چکیده
در این تحقیق مطالعاتی حول محور ارزیابی فنی اقتصادی روی بحث تبدیل ضایعات و پسماندهای 17 محصول عمده کشاورزی در ایران شامل: 1- گندم و جو 2- شلتوک 3- دانه های روغنی 4- گوجه فرنگی 5- ضایعات سیب زمینی 6- چغندر قند 7- پنبه 8- نیشکر 9- مرکبات 10- سیب 11- انگور 12- خرما 13- پسته 14- بادام 15- گردو 16- چای 17- زیتون صورت گرفته است.
مقدمه
سالانه میلیون ها دلار ارز جهت واردات موادی شامل:
- خوراک دام و طیور، انواع پروتئین های مصرفی انسان، دام و طیور و مواد مکمل آن
- انواع اسید های آمینه و آلی مثل لیزین، آلانین، سیتریک، لاکتیک، گلوتامیک و .....
- انواع مواد شیمیایی مثل الکل ها، فورفورال، پکتین، استن و ....
- انواع اسانس ها برای مصارف صنایع غذایی و بهداشتی
- انواع کاغذ و خمیر آن
از کشور خارج می شود و این روند هر سا له سیر صعودی به خود می گیرد، این در حالیست که حجم دور ریز ضایعات کشاورزی در مزارع کشور قابل تأمل میباشد. این مسئله زمانی اهمیت خود را نشان میدهدکه بدانیم ضایعات و پسماندهای مزارع در دیگر کشورها منبع اصلی تأمین مواد مذکور برای صادرات به ایران وکشورهای مشابه می باشند. در تمامی فرایند های کشاورزی و صنایع مربوطه علاوه بر تولید محصولات اصلی، محصولات جانبی نیز تولید می شود که حجم وسیعی را شامل می گردد و به علت این که محدودة وسیعی برای به کارگیری این محصولات وجود دارد، بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال توسعه، ارزش بالاتری را برای آنها در نظرمی گیرند، بگونه ایکه در بعضی موارد از محصول اصلی نیز بسیار با ارزش تر می باشد. از طرفی براساس آمارهای موجود در ایران تقریباً نیمی از محصولات کشاورزی بدون اینکه به مصرف برسد در مراحل مختلف از بین می روند و صنایع تبدیلی موجود در ایران به آن حد از رشد نرسیده که بتواند از تمامی اجزاء یک محصول کشاورزی بهره مناسب و کامل را ببرد. همانطور که ذکر شد، کلیه اقلام وارداتی مذکور و صدها ماده پر ارزش دیگر در حال حاضر در سراسر دنیا از ضایعات و محصولات جانبی کشاورزی و طی یک برنامه منسجم در صنایع تبدیلی تولید می شوند و با توجه به آمار و ارقام مربوط به حجم مواد مذکور در ایران در صورت داشتن برنامه ای مدون و ساز و کار مناسب در جهت برنامه ریزی، کسب تکنولوژی های نداشته و ساماندهی داشته ها می توان از این مواد که در اکثر مواقع نیز مسایل زیست محیطی حادی را هم بدنبال دارد در جهت استفاده بهینه و تبدیل آنها به مواد با ارزش گامی در جهت شکوفایی اقتصاد کشاورز و کشاورزی برداشت. گزارشات منتشر شده جهانی نشان می دهد که کار بر روی این زمینه یعنی دست یابی به فرایندهایی مقرون به صرفه و قابل انجام جهت بازیافت و فرآوری محصولات جانبی و ضایعات در سالهای اخیر رشد فراوانی داشته است و بی شک در این رابطه علم بیو تکنولوژی نقشی اساسی داشته است. 1-4
در این تحقیق، با بررسی جامع بر روی کلیه محصولات کشاورزی که در داخل کشور تولید می‌گردد، مهمترین اقلامی را که می توان برروی ضایعات آنها سرمایه گذاری نمود انتخاب و مطالعه شده است. اقلام مورد مطالعه شامل. ضایعات کشاورزی و صنعتی، گندم، شلتوک، دانه های روغنی، گوجه فرنگی، سیب زمینی، چغندر قند، پنبه، نیشکر، مرکبات، سیب، انگور، خرما، پسته، بادام، گردو، چای و زیتون می گردد که به جهت محدودیت صفحات به تشریح اطلاعات بدست آمده در مورد تعدادی از موارد مذکور پرداخته میشود.
¬بحث
1- گندم5-8
گندم گذشته از جنبه تجارتی مهم آن در دنیا، سلاحی کارآمد در مناسبات سیاسی و جهانی است که روز به روز بر اهمیت کاربردی آن افزوده می شود. با اینکه جمعیت ایران در حدود 1% جمعیت جهان است ولی در حدود 5/2% گندم جهان را مصرف می کند که اندازه ای خارج از تعادل سطوح استاندارد بین المللی است و تا حدود زیادی خبر از ضایعات بالا و مصرف آن بوسیله دام و طیور می دهد. گندم همانند انرژی، کالایی راهبردی شناخته می شود و از شاخص های مهم کشاورزی محسوب می‌گردد. در حال حاضر سهم بزرگی از پتانسیل کشاورزی کشور به تولید گندم اختصاص دارد یعنی رقمی در حدود 1/5 میلیون هکتار (مرکز آمار ایران 79) که با احتساب 25% ضایعات تقریبی گندم در کشور در واقع حدود 3/1 میلیون هکتار از اراضی مستعد کشور، با صرف کلیه نهاده های زراعی، ضایع می شود و این با هدفهای کشاورزی در رسیدن به خود کفایی در تضاد است. بطور کلی ضایعات گندم را می توان به بخش های زیر تقسیم نمود:
1- ضایعات کاشت
ضایعات در این مرحله ، مقدار اضافه مصرف بذر است که معمولاً حدود 20% برآورد می شود و عمدتاً ناشی از خلاء تکنیکی و استفاده از شیوه های منسوخ کاشت می باشد که برابر 3/1 % کل گندم مصرفی کشور و یا 2% کل گندم تولیدی کشور است.
2- ضایعات پیش از برداشت
شامل ضایعات تأخیر برداشت است که بصورت ریزش یا سبز شدن روی خوشه در نواحی باران خیز حاصل می شود. در یک طرح تحقیقاتی تلفات قبل از برداشت معادل 9/54 کیلوگرم در هکتار اندازه گیری شده است.
3- ضایعات برداشت
ضایعات در مرحله برداشت با کمباین شامل تلفات سکوی برش (%2- 5/0)، تلفات واحدهای کوبنده (%1-5/0)، جداکننده (%4/0-2/0)، تمیز کننده (%2/0-04/0) و سایر عوامل است.
4- ضایعات پس از برداشت
این ضایعات را می توان به 4 دسته ضایعات حمل و نقل و ریخت و پاش (%5/5)، ضایعات بوجاری (%2/0)، ضایعات انبارداری (4%) و ضایعات تبدیل (%5) طبقه بندی نمود.
از طرفی محصول جانبی گندم کاه می باشد. قرنهاست از کاه بعنوان ماده اولیه ساخت کاغذ (مخصوصاً در چین) استفاده می شود. هم اکنون درمناطقی نظیر اروپای شرقی، آمریکای جنوبی، خاورمیانه و آسیا کاه بعنوان ماده اولیه مهم در صنعت خمیر کاغذ می باشد. دلیل اصلی تداوم کاربرد کاه در ساخت کاغذ سهولت دستیابی به آن به عنوان پسماند تولید مواد غذایی است. اما مشکل هزینه های کارگری جهت جمع آوری، ذخیره سازی و جابجایی، کاربرد این ماده را بیشتر به کشورهایی که دارای نیروی انسانی ارزان هستند و فرایندهایی که کارخانجات مقیاس کوچک نیاز دارند محدود کرده است. موارد استفاده دیگر کاه عبارتند از:
1- تغذیه دام، 2- منبع سوخت و تولید انرژی در کشورهای غربی، 3- بستر دامها، 4- تولید پروتئین، 5- تولید کودهای آلی، 6- افزایش حاصلخیزی خاک
2- دانه های روغنی9-10
استخراج روغن از 5 دانه روغنی مهم که عبارتند از بذر سویا، پنبه دانه، آفتابگردان، بادام زمینی و شلغم روغنی به روشهای مختلف شامل: استفاده از حلال و استفاده از فشار و گاهی استفاده از دو روش فوق بصورت توأم، صورت می گیرد. محصول جانبی فرایند های روغن کشی کنجاله نام دارد که دارای مقدار نسبتاً زیادی پروتئین بوده و چنانچه که خوب تهیه شده باشد اسیدهای آمینه متشکل آن از لحاظ میزان و قابلیت جذب در حد مطلوبی است و به همین جهت در جیره غذایی دام و طیور برای تامین قسمت قابل توجهی از پروتئین و بعضی از اسیدهای آمینه ضروری استفاده می گردد.
3- نیشکر (محصولات جانبی صنعت تولید شکر از نیشکر)11-12
مقدار تولید نیشکر در سال 1376 ، 2059 هزار تن بوده است از آنجا که از هر 100 تن نیشکر 25 تن سرنی، 35 تن با گاس تر، 10 تن شکر، 4 تن ملاس بدست می آید لذا مقدار باگاس و ملاس تولید شده در این سال به ترتیب 720 و 82 هزار تن می باشد. از باگاس نیشکر به عنوان سوخت در تولید برق، زغال چوب و متان و همچنین در صنایع سلولزی در تولید کاغذ، فیبر، مقوا و نئوپان استفاده می شود. از طرف دیگر باگاس به عنوان یک ماده لیگنو سلولزی در تولید فورفورال، آلفا سلولز، اگزیلیکول، انواع پلاستیک ها و خوراک دام استفاده می شود. یکی دیگر از محصولات جانبی تولید شکر از نیشکر، ملاس است. ملاس شربت قندی حاصل از استحصال کریستالهای شکر است که به وسیله سانتریفوژ کردن بدست می آید. این مایع حاوی مقدار زیادی قند می باشد که در شرایط متعارف قابل استخراج و کریستالیزاسیون نمی باشد. از ملاس نیشکر در صنایع تخمیری در تولید موادی مانند اسید استیک، سرکه، استن، بوتانل، اسید سیتریک، اسید لاکتیک، گلسیرول. خمیر مایه، آنتی بیوتیک ها، لیزین، گلوتامیک اسید می توان تولید کرد. همچنین از ملاس در تولید الکل، خوراک دام، کود، دکستران و صمغ استفاده می شود. از گل صافی که در تصفیه شکر بدست می آید می توان موادی مانند چربی ها و موم استخراج کرد و یا از آن برای تولید کود و خوراک دام استفاده می شود.
4- مرکبات13-14
کشور ایران با برداشت سالانه 3 میلیون و 51 هزارتن مرکبات از 200 هزار و 105 هکتار باغهای بارور، هفتمین تولید کننده مرکبات در جهان و با تولید 000/640 تن لیموترش اولین تولید کننده در آسیا و چهارمین در جهان است. ضایعات در کشور ما شامل ضایعات برداشت، حمل و نقل، نگهداری و تبدیل آنهاست. جدول زیر میزان ضایعات تبدیل حدود 000/900 تن مرکبات را نشان می دهد. تفاله باقیمانده از فرایند آبگیری مرکبات در حدود 50% وزن میوه را شامل می شود. این تفاله ماده اولیه ای برای تولید محصولاتی مانند پکتین، غذای دام، پوست شیرین شده، روغن پرس سرد، ملاس، لیمونن، مارمالاد و ژله پوست مرکبات، محصولات حاصله از هسته مرکبات، فلاونوییدها و … است.
قندها بصورت کربوهیدارتهای محلول در تمام قسمت های میوه مرکبات به استثنای آب میوه های اسیدی مانند آب لیمو وجود دارند و نزدیک به 40% وزن خشک پوست میوه های پرتقال و گریپ فروت را تشکیل می دهند که در این میان گلوکز، فروکتوز و ساکاروز از قندهای اصلی هستند. مواد غیر قابل حل در الکل در پوست مرکبات شامل 50-30% مواد پکتینی، 40-20% سلولز، 20-10% همی سلولز می باشد. تفاوتهای زیادی بین ترکیبات شیمیایی تفاله مرکبات مناطق مختلف وجود دارد. در ذیل به تعدادی از فرآورده های حاصله از محصولات جانبی فرآیند مرکبات اشاره میشود:
1- پالپ خشک شده و ملاس مرکبات، 2- پکتین: منبع اصلی تولید پکتین پوست مرکبات می باشد. پکتین به عنوان عامل ژله ای در تهیه مرباجات و برخی شیرینی ها کاربرد داشته و حدوداً 3% پوست مرکبات را شامل می شود، 3- قرص های مرکبات: قرص های مرکبات تولید شده از پوست مرکبات بصورت مکمل غذایی دارویی به غذای دامهای شیری و گوشتی اضافه می شود، 4- مواد حاصل از تخمیر ضایعات مرکبات: فرایندهای تخمیری برای افزایش ارزش اقتصادی محصولات جانبی و تبدیل ضایعات به فراورده های مفید نقش مهمی دارند. محصولات تخمیری مختلفی از جمل اتانول، متان، پروتئین تک یاخته (scp) اسیدهای آمینه، اسید پیرویک، 2 و 3- بوتیلن گلیکول و پکتین میکروبی را می توان از ضایعات مرکبات تولید نمود.
5- انگور12
تفاله انگور یک پسماند لیگنوسلولزی و باقیماندة فرآیند آب گیری از میوه انگور است. تفاله انگور حدود بیست درصد وزن مرطوب میوه اولیه را تشکیل میدهد. به طور معمول این پسماند در زمین مدفون میشود. اما این روش علاوه بر هزینه بر بودن باعث مشکلات زیست محیطی نیز می شود. از طرفی به دلیل میزان پروتئین و هضم پذیری پایین، کاربرد مستقیم تفاله به عنوان خوراک دام چندان مناسب نیست. بنابراین در سالهای اخیر توجه محققین به بازیافت محصولات مفید از تفاله انگور و بهبود کیفیت آن برای خوراک دام جلب شده است. میزان تولید انگور در کشور در سال 1376، 2150 هزار تن بوده است و مقدار قابل توجهی از آن جهت تولید آب انگور در کارخانجات صنایع تبدیلی مورد استفاده قرار گرفته است. ترکیب شیمیایی تفاله انگور به طور قابل توجهی نسبت به نوع انگور و نوع فرآیند آبگیری (پرس داغ یا سرد) متغیر است. اما به طور کلی تفالة انگور حاوی مقادیر نسبتا زیادی قند (عمدتاً، گلوکز، فروکتوز و ساکارز)، تارتارات، آنتوسیانین و فیبر خام است که می توان آنها را بازیابی و مورد استفاده قرار داد. از تفاله انگور می توان با تخمیر حالت جامد یا غوطه ور اتانول تولید کرد. تفاله انگور از نظر میزان تاتارات خیلی غنی است. پس از تخمیر الکلی تفاله، تارتارات موجود در پسماند را می توان با آب داغ استخراج کرد. تفالة انگور منبع خوبی از آنتوسیانین ها است. آنتوسیانین ها رنگدانه های طبیعی موجود در میوه ها و سبزیجات هستند. این رنگدانه ها در محدودةpH بین 3-1 رنگ قرمز از خود نشان داده و می توانند در بعضی مواد غذایی با اسیدیتة بالا مورد استفاده قرار گیرند. فیبر خام موجود در تفالة انگور را به دو صورت می توان مورد استفاده قرار داد. صورت اول هضم بی هوازی آن برای تولید متان است و صورت غنی سازی آن از نظر میزان پروتئین و استفاده از آن به عنوان خوراک دام است. از طرف دیگر هسته انگور منبع با ارزشی برای تهیه روغن جهت مصارف خوراکی و صنعتی است. حدود 26-23 درصد از تفاله انگور را هسته های آن تشکیل می دهد. ترکیب اسیدهای چرب استخراج شده از آن شامل اسید میریستیک، پالمتیک، استئاریک، اولئیک و لینولئیک است بالاترین مقدار آن اسید لینولئیک است. میزان کل اسیدهای چرب اشباع شده و غیر اشباعی هسته انگور به ترتیب 13-12 و 87-86 درصد می باشد. بطور کلی محصولات بازیابی مفید از تفاله انگور در شکل زیر بصورت خلاصه نشان داده شده است.
6- خرما3،4،12
خرما از محصولات عمده کشارزی ایران است و حدود 60 درصد وزن خشک آنرا قند تشکیل می دهد. مناطق عمده کشت خرما در ایران استانهای خوزستان، هرمزگان، بوشهر، سیستان بلوچستان، فارس، کرمان می باشد. میزان تولید خرما در کشور در سال 1376، 877 هزار تن بوده است. بدلیل نامرغوب بودن حدود 30 درصد خرمای تولید شده در کشور مستقیماً جذب بازار مصرف نمی شود و می بایست در واحدهای صنایع تبدیلی و فرآوری تبدیل به فرآورده های با ارزش شود. این فرآورده ها به دو بخش تخمیری و غیر تخمیری تقسیم بندی می شود. از آنجاکه خرما حاوی درصد زیادی قند است لذا به عنوان منبع کربنی در فرایندهای تخمیری استفاده می شود. مهمترین فرآورده های تخمیری خرما عبارتند از:
1- اتانول: تخمیر الکلی مواد قندی یک فرایند بیوشیمیایی است که توسط مخمر ساکاروسیس سروزیه انجام می‌گیرد. برای تولید اتانول از خرما ابتدا لازم است که عصاره گیری از آن صورت گیرد، تا قند از خرما استخراج گردد. میزان قند استحصال شده در فرایند عصاره گیری به پارامترهای متعددی مانند پیوسته یا مداوم بودن سیستم، یک یا دو مرحله ای بودن، زمان، دما و غیره بستگی دارد.
2- سرکه: فرایند تولید سرکه از خرما شامل دو مرحله تخمیر بی هوازی تولید مایع تخمیری الکلی سپس تخمیر هوازی مایع تخمیری الکلی به سرکه است. فرایند بی هوازی تبدیل عصاره استحصال شده از خرما به مایع تخمیری الکلی مشابه فرایند اتانول است. مایع تخمیری الکلی توسط باکتری های گونه استو باکتر به اسید استیک تبدیل می شود. مایع خروجی حاوی 6-4 درصد اسید استیک است. محلول فوق را پس از پاستوریزه کردن به عنوان سرکه به بازار عرضه می شود.
3- اسید سیتریک: اسید سیتریک از پرمصرف ترین اسیدهای آلی در صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی است که در فرآیند تخمیر توسط میکروارگانیسم آسپرژیلوس نیجر از مواد قندی تولید می شود. خرما به دلیل داشتن درصد زیادی قندهای منوساکارید منبع کربنی مناسبی برای فرآیندهای تخمیری است. اسید سیتریک درکشت غوطه ور و سطحی تولید می شود. در کشت غوطه ور فرآیند تخمیر در فرمانتورهای بزرگ همراه با حجم زیادی مایع تخمیری انجام می گیرد. در کشت سطحی میکرو ارگانیسم ها بر روی مواد جامد فاقد آب آزاد رشد می کنند. در فرآیند تولید اسید سیتریک از خرما ابتدا عصاره گیری از خرما انجام می گیرد، سپس فرآیندهای تخلیص و جداسازی یونهای فلزی و تخمیر انجام گرفته، در پایان مایع تخمیری وارد بخش پایین دستی شده و در نهایت اسید سیتریک تولید می شود. تولید این ماده از خرما در فاز آزمایشگاهی انجام گرفته است و در جهان هیچگونه نتایج تجربی در زمینه تولید در مقیاس پایلوت و صنعتی وجود ندارد. لذا جهت صنعتی شدن فرآیند فوق می بایست تولید در مقیاس نیمه صنعتی انجام گیرد و در صورت موفقیت آمیز بودن طراحی و تولید در واحد صنعتی انجام گیرد.
4- تولید پروتئین تک یافته (SCP): پروتئین تک یاخته سلولهای خشک شده میکروارگانیسم های مانند باکتریها، مخمرها، کپک ها، جلبک ها و قارچ های عالی است که در مقیاس وسیع کشت داده شده و به عنوان منبع پروتئین مورد مصرف انسان یا حیوان قرار می گیرند. پروتئین تک یاخته بدلیل میزان تکثیر بالا، میزان محتوی پروتئین بالا، توانایی استفاده از منابع کربنی ارزان قیمت و غیره جایگزین تمام یا بخشی از خوراک دام و طیور خواهد گردید. ضایعات خرما حاوی ترکیبات قندی بوده و منبع مناسبی برای تولید SCP می باشد
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 17صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله بررسی وضعیت و امکان سنجی بازیابی و تولید مواد با ارزش از ضایعات کشاورزی و صنایع تبدیلی وابسته
