توصيفگر ها :
لاكتيك اسيد , باگاس نيشكر , هيدروليز آنزيمي , نرم افزار Superpro Designer , تحليل فني اقتصادي
چكيده فارسي :
افزايش روزافزون استفاده از سوختهاي فسيلي باعث شده است كه روزانه خسارات زياد و جبرانناپذيري به محيط زيست وارد شود. از اين رو جايگزين كردن سوختهاي زيستي و همچنين روشهاي بيولوژيكي توليد به جاي روشهاي شيميايي ميتواند براي كاهش تاثيرات مخرب سوختهاي فسيلي و روشهاي شيميايي بسيار مفيد باشد. لاكتيك اسيد يك ماده شيميايي بسيار پركاربرد در صنايع مختلف از جمله صنايع غذايي و دارويي است. امروزه بيشترين ميزان توليد لاكتيك اسيد با استفاده از روشهاي شيميايي است. تحقيقات اخير نشان داده است استفاده از روشهاي بيولوژيكي و استفاده از زيستتودههاي ليگنوسلولزي ميتواند جايگزين مناسبي براي روشهاي شيميايي باشد. از اين رو در اين پژوهش به بررسي آزمايشگاهي، فني و اقتصادي استفاده از باگاس نيشكر به منظور توليد لاكتيك اسيد پرداخته شده است. باگاس نيشكر كه بيشترين مقدار پسماند صنعت توليد نيشكر را شامل ميشود به صورت گسترده و ارزان در كشورهاي داراي اين صنعت در دسترس است. اين ماده داراي تركيبي از سلولز، هميسلولز، ليگنين و مواد اضافي است كه ميتوان با انجام عملياتهاي پيشفرآوري و هيدروليز آن را براي تخمير و توليد لاكتيك اسيد آماده كرد. در اين پژوهش از سه روش پيشفرآوري NaOH (2%) ، حلال آلي ) اتانول % 60 ( و حلال آلي ) اتانول % 60 ( همراه با كاتاليست (NaOH(2%)) استفاده شده است. پس از انجام پيشفرآوري هيدروليز آنزيمي با استفاده از مخلوط دو آنزيم CTec2 و HTec2 صورت گرفت و پس از آن با استفاده از باكتري لاكتوباسيلوس كازئي تخمير و توليد لاكتيك اسيد در راكتور انجام شد. نتايج اين پژوهش نشان ميدهد كه بيشترين ميزان توليد قند مربوط به پيشفرآوري حلال آلي همراه با كاتاليست است، همچنين بيشترين ميزان حذف ليگنين نيز مربوط به اين نوع پيشفرآوري است. از طرفي پيشفرآوري حلال آلي همراه با كاتاليست در كنار پيشفرآوري NaOH (2%) داراي بيشترين بازده هيدروليز آنزيمي هستند. همچنين نتايج حاصل از آزمون FTIR نشاندهنده تخريب مناسب پيوند ليگنين و هميسلولز و تغيير شاخص بلورينگي و شاخص بلورينگي كل در هر سه نوع پيشفرآوري است. علاوه بر اين تصاوير گرقته شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشاندهنده تخريب مناسب ساختار باگاس نيشكر خام و افزايش تخلخل در اثر هر سه نوع پيشفرآوري انجام شده است. همچنين نتايج تخمير نشاندهنده اين است كه بيشترين لاكتيك اسيد توليدي در بين نمونههاي پيشفرآوري شده باگاس نيشكر مربوط به نمونه حلال آلي همراه با كاتاليست است كه بيشترين غلظت آن به 5 / 12 گرم بر ليتر رسيده است. بخش ديگري از اين پژوهش به بررسي فني اقتصادي توليد لاكتيك اسيد از باگاس نيشكر با استفاده از نرمافزار - Superpro Designer پرداخته شده است. در اين بخش يك واحد توليد لاكتيك اسيد طراحي شد و با توجه به موازنه انرژي و مواد در اين نرمافزار و همچنين محاسبات اقتصادي موجود نشان داده شد كه امكان بازگشت سرمايه براي يك واحد توليد لاكتيك اسيد با ورودي روزانه 66 تن باگاس نيشكر در مدت 10 سال وجود دارد. به عبارت ديگر با در نظر گرفتن قيمت 8 / 3 دلار براي هر كيلوگرم لاكتيك اسيد امكان سود ساليانه نزديك به 25 ميليون دلار براي سرمايهگذار فراهم ميشود.
چكيده انگليسي :
The increasing use of fossil fuels has resulted in daily, significant, and irreversible environmental damages. Consequently, substituting biofuels and biological production methods for chemical methods can be highly valuable in reducing the detrimental impacts of fossil fuels and chemical processes. Lactic acid is a highly versatile chemical compound widely used in various industries, including the food and pharmaceutical sectors. Nowadays, the highest production of lactic acid is achieved through chemical methods. Recent research has indicated that utilizing biological approaches and utilizing lignocellulosic biomass can be a suitable substitute for chemical methods. Therefore, this study delves into the laboratory, technical, and economic examination of utilizing sugarcane bagasse for lactic acid production. Sugarcane bagasse, which constitutes the majority of waste from sugar production, is abundantly available and cost-effective in countries with this industry. This material is composed of cellulose, hemicellulose, lignin, and additional substances. Through pretreatment and hydrolysis operations, it can be prepared for fermentation and lactic acid production. In this research, three pretreatment methods were employed: NaOH(2%) pretreatment, organic solvent pretreatment (ethanol 60%), and organic solvent pretreatment (ethanol 60%) with a catalyst (NaOH(2%)). After enzymatic hydrolysis using a blend of two enzymes, CTec2 and HTec2, fermentation and lactic acid production were carried out using Lactobacillus Casei bacteria in a reactor. The findings of this study reveal that the highest sugar production is associated with organic solvent pretreatment accompanied by a catalyst. Similarly, the greatest lignin removal is attributed to this specific pretreatment method. Additionally, organic solvent pretreatment in conjunction with a catalyst, alongside NaOH(2%) pretreatment, demonstrates the highest enzymatic hydrolysis efficiency. Furthermore, the results of the FTIR test indicate appropriate degradation of lignin and hemicellulose bonds, as well as changes in the overall crystallinity index and crystallinity index in all three pretreatment methods. Moreover, electron microscopy images display proper degradation of the raw sugarcane bagasse structure and an increase in porosity resulting from all three pretreatment methods. The fermentation results also reveal that the highest lactic acid production among the preprocessed sugarcane bagasse samples is associated with the sample pretreated with organic solvent and a catalyst, reaching a maximum concentration of 12.5 g/L. Another section of this research focuses on the technical-economic analysis of lactic acid production from sugarcane bagasse using the Superpro Designer software. Within this section, a lactic acid production unit was designed, and based on energy and material balances within the software, along with existing economic calculations, it was demonstrated that the possibility of capital return exists for a lactic acid production unit with a daily input of 66 tons of sugarcane bagasse over a 10-year period. In other words, considering a price of $3.8 per kilogram of lactic acid, an annual profit opportunity of nearly $25 million for the investor can be realized.
