شکل ۴-۱: نمودار فرایند تولید سیب‌زمینی برشته
آنزیم‌ها در مقایسه با هیدرولیز اسیدی مزیت‌های بسیاری دارند زیرا آنها تحت شرایط ملایم کار می‌کنند، زیست تخریب‌پذیر هستند، باعث افزایش بازده شده و انرژی و مصرف آب را کاهش می‌دهند. استراتژی استفاده از آنزیم برای تولید بیواتانول از نشاسته شامل ۲ مرحله است-
۱) روان‌ سازی
۲) ساکاریفیکاسیون
در روان سازی، آلفا آمیلاز که از باکتری‌های مقاوم به حرارتی مثل باسیلوس لشینی‌فورمیس، یا از سویه‌های مهندسی‌شده اشرشیا کولی یا باسیلوس سوبتلیس بدست آمده است، برای کاهش ویسکوزیته در مخلوط آبکی[۵۸] یا تولید دکسترین استفاده می‌شوند. در ساکاریفیکاسیون، آنزیم‌ها دکسترین‌ها را برای تولید گلوکز استفاده می‌کنند. ترکیبات ضایعات پوست‌سیب‌زمینی خشک شده در جدول ۴-۱ آمده است. قند محلول، قند احیاء و نشاسته، کل کربوهیدرات‌ها را در این بخش سیب‌زمینی تشکیل می‌دهد (لیگنین ارزیابی نشده است).
همانطور که مشاهده می‌شود ضایعات پوست سیب‌زمینی میزان بالایی نشاسته دارد (۵۲ درصد وزن خشک) امّا قندهای احیاء قابل تخمیر خیلی کم می‌باشند (۶/۰ درصد وزن خشک). به خاطر این دلیل، تخمیر مواد خام اولیه مفید و سودمند نمی‌باشند و یک هیدرولیز اولیه (آنزیمی یا اسیدی) کربوهیدرات‌ها لازم و ضروری است.
۴-۱-۳- هیدرولیز اسیدی
جهت هیدورلیز، ۴۰ گرم پوست سیب‌زمینی (حاوی ۸۵ درصد رطوبت، ۶ گرم ماده خشک (۱۵٪)، ۰۹/۵۲٪ نشاسته بر حسب وزن خشک) در یک ارلن‌مایر (ml 250) تحت تله تخمیر[۵۹] همراه با ۵/۰درصد NH4NO3، ۱/۰ درصد پپتون و ۱۲۰ میلی‌لیتر HCL 5/0 مولار ابتدا مخلوط و سپس تحت دمای ۱۲۱درجه‌سانتی‌گراد به مدت ۱۵ دقیقه استریل شده بود. بعلت هیدرولیز اسیدی در طول استریلیزاسیون، قندهای پوست سیب‌زمینی تبدیل به قندهای قابل تخمیر شده بود. بعد از هیدرولیز PH توسط NaoH یک مولار به ۱۵/۴ رسانده شده بود.
جدول۴-۱: ترکیبات شیمیایی ضایعات پوست سیب‌زمینی خشک شده

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  fumi.ir  مراجعه نمایید.

پارامترها وزن خشک (٪)
رطوبت٪ کربوهیدرات‌کل قندهای‌محلول‌کل قنداحیاء نشاسته نیتروژن پروتئین(۲۵/۶N) چربی خاکستر ۰۶/۸۵ ۷/۶۸ ۱ ۶۱/۰ ۱۴/۵۲ ۳/۱ ۸ ۶/۲ ۳۴/۶

بعد از هیدرولیز اسیدی مقدار کل قندها ۳۷/۱۹ بود در صورتیکه قندهای قابل تخمیر ۱۵/۱۸ می‌باشد. (بر اساس ۳۶/۰ قندهای آزادشده در هر گرم ppw خشک شده خام). نشاسته هیدرولیز شده پوست سیب‌زمینی چه حاصل از هیدرولیز آنزیمی و چه هیدرولیز اسیدی به مدت ۴۸ ساعت با ساکارومایسس سروزیه واریه بایانوس تحت شرایط استاندارد (rpm100، ۳۲و ۵) در ارلن مایر ۲۵۰ میلی‌لیتری با تله تخمیر قرار می‌گیرد. مایع تلقیح ۶٪ (V/V) و به مدت ۲ روز تخمیر ادامه داشت. در پایان تخمیر قند کل ۳۴/۴ و قند کاهنده قابل تخمیر ۰۶/۴ بود. بنابراین مقدار قند کاهنده قابل مصرف ۰۸/۱۴ و PH نهایی در آخر تخمیر ۸۹/۳ بود.
شکل ۴-۲ نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر، از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی ضایعات پوست سیب‌زمینی را نشان می‌دهد. بیشترین میزان تولید اتانول ۹۷/۶ بعد از ۴۸ ساعت تخمیر بوده است و تا ۶۰ ساعت یک میزان ثابت در تولید مشاهده شده است و پس از آن میزان تولید کاهش می‌یابد. بازده تولید (گرم محصول تولیدی به گرم قند مصرفی) ۴۶۳/۰ درصد بوده است. این نتایج با۶/۹۲ درصد بازده نظری بدست آمده مطابقت داشت (وقتی سوبسترا گلوکز خالص بوده است) (براین، ۱۹۹۰).
۴-۱-۴- هیدرولیز آنزیمی
درجه هیدرولیز نشاسته طبیعی ضایعات پوست سیب‌زمینی به فاکتورهایی مانند غلظت سوبسترا، نوع و غلظت آنزیم استفاده شده و شرایط فرایند مانند pH و دما و … وابسته می‌باشد.
در وحله‌ی اول توانایی هر آنزیم برای تجزیه کربوهیدراتهای ضایعات پوست سیب‌زمینی (قندهای احیاء قابل تخمیر) امتحان شده بود.
استفاده از ۶۵/۴ Ternamyl، ۰۳/۴ Liquozyme و فقط ۷/۰ Viscozyme قندهای قابل احیاء آزاد کرده بود.
Ternamylو Liquozyme آنزیم‌هایی برای روان سازی آنزیمی نشاسته و Viscozyme آنزیمی برای ساکاریفیکاسیون می‌باشد.
Viscozyme L یک آنزیم کمپلکس از Aspergillus aculeatus می‌باشد. فعالیت این آنزیم FBGU/ml [۶۰] ۱۲۰ می‌باشد. یک FBG مقدار آنزیم لازم تحت شرایط استاندارد ( ۳۰، PH برابر ۵ و به مدت ۳۰دقیقه) برای تجزیه -گلوکان جو به قندهای احیاء با یک قدرت احیاءکنندگی برابر با ۱میکرومول گلوکز در دقیقه می‌باشد.
)
زمان (ساعت)
شکل۴-۲: نمودار تولید اتانول برحسب گرم بر لیتر از قندهای قابل تخمیر حاصل از هیدرولیز اسیدی پوست سیب‌زمینی
Ternamyl 120L یک آمیلاز مقاوم به حرارت حاصل از B.licheniformis می‌باشد. فعالیت آنزیمی آن۱۲۰KNU/g بود. KNU [۶۱] مقدار آنزیم لازم برای شکستن ۲۶/۵ گرم نشاسته در ساعت مطابق با روش Novozyme برای تعیین آمیلاز می‌باشد.
Liquzyme supra نیز یک آمیلاز مقاوم به حرارت حاصل از B.licheniformis می‌باشد. فعالیت آنزیمی آن KNU/g 200می‌باشد.
Celluclast 1/5L یک مایع سلولاز تهیه شده با فعالیت آنزیمی NCU/g 1500 می‌باشد. یک NCU[62] مقدار آنزیمی است که تحت شرایط استاندارد کربوکسی‌متیل سلولز را به قندهای احیاء با یک قدرت احیاءکنندگی برابر با یک میکرومول گلوکز در هر دقیقه تبدیل می‌کند. Celluclast توسط تخمیر یک گونه Trichoderma reesi حاصل می‌شود.
برای هیدرولیز آنزیمی ۲ گرم پوست سیب‌زمینی با آب ۱۰۰ میلی‌لیتر اب مقطر مخلوط شده بود. مخلوط حاصل در ۲ یا ۳ مرحله تحت آنزیم قرار گرفته بود.
مرحله‌ی اول روان‌سازی آنزیمی می‌باشد که یا تحت Ternamyl 120L تحت دمای ۸۵درجه ‌سانتی‌گراد و pH برابر ۶ به مدت ۱ ساعت و یا Liquozyme supra تحت دمای ۵۵ درجه و pH برابر ۵/۵ و زمان واکنش ۲۰ ساعت قرار گرفته بود.