تأثیر افزودن پلی‌اکسی اتیلن سوربیتان مونواولئات Tween 80 در مرحلة پیش‌استخراج قلیایی کاه گندم بر ترکیبات استخراج‌شده از آن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشجوی دکتری رشتة صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

بهینه‌سازی روش‏های جداسازی و به‌کارگیری قند‏های موجود در مایعات حاصل از عملیات پیش‌هیدرولیز مواد مختلف لیگنوسلولزی، برای تولید مواد شیمیایی جدید و انرژی، جزء عملیات نوین در فناوری زیست پالایشگاه است. در پژوهش حاضر، اثر دما (90 و 100 درجة سانتی‏گراد)، غلظت هیدروکسید پتاسیم (2، 4، 6%)، و مقدار مادة فعال سطحی غیر یونی پلی‌اکسی اتیلن سوربیتان مونواولئات، با نام تجارتی Tween 80، (3/0 و 5/0%) در مرحلة پیش‌استخراج قلیایی کاه گندم بر ترکیبات استخراج‌شده از آن بررسی شد. از اسید سولفوریک 4 درصد، دمای 121 درجة سانتی‏گراد، و زمان 60 دقیقه برای هیدرولیز الیگومر‏های موجود در مایع استخراج‌شده به قند‏های مونومری استفاده شد. نتایج نشان داد، با افزایش دما و غلظت هیدروکسید پتاسیم، وزن خرده‏های کاه گندم کاهش و مقدار مواد جامد حل‌شده در مایع استخراج‌شده افزایش می‌یابد؛ یعنی با افزایش دما و غلظت هیدروکسید پتاسیم خروج قند‏ها از کاه گندم بیشتر می‌شود و مقدار قند‏های کل موجود در مایع استخراج‌شده افزایش می‌یابد. همچنین، افزودن Tween 80 سبب افزایش مقدار خروج قند از خرده‏های کاه گندم شد؛ طوری که در غلظت یکسان مصرف هیدروکسید پتاسیم افزودن Tween 80 افزایش مقدار قند‏های کل را در پی داشت. بنابراین، می‏توان نتیجه گرفت افزودن Tween 80 می‏تواند بازده قند‏های حاصل از استخراج همی‏سلولز‏ها را بدون افزایش غلظت مادة قلیایی بهبود بخشد و از این طریق موجب کاهش آلودگی زیست‌محیطی شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Polyoxyethylene (80) Sorbitan Monooleate (Tween 80) Addition in Alkaline Pre-extraction of Wheat Straw on its Extracted Compounds

نویسندگان [English]

  • Ali Ghasemian 1
  • Mohammad Taghi Asadollahzadeh 2
1 Associate Professor, Departement of Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran
2 Ph.D Student of Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran
چکیده [English]

Optimization of the isolation methods and utilization of the sugars present in the hydrolysates obtained from pre-hydrolyses of various lignocellulosic materials for production of new chemicals and energy is currently accounted for novel methods of biorefinery all over the world. In this study, effect of temperature (90 and 100 oC), KOH concentration (2, 4 and 6 %) and Polyoxyethylene (80) sorbitan monooleate (Tween 80) (0.3 and 0.5 %) was investigated in alkaline pre-extraction of wheat straw on its extracted compounds. To hydrolyze the oligomers in the extracted liquor into monomeric sugars, a vial containing 1 mL of the extracted liquor and 20 ml 4% sulfuric acid was kept in an autoclave at 121◦C for one hour. Results indicated that both weight loss of wheat straw chips and dissolved solids content in the extracted liquor increased by increasing temperature and KOH concentration, meaning that sugars removal from wheat straw and total sugars in hydrolysate increased by increasing temperature and KOH concentration. Also, the sugars removal from wheat straw chips increased by addition of Tween 80, in a manner that in equal concentration of KOH, addition of Tween 80 led to an increase in total sugars content. It is therefore concluded that addition of Tween 80 can improve yield of sugars derived from hemicelluloses extraction without increasing alkali concentration, whereby environmental pollution may decline.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pre-extraction
  • Total sugars
  • wheat straw
  • Surfactant
  • Hemicelluloses
[1]. Bajpai, P. (2013). Biorefinery in the Pulp and Paper Industry, Academic Press, London, UK.

[2]. Fišerovà, M., Opàlenà, E., and Maholànyiovà, M. (2013). Kraft pulping combined with green liquor pre-extraction of Beech wood. Cellulose Chemistry and Technology, 47(7-8): 583-593.

[3]. van Heiningen, A. (2006). Converting a kraft pulp mill into an integrated forest biorefinery. Journal Pulp and Paper Canada, 107(6): 141-146.

[4]. Talebnia, F., Karakashev, D., and Angelidaki, I. (2010). Production of bioethanol from wheat straw: An overview on pretreatment, hydrolysis and fermentation. Bioresource Technology, 101(13): 4744–4753.

[5]. Remli, M. N. A., Md Shah, U. K., Mohamad, R., and Abd-Aziz, S. (2014). Effects of chemical and thermal pretreatments on the enzymatic saccharification of rice straw for sugars production. BioResources, 9(1): 510–522.

[6]. Sarwar Jahan, M., Shamsuzzaman, M., Mostafizur Rahman, M., Iqbal Moeizb, S. M., and Ni, Y. (2012). Effect of pre-extraction on soda-anthraquinone (AQ) pulping of rice straw. Industrial Crops and Products, 37(1): 164– 169.

[7]. Zabihzadeh, S. M., Asadollahzade, M. T., Ahmadi, M., and Kermanian, H. (2011). Environmentally friendly wheat straw pulping with KOH. Environmental Sciences, 8(4): 1- 10.

[8]. Hamzeh, Y., Abyaz, A., Mirfatahi Niaraki, M., and Abdulkhani, A. (2009). Application of surfactants as pulping additives in soda pulping of bagasse. BioResources, 4(4): 1267-1275.

[9]. Ghafarzade Mollabashi, O., Saraeian, A. R., and Resalati, H. (2011). The effect of surfactants application on soda pulping of wheat straw. BioResources, 6(3): 2711-2718.

[10]. Jørgensen, H., Kristensen, J. B., and Felby, C. (2007). Enzymatic conversion of lignocellulose into fermentable sugars: challenges and opportunities. Journal of Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 1(2):119–134.

[11]. Qi, B., Chen, X., and Wan, Y. (2010). Pretreatment of wheat straw by nonionic surfactant-assisted dilute acid for enhancing enzymatic hydrolysis and ethanol production. Bioresource Technology, 101(13): 4875–4883.

[12]. Wei, L., Shrestha, A., Tu, M., and Adhikari, S. (2011). Effects of surfactant on biochemical and hydrothermal conversion of softwood hemicellulose to ethanol and furan derivatives. Process Biochemistry, 46(9): 1785–1792.

[13]. Sluiter, A., Hames, B., Hyman, D., Payne, C., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., and Wolfe, J. (2008). Determination of Total Solids in Biomass and Total Dissolved Solids in Liquid Process Samples. Laboratory Analytical Procedure (LAP), National Renewable Energy Laboratory, Colorado, USA.

[14]. Li, H., Saeed, A., Sarwar Jahan, M., Ni, Y., and van Heiningen, A. (2010). Hemicellulose removal from hardwood chips in the pre-hydrolysis step of the kraft-based dissolving pulp production process. Journal of Wood Chemistry and Technology, 30(1): 48–60.

[15]. Caesar, M. (2011). Separation of lignocellulosic material in wheat straw using steam explosion and ultrafiltration. Ph.D Thesis of Department of Chemical Engineering, Lund University, Sweden.

[16]. Lin, S. Y. and Dence, C. W. (1992). Methods in Lignin Chemistry, T.E. Timell (ed.), Springer-Verlag, Berlin, Germany.

[17]. Albalasmeh, A. A., Asefaw Berhe, A., and Ghezzehei, T. A. (2013). A new method for rapid determination of carbohydrate and total carbon concentrations using UV spectrophotometry. Carbohydrate Polymers, 97(2): 253–261.

[18]. Tu, D., Xue, S., Meng, Ch., Espinosa-Mansilla, A., de la Pena, A. M., and Lopez, F. S. (1992). Simultaneous Determination of 2-Furfuraldehyde and 5-(Hydroxymethyl)-2-furfuraldehyde by Derivative Spectrophotometry. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 40(6): 1022-1025.

[19]. Al-Dajani, W. W. and Tschirner, U. W. (2008). Pre-extraction of hemicelluloses and subsequent kraft pulping. Part I: alkaline extraction. Tappi Journal, 7(6): 3–8.

[20]. Yoon, S-H. and van Heiningen, A. (2010). Green liquor extraction of hemicelluloses from southern pine in an integrated forest biorefinery. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16(1): 74–80.

[21]. Cheng, H., Zhan, H., Fu, Sh., and Lucia, L. A. (2010). Alkali extraction of hemicellulose from depithed corn stover and effects on soda-aq pulping. BioResources, 11(1): 196-206.