تأثیر شرایط پیش درمانی هیدروترمال ، نوع شناسی سیستم هضم بی هوازی و مشخصات میکروبی در تولید اسیدهای چرب فرار از زباله های جامد زیتون

بیشتر نشان بده، اطلاعات بیشتر

به مندلی اضافه کنید

خلاصه

این مطالعه با هدف بررسی تولید اسیدهای چرب بی ثبات Biobased (VFA) از زباله های جامد آسیاب زیتون تحت درمان (OMSW). سه شرط پیش درمانی هیدروترمال (HP) (D1: 125 ºC ، 53 دقیقه ؛ D2: 161 ºC ، 62 دقیقه ؛ D3: 191 ºC ، 83 دقیقه) انتخاب شدند. کسر جامد آسیاب زیتون پیش بینی شده (OMSF) ، کسر مایع آسیاب زیتون تحت درمان (OMLF) ، و OMSW تحت درمان به عنوان بسترهای بالقوه برای اسیدی شدن در هضم بی هوازی (AD) در مایع (L-AD) ، نیمه جامد (SS- مورد بررسی قرار گرفت. آگهی) و مراحل جامد (S-AD). بهترین راندمان اسیدی سازی (AE) مشاهده شده در این مطالعه 65 ٪ برای شرایط L-AD و HP D2 (161 درجه سانتیگراد ، 62 دقیقه) بود. با این حال ، شرایط HP D2 اعمال شده برای SS-AD غلظت VFA 18218 میلی گرم در لیت ر-1 ، حدود 6 برابر بیشتر از آنچه در سیستم L-AD مشاهده شده است. پلی فنول ها مشخصات VFA ها را تغییر داده و باعث افزایش تولید VFA های زنجیره ای طولانی تر در سیستم های L-AD و S-AD می شوند. همچنین ، تأثیر نوع شناسی سیستم AD و شدت HP بر جامعه میکروبی مورد بررسی قرار گرفت. پروتئوباکتری ها و فروتنی ها نماینده ترین فیلا در تخمیر اسیدوژنیک بسترهای OMSW و جنس Enterobacter ، Pseudomonas ، Achromobacter ، Clostridium ، Ochrobactrum و Peptoclostridium در تخمیر OMSW Pretreated و در نتیجه ، در مشخصات تولید VFAS نقش مهمی ایفا کردند.

چکیده گرافیکی

معرفی

باقیمانده لیگنوسلولوز که در مقدار زیادی در جهان تولید می شود ، زباله های جامد آسیاب زیتون (OMSW) است که در طول استخراج روغن زیتون تولید می شود. تخمین زده می شود که 800 کیلوگرم ضایعات زیتون برای هر تن از زیتون پردازش شده در یک سیستم استخراج روغن زیتون دو فاز معمولی تولید می شود [1]. تولید این زباله در مقیاس بزرگ مرتبط با برخی از خصوصیات آن ، مانند pH کم و مقدار بالای آلاینده های آلی و ترکیبات فنولیک می تواند مشکلات جدی محیطی ایجاد کند [2].

برزیل دومین وارد کننده جهانی روغن زیتون در فصل 2017/2018 بود ، اگرچه تولید در این کشور از سال 2008 به طور قابل توجهی رشد کرده است. در سال 2018 ، برزیل 150،000 لیتر روغن زیتون تولید کرد ، که نشان دهنده افزایش 15. 4 ٪ در مقایسه با آن است. 130،000 لیتر در سال 2017 تولید شده است [3]. اگرچه سناریوی اقتصادی امیدوار کننده است ، اما نشان می دهد که مدیریت زباله های تولید شده در پردازش روغن زیتون هنوز هم تنگنا برای تولید کنندگان برزیلی است [3].

هضم بی هوازی (AD) به عنوان یکی از گزینه های دیگر برای درمان OMSW ذکر شده است [4]. بنابراین ، برخی از مطالعات در مورد استفاده از زباله های جامد آسیاب زیتون برای تولید بیوپودورهای با ارزش افزوده از جمله پلی فنول ها و سوخت های زیستی در سالهای اخیر منتشر شده است ، با تمرکز بر تولید متان [5] ، [6] ، [7] ، [8]، [9]. اگرچه تولید اسیدهای کربوکسیلیک از هضم بی هوازی ضایعات زراعی و صنعتی ارزش افزوده ناخالص بالاتری را در مقایسه با متان نشان می دهد ، یکی از چالش های اجرای سکوی اسید کربوکسیلیک در مقیاس بزرگ ، ادغام تکنیک های تولید از زیست توده های مختلف است[10]

