز دكستروز كه نشان دهنده مقدار قندهاي كاهنده توليدي به ازاء درصد ماده خشك مي¬باشد نيز 34/2 درصد بدست آمد. بررسي ميكروسكوپي گرانول ها نشان داد كه پيش تيمار حرارتي تعداد و اندازه منافذ و حفرات روي سطح سوبسترا را افزايش مي¬دهد كه جذب و نفوذ بعدي مولكول¬هاي آنزيم را تسهيل مي¬كند و سبب كاهش مقاومت انتقال جرم مي¬شود. هيدروليز آنزيمي نيز طي دو مرحله مايع‌سازي و قندگيري و با مقادير مختلف آنزيم آلفا آميلاز و گلوكوآميلاز و در زمان¬هاي مختلف روي سوبسترا انجام شد و مقدار بهينه آنزيم آلفا آميلاز (U/g starch) 108و زمان بهينه مرحله اول هيدروليز كه مرحله مايع‌سازي مي¬باشد 3 ساعت به دست آمد و مقدار بهينه آنزيم گلوكوآميلاز (U/g starch) 72 و زمان بهينه مرحله دوم هيدروليز كه مرحله قندگيري مي¬باشد نيز 5 ساعت به دست آمد. در پايان فرآيند هيدروليز آنزيمي سوبسترا، هم‌ارز دكستروز 44.62% بدست آمد و مقدار قندهاي كاهنده توليدي به ازاء 50 گرم سوبسترا نيز 19.68 گرم بدست آمد. پس از پيش حرارت‌دهي و هيدروليز در شرايط بهينه، تخمير توسط مخمر ساكارومايسس سرويسيه انجام شد و ميزان اتانول توليدي پس از تقطير 9.8 گرم به دست آمد.

1401/09/29

Production of bioethanol from corn on a laboratory scale

2/19/2023 12:00:00 AM

Due to the limitations and environmentally destructive effects of fossil fuels, the use of biofuels, the most common of which is bioethanol, has become widespread in the world and corn is one of the biggest potential sources due to its high percentage of starch and being available for bioethanol production. In this research, the production of bioethanol from corn was investigated by thermal pretreatment and enzymatic hydrolysis using α-amylase and glucoamylase enzymes and fermentation by Saccharomyces cerevisiae yeast. In order to create the possibility of more and better enzyme access to starch for hydrolysis and conversion of starch into fermentable sugars, as well as increasing the production of reducing sugars, at the beginning of the process, heat pretreatment on 50 g of the substrate, which in this research is the substrate of corn feed containing around 61 % starch, was done and the optimal preheating temperature was determined to be 65 °C and the optimal preheating time was 60 minutes. In this condition, the amount of reducing sugars produced was 0.5 g/dl and the dextrose equivalent was also calculated at 34.2%. Microscopic analysis of the granules indicated that thermal pretreatment increased the number and size of the pores and pinholes on the granule surface, which facilitated the adsorption and subsequent penetration of enzyme molecules and reduces mass transfer resistance. Enzymatic hydrolysis was also performed during two stages of liquefaction and sugar extraction with different amounts of α-amylase and glucoamylase enzymes and at different times on the substrate. The optimal amount of α-amylase enzyme (U/g starch) was 108 and the optimal time of the first stage of hydrolysis, which was the liquefaction stage, was 3 hours and the optimal amount of glucoamylase enzyme (U/g starch) was 72 and the optimal time of the second stage of hydrolysis, which is the sugar removal stage, was also 5 hours. At the end of the enzymatic substrate hydrolysis, the dextrose equivalent was 44.62% and the amount of reducing sugars produced per 50 g of the substrate was 19.68 g. After pre-heating and hydrolysis in optimal conditions, fermentation was done by Saccharomyces servicie yeast and the amount of ethanol produced after distillation was 9.8 g.

بيواتانول , پيش تيمار , آنزيم , قندهاي كاهنده , هم ارز دكستروز

Bioethanol , pretreatment , enzyme , reducing sugars , dextrose equivalent

zeinab rezaei

omid vahidi