Buğday ve mısır saplarından entegre biyorafıneri uygulaması ile biyobozunur film, biyoetanol ve kağıt hamuru üretimi

Üretim yöntemine bağlı olarak geleneksel kâğıt fabrikaları üretim sonrasında açığa çıkan ve lignine göre daha düşük ısı değerine sahip çözünmüş hemiselülozu da içeren siyah çözeltiyi genellikle enerji elde etmek amacıyla yakmaktadırlar. Son dönemlerde yapılan çalışmalarda ise pişirme öncesi hammaddeden bir kısım hemiselüloz ekstrakte edilerek kâğıt ve kâğıt hamuru üretiminin yanı sıra çözünen bu hemiselülozdan ekonomik değeri yüksek biyoyakıt, biyobozunur film ve diğer kimyasal ürünleri de üretecek şekilde araştırmaların yoğunlaştığı görülmektedir. Bu çalışmada ülkemizde oldukça fazla miktarda atık olarak ortaya çıkan ve ekonomik değeri düşük/olmayan buğday ve mısır sapları yüksek karbonhidrat içeriğine (%70-75) sahip olmaları sebebiyle entegre orman ürünleri biyorafinerisi yöntemi ile değerlendirilerek ekonomik değer kazandırılması ve ülke ekonomisine katkı sağlanması amaçlanmaktadır. Bu amaçla hammaddeler sıcak su, alkali (NaOH) ve modifiye alkali (NaBH4+NaOH) ön ekstraksiyonuyla değişik sıcaklık ve konsantrasyonlarda muamele edilerek sıvı kısımdaki çözünen ekstrakte hemiselülozdan biyoetanol ve biyobozunur film, katı kısımdan ise kâğıt hamuru ve kâğıt üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca buğday sapları düşük sıcaklık ve sürede değişik konsantrasyonlarda formik asitle (FA) ön ekstraksiyona tabi tutularak yapışkan lignin oluşumu engellenmeye çalışılmış ve çözünen şeker miktarının da arttırılması amaçlanmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen veriler ANOVA ile grup içi istatistiki değerlendirme yapılmış olup gruplar arası değerlendirmeler Duncan testi ile gerçekleştirilmiştir. Buğday sapında sıcak su (135 ve 150 °C), alkali (%16,7 NaOH, 50 °C) ve modifiye alkali (%16,7 NaOH+%0,1 NaBH4, 50 °C) ön ekstraksiyonu sonucunda sırasıyla %16,5, %41,5, %33,6 ve %33,9 ksilanın yapıdan uzaklaştığı görülmüştür. Sıcak su (135 ve 150 °C), alkali (%16,7 NaOH, 50 °C) ve modifiye alkali (%16,7 NaOH+%0,1 NaBH4, 50 °C) ön ekstraksiyonu sonucunda çözünmüş materyalin her 100 gramına karşılık sırasıyla 7,79 g, 16,9 g, 6,81 g ve 4,22 g etanol üretilmiştir. Ekstrakte edilen ksilana bir miktar gluten ve nanosellüloz ilave edilerek iyi kalitede biyofilm üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, sıcak su ekstraksiyonu sonrası soda yöntemiyle elde edilen kâğıt hamurunun verimi kontrol numunesiyle hemen hemen aynı olup üretilen kâğıdın mekanik ve fiziksel özellikleri de birbirine oldukça yakın tespit edilmiştir. Mısır sapında sıcak su (150 °C) ve alkali (%26,7 NaOH, 50 °C) ön ekstraksiyonu sonucunda %44,8 ve %35,6 ksilanın yapıdan uzaklaştığı görülmüştür. Sıcak su (150 °C) ve alkali (%26,7 NaOH, 50 °C) ön ekstraksiyonu sonucunda çözünmüş materyalin her 100 gramına karşılık 14,7 g ve 7,66 g etanol üretilmiştir. Ekstrakte edilen ksilana bir miktar gluten ve nanosellüloz ilave edilerek iyi kalitede biyofilm üretimi gerçekleştirilmiştir. Buğday sapında olduğu gibi sıcak su ön ekstraksiyonu sonrası elde edilen kâğıt hamurunun verimi kontrol numunesiyle hemen hemen aynı olup üretilen kâğıdın mekanik ve fiziksel özellikleri de birbirine yakın değerdedir. Ayrıca modifiye alkali yöntemi sonrasında buğday ve mısır saplarının yapısındaki glukanın korunduğu ve yapıdan daha fazla ligninin çözüldüğü görülmüştür. Endüstriyel uygulamada rekabetçi bir şeker üretimi için maliyeti düşük ön muamele yöntemi seçimi önemlidir. Sadece su/buhar kullanılan otohidroliz metodu uygun olmasına rağmen bu yöntem sonucunda oluşan yapışkan lignin sürekli üretim yapan sistemlerdeki hidroliz reaktörlerinde ciddi tıkanmalara sebep olmaktadır. Bu kapsamda, buğday sapları düşük sıcaklık ve sürede çözelti/sap oranı 6 L/kg (tam kuru) olacak şekilde 0-15 g/L arasında değişen konsantrasyonlarda formik asitle (FA) muamele edilmiştir. Mükemmel şeker ve lignin kütle denkliğiyle beraber hidrolizattaki çökelti lignin miktarı da FA konsantrasyonunun 0 g/L (kontrol)'den 15 g/L'ye artmasıyla 0,94'ten 0,31'e (g/100g buğday sapı) düştüğü görülmüştür. Aynı şekilde çökelti ligninin ortalama molekül ağırlığı da 1970 g/mol'den (0 g/L FA) 710 g/mol'e (15 g/L FA) düşmüştür. Monomerik şeker verimi FA konsantrasyonunun artmasıyla çok belirgin şekilde artmıştır. Bu değer kontrol (0 g/L) için 3,83 g/100g iken 15 g/L FA için 23,5 g/100g olarak tespit edilmiştir. Bu da FA destekli otohidroliz yöntemiyle sadece yapışkan lignin oluşumu minimize edilmekle kalmayıp aynı zamanda şeker veriminin de ciddi oranda arttırıldığını göstermiştir.