مقدمــــــــه
الخطوات والشرح التالي سوف تتم في عدد لا بأس به من المقالات، وقد أخذنا المادة الخام وهي حبوب الذرة كمثال، ولكن الأسس واحدة مهما اختلفت المادة الخام. نرجو المعذرة على عدم توالي المقالات بالقدر الذي يشبع رغبة الطامحين في إقامة مشروعات في مجال التصنيع الزراعي. هذا يرجع إلى ضيق الوقت ونسأل الله التوفيق للجميع.
الخطوات الرئيسية للتصنيع
يوضح الشكل رقم (1) الخطوات الرئيسية المتبعة عند إنتاج الإيثانول من الذرة
التنظيف
↓
الطحن
↓
الطبخ والإسالة
↓
التسكير
↓
التخمير
↓
التقطير
رسم تخطيطي مبسط للخطوات الرئيسية لإنتاج الإيثانول من الذرة
وفيما يلي نتناول تفاصيل هذه الخطوات
تحضير المهروس Preparation of mash
لتحضير ما يعرف بالمهروس يمكن أن يستخدم كل من مطحون الذرة الجاف والمطحون الرطب. والنواتج الرئيسية النهائية لمطحون الذرة الجاف هي الإيثانول، ثاني أكسيد الكربون، ونواتج تقطير الحبوب، ولكن رأس المال المستثمر في مجال استخدام مطحون الذرة الجاف أقل من ذلك المستثمر في مجال استخدام مطحون الذرة الرطب وذلك لأن الغرض الأساسي من استخدام مطحون الذرة الجاف هو الحصول على النشا بهدف إنتاج الإيثانول أما في حالة مطحون الذرة الرطب فهناك نواتج أخرى يهدف المستثمرون إلى الحصول عليها فيما يسمى بالمصانع المتكاملة حيث يكون الهدف هو الحصول على الإيثانول، وزيت الذرة، وعلائق الجلوتين، والنشا النقي، وبعض عصائر أو أشربة النشا، وسائل منقوع الذرة، وكذلك الخميرة.
وعلى أية حال فإن تحضير المهروس من الذرة الجاف يبدأ بعملية الإسالة، وهي عملية تشتيت لحبيبات النشا غير الذائبة في وسط سائل، يتبعها تحلل جزئي باستخدام إنزيمات الـ a-Amylases المقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، فحبيبات النشا غير ذائبة ولكن عندما تسخن في محلول سائل فإنها تتشرب كمية كبيرة من الماء وتنتفخ ويتغير بنائها حيث تنفجر الحبيبات ويتشتت النشا في المحلول. والحرارة اللازمة لكي يتم تشتت كامل للنشا ويصبح في صورة معلق أو هلام هي 105-110°م بالنسبة لمعظم أنواع النشا. وفي العمليات الصناعية فإن هذا المعلق يكون محتواه من النشا أكثر من 35% (وزن/حجم) ولذلك فإن لزوجته تكون عالية جداً. وتستخدم إنزيمات a-Amylases المقاومة للحرارة المرتفعة لتخفيض هذه اللزوجة وتحليل المعلق جزئياً. ويجب أن يتم هذا التحليل الجزئي قبل تبريد المحلول، لأن التبريد يؤدي إلى ترسيب النشا وتجميعه مرة أخرى. وقد كانت الطريقة التقليدية في تخفيض اللزوجة وتحليل النشا جزئياً تتم باستخدام حامض الهيدروكلوريك أو الأوكساليك عند درجة حرارة من 140-150°م لمدة 5 دقائق ولكن منذ اكتشاف إنزيمات الـ a-Amylases المقاومة للحرارة لم يعد يستخدم الحامض في تكنولوجيا النشا حيث أن استخدام هذه الإنزيمات يعني ظروف معتدلة وعدم تكون نواتج وسطية وتكاليف أقل.
تبدأ الخطوات العملية لمرحلة الإسالة بتنظيف الذرة ثم طحنه بغرض الحصول على حبيبات صغيرة ذات مساحة سطح كبيرة حتى تسهل عملية تحويل الذرة إلى مادة جيلاتينية وحتى يسهل عمل الإنزيمات الهادمة.
تضاف بعد عملية الطحن كمية قليلة من الماء إلى الذرة المطحون ويتم التقليب الجيد ثم تستخدم هيدروكسيد الكالسيوم أو الأمونيوم لضبط درجة الـ pH (من 6 إلى 7).
يضاف بعد ذلك إنزيم ألفا-أميليز (a-amylase) المقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة والمتحصل عليه من البكتيريا Bacillus licheniformis بنسبة 0.5% (حجم/حجم). وعلى الرغم من أن درجة حموضة هذه العملية ليست هي المثلى لإنزيم ألفا-أميليز إلا أن ميزة هذا الإنزيم أنه يظل نشط عند درجة حرارة الطبخ والتي يكون الغرض منها هو إسالة النشا وتقليل اللزوجة.
وقد وجد أن إضافة أيونات الكالسيوم بتركيز حوالي 60 مجم/لتر ضرورية لنشاط الإنزيم. ويمكن لعملية الإسالة أن تتم بشكل متقطع Batch أو بشكل مستمر Continuous.
يجب أن تكون قيمة مكافئ الدكستروز Dextrose equivalent (DE) في نهاية عملية الإسالة ما بين 12 إلى 20 حتى يتم تجنب عملية عودة النشا من الحالة السائلة إلى حبيبات أو بلورات غير ذائبة. ولتوضيح معنى مكافئ الدكستروز نذكر أن نواتج تحلل النشا تقسم حسب محتواها من السكريات المختزلة ويمثلها سكر الجلوكوز، فبالنسبة للجلوكوز النقي، يعبر عنه بالمصطلح DE100 أي أنه إذا كان لدينا مادة ولها DE مقدارها 100 فهذا يعني أن هذه المادة عبارة عن جلوكوز نقي أما النشا النقي فقيمة DE الخاصة به تكون قريبة من الصفر.
تبدأ بعد مرحلة الإسالة مرحلة التسكير وهي عملية يمكن أن تختلف باختلاف المنتج المراد الحصول عليه. يتم تبريد النشا المسال (الدكسترين) ثم يضاف إنزيم جلوكوأميليز Glucoamylase المتحصل عليه من فطر Aspergillus niger على درجة حرارة 60°م وذلك لتسكير الدكسترين إلى سكريات قابلة للتخمر. يقوم إنزيم جلوكوأميليز في هذه الخطوة بتحليل الروابط ألفا (1-6) في الأميلوبكتين وكذلك الروابط ألفا (1-4) في كل من الأميلوبكتيـن و الأميلـوز وبذلك تنتـج السكريـات القابلـة للتخمـر والتي تتوقف نسبتها إلى نسبة الدكسترين المتبقي على كمية وجودة إنزيمات الأميليز المستخدمة. يسمى هذا المخلوط الأخير المحتوي على السكريات القابلة للتخمر وبعض من الدكسترين المتبقي بدون تسكير "المهروس" " Mash". بعد يبرد بعد ذلك المهروس إلى 30-35 °م ثم ينقل إلى المخمر ويلقح بالخميرة.
سوف يستمر في المخمر هدم وتسكير الدكسترين المتبقي بواسطة الإنزيمـات المضـافـة حتـى تصبـح كـل أو معظم الكربوهيدرات قابلة للتحول إلى إيثانول. وبلا شك فإن تركيب المهروس يختلف اختلافاً كبيراً من مصنع إلى آخر. وقد وجد أن المهروس المحتوي على نسبة عالية من الدكسترين غير المتحلل تحتاج إلى فترة تخمير طويلة وذلك لأن درجة حرارة التخمير (أقل من 35°م) لا تناسب عملية التسكير بواسطة إنزيم جلوكوأميليز الذي ينشط جيداً عند درجة حرارة 60°م.
وسوف نستكمل باقي الخطوات في المستقبل إن شاء الله
ساحة النقاش