بنابراین ، تولید اسیدهای چرب فرار (VFA) در یک بیوداژستر بی هوازی اسیدوژنیک با استفاده از OMSW به عنوان بستر یک جایگزین امیدوار کننده برای بیورفین ها است. با این حال ، راندمان اسیدوژن ، نوع شناسی راکتور و نوع بستر (مایع ، جامد یا جامد به علاوه مایع ، تحت درمان یا نه) ، و همچنین تأثیر مهار کننده ها در مسیر متابولیک میکروارگانیسم ها نیاز به بررسی و شفافیت بیشتر دارند. اسیدهای کربوکسیلیک پیشرو بسیاری از مواد شیمیایی مهم دیگر حاوی گروه های کاربردی مانند استرها ، کتون ها ، آلدهیدها ، الکل و آلکان هستند [11]. اگرچه بازیابی VFAS هنوز هم برای تولید بیبازان آن یک چالش است ، اما ادبیات چندین فرآیند را گزارش می کند که می تواند برای بازیابی اسیدهای آلی در جریان های تخمیر شده مانند جذب ، استخراج حلال ، الکترودیالیز و جداسازی غشایی اعمال شود [12] [13]، [14].

امروزه تقاضای زیاد و بازار رو به رشد اسیدهای کربوکسیلیک وجود دارد. این بازار باید در سال 2024 از 20 میلیارد دلار آمریکا تجاوز کند که نشان دهنده افزایش 5 ٪ در مقایسه با سال 2016 است [15] ، [16]. علاوه بر ارتباط اقتصادی VFA ها ، تولید فعلی آنها عمدتاً با اکسیداسیون یا کربوکسیلاسیون پیش سازهای شیمیایی مانند آلدهیدها و آلکن ها حاصل از پردازش نفت انجام می شود. این مسیرهای شیمیایی برای تولید VFA حدود 90 ٪ از تولید جهان را نشان می دهد و باعث ایجاد تأثیرات منفی بر محیط زیست و سلامت انسان می شود [15]. علاوه بر این ، خطرات ژئوپلیتیکی ناشی از وابستگی به نفت از کشورهای ناپایدار سیاسی ، جستجوی روشهای پایدارتر برای تولید VFA ها را با استفاده از منابع تجدید پذیر به عنوان مواد اولیه تقویت می کند [14].

با این حال ، یک مرحله پیش درمانی برای تجزیه ساختار پیچیده باقیمانده لیگنوسلولوز مانند OMSW برای به دست آوردن بازده بالاتر برای تولید VFA از هضم بی هوازی [4] ، [5] مورد نیاز است. پیش درمانی که در ادبیات برای هضم بی هوازی پومای زیتون گزارش شده است ، پیش درمانی حرارتی ، مکانیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی است [5] ، [17] ، [18] ، [19]. در میان آنها ، پیش درمانی هیدروترمال (HP) یک روش پیش درمانی امیدوار کننده برای تولید VFA از زیست توده لیگنوسلولوز است ، زیرا نیازی به استفاده از مواد شیمیایی ندارد و فرآیند سازگار با محیط زیست است [20]. علاوه بر این ، HP دارای مزایای دیگری در مورد پیش درمانی شیمیایی ، مانند عدم نیاز به راکتورهایی با مواد مقاوم در برابر خوردگی و عدم نیاز به بازیافت اسیدها ، پایه ها یا حلال های آلی ، و در نتیجه یک ساختار فرآیند ساده شده است [20] ، [21].

HP باعث حلالیت پنتوز و هگزوز می شود و قندها را برای میکروارگانیسم ها در دسترس تر می کند و در نتیجه ، امکان زیست محیطی بهتر از مواد تحت درمان را فراهم می کند [21]. شرایط HP باید برای هر زیست توده مورد مطالعه قرار گیرد ، زیرا هر ماده لیگنوسلولوز دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی عجیب و غریب ، مانند ترکیب شیمیایی و زیرساخت دیواره سلولی است [22]. علاوه بر این ، شرایط بهینه فرآیند ممکن است با توجه به مسیر فن آوری ارائه شده در یک بیورفینری ، مانند پیش درمانی هیدروترمال و به دنبال آن هضم بی هوازی برای تولید بیومتان یا سایر محصولات ارزش افزوده متفاوت باشد [21] ، [22] ، [23].

مطالعه حاضر با هدف بررسی تولید بیوباز VFA از OMSW تحت درمان HP انجام شد. HP OF OMSW تحت شرایط کم (S

= 2. 46) ، متوسط (s₀= 3. 59) ، و شدت زیاد (s₀= 4. 59) برای تولید بسترهای برای هضم بی هوازی اسیدوژن (AD) در فازهای مایع (L-AD) ، نیمه جامد (SS-AD) و جامد (S-AD). سهم اصلی این مطالعه در ادبیات ارزیابی سناریوهای مختلف برای تولید VFAS از OMSW از طریق بررسی تأثیر شدت HP ، نوع شناسی هضم بی هوازی (L-AD ، SS-AD و S-AD) بود.، و جامعه میکروبی (به طور طبیعی در طول AD انتخاب شده اند) در مورد عملکرد سیستم های تخمیر با توجه به مشخصات VFA های تولید شده. بنابراین ، این مطالعه سهم اثبات شده از دیدگاه فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی را ارائه می دهد ، و از مطالعات آینده پشتیبانی می کند که با هدف استفاده از کسری OMSW به عنوان مواد اولیه برای تولید VFA ها انجام می شود. این مطالعه از دامنه اقتصاد بیو مبتدی آینده برخوردار است ، زیرا بیوتکنولوژی برای توسعه زنجیره های تولید جدید از منابع تجدید پذیر به عنوان یک ماده اولیه استفاده می شود [15].₀قطعه قطعه

مواد شیمیایی

سیکلوهگزان ، اتانول (99. 5 ٪) و اسید سولفوریک (95-98 ٪) از مصنوعی (برزیل) خریداری شدند. کروماتوگرافی درجه سولفوریک اسید سولفوریک (99. 999 ٪) و استانداردهای کروماتوگرافی (سلولوبیوز ، D- گلوکز ، D-Xylose ، L-arabinose ، اسید استیک ، اسید فرمیک ، اسید پروپیونیک ، اسید ایزوبوتیریک ، اسید بوتیریک ، اسید والریک ، اسید ایزوالریک ، 5-هیدروکسی متیل.-2-furfuraldehyde (HMF) ، و 2-furfuraldehyde (FF)) از سیگما-آلدریچ خریداری شد.

زباله های جامد آسیاب زیتون خام

OMSW خام توسط یک سیستم دو فاز برای استخراج روغن زیتون و

خصوصیات زباله های جامد آسیاب زیتون

ویژگی های اصلی فیزیکوشیمیایی و ترکیب OMSW ، OMSF و OMLF در جدول 3 نشان داده شده است. ویژگی های اصلی فیزیکوشیمیایی (TS ، VS ، COD و PH) OMSW و OMLF با موارد گزارش شده در ادبیات مطابقت دارند [5] ،[31] ، [39]. ترکیب شیمیایی OMSF (محتویات سلولز ، همی سلولز و لیگنین) با مقادیر گزارش شده توسط اللامی و همکاران مطابقت دارد.[36] و لامی و همکاران.[40] ، که از همان روشهای مطالعه حاضر استفاده کرده است تا مشخص شود

نتیجه گیری

پیش درمانی هیدروترمال باعث بهبود راندمان اسیدی سازی (AE) زباله های جامد آسیاب زیتون (OMSW) در کلیه سیستم های هضم بی هوازی (AD) (L-AD ، S-AD و SS-AD) شد که نشان می دهد یک جایگزین امیدوار کننده برای افزودن ارزش استبه زنجیره تولید روغن زیتون. وضعیت HP (D2: 161 ºC ، 62 دقیقه) اعمال شده برای SS-AD بهترین سودآوری بالقوه را داشت: 130 دلار آمریکا در هر تن از OMSW خام ورودی در HP. بهترین AE (65 ٪) در L-AD برای HP Condition D2 مشاهده شد ، که هیدرولیز با HMF ، FF و

بیانیه مشارکت در نویسندگی اعتباری

Yasmim Arantes da Fonseca: مفهوم سازی ، روش شناسی ، تحقیق ، منابع ، تجزیه و تحلیل رسمی ، نوشتن - پیش نویس اصلی. Nayara Clarisse Soares Silva: روش شناسی ، منابع ، تحقیقات. Adonai Bruneli de Camargos: روش شناسی ، منابع ، تحقیقات. Silvana de Queiroz Silva: روش شناسی ، اعتبار سنجی ، نوشتن - بررسی و ویرایش. Hector Javier Luna Wandurraga: مفهوم سازی ، روش شناسی ، نظارت ، نوشتن - بررسی و ویرایش. Leandro Vinícius Alves Gurgel: مفهوم سازی ،

اعلام علاقه رقیب

نویسندگان اعلام می كنند كه آنها هیچ منافع مالی رقیب یا روابط شخصی را كه به نظر می رسد بر اثر گزارش شده در این مقاله تأثیر می گذارد ، ندارند.

تصدیق

نویسندگان می خواهند از شورای ملی توسعه علمی و فناوری برزیل (شماره کمک مالی CNPQ 438527/2018-6) ، دانشگاه فدرال Ouro Preto (UFOP) برای حمایت مالی ، و آژانس تأمین مالی تحقیقات ایالتی Minas Gerais تشکر کنند (FAPEMIG ، GRANTشماره APQ-00325-17). این مطالعه همچنین تا حدودی توسط Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - برزیل (CAPES) - کد مالی 001 تأمین شد.