چکیده
ملاس، به عنوان یک محصول جانبی اصلی از فرآیند تولید شکر، مدتهاست که به عنوان یک سوبسترای ارزانقیمت در صنایع تخمیری و خوراک دام شناخته شده است. با این حال، پیشرفتهای اخیر در فناوریهای زیستی و شیمی سبز، درک ما از پتانسیل نهفته در این جریان غنی از کربوهیدراتها را متحول کرده است. این مقاله به بررسی جامع نوآوریهای فعلی در زمینه استفاده از جانفرآوردههای ملاس (عمدتاً ملاس نیشکر و چغندرقند) میپردازد. تمرکز اصلی بر تبدیل این ماده به محصولات با ارزش افزوده بالا در حوزههای مختلفی از جمله تولید زیستسوختها (اتانول، بوتانول)، اسیدهای آلی (سیتریک، لاکتیک، گلوکونیک)، آنزیمهای صنعتی، مخمر خوراکی، و ترکیبات زیستفعال است.
همچنین، کاربردهای نوظهور در تولید بیوپلیمرها، کشاورزی و به عنوان جاذب در تصفیه پساب مورد بحث قرار میگیرد. این مرور نشان میدهد که ملاس دیگر یک ضایعۀ صنعتی محسوب نمیشود، بلکه یک منابع تجدیدپذیر و مقرونبهصرفه برای بیورفاینریهای مدرن (پالایشگاههای زیستی) است که به سمت اقتصاد چرخشی و توسعه پایدار حرکت میکنند.
مقدمه
صنعت شکر سالانه مقادیر عظیمی از ملاس تولید میکند. ملاس مایعی چسبناک، تیره و غنی از قند (ساکارز، گلوکز، فروکتوز)، ویتامینها، مواد معدنی و ترکیبات ازتدار است. به طور سنتی، بخش عمدهای از این ماده به عنوان خوراک دام یا سوبسترا برای تولید مخمر و اتانل صنعتی استفاده میشده است. با این حال، نوسانات قیمت شکر و افزایش فشارهای زیستمحیطی برای کاهش ضایعات صنعتی، انگیزهای قوی برای یافتن راهحلهای نوآورانه و سودآور برای بهرهبرداری از این منبع غنی ایجاد کرده است.
مفهوم”بیورفاینری” که در آن زیستتوده به طیف وسیعی از محصولات مفید تبدیل میشود، نقش محوری در این تحول ایفا کرده است. در این چارچوب، ملاس به عنوان یک خوراک ایدهآل برای فرآیندهای تخمیر میکروبی و تبدیلهای شیمیایی شناخته میشود. این مقاله قصد دارد تا با نگاهی نظاممند، مهمترین نوآوریها در عرصه استفاده از جانفرآوردههای ملاس را معرفی و تحلیل نماید.

تولید آنزیمهای صنعتی
تولید آنزیمهای ارزشمند به روش تخمیر حالت جامد[1] (SSF) یا تخمیر غوطهوری با استفاده از ملاس، یک حوزه بسیار نوآورانه است. از جمله این آنزیمها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اینولاز: برای تولید شربت فروکتوز بالا[2] (HFCS) از نشاسته.
- آمیلازها و پروتئازها: مورد استفاده در صنایع شوینده، نساجی و خوراک دام.
- فیتاز: برای بهبود قابلیت هضم فسفر در خوراک دام و طیور.
ملاس به دلیل دارا بودن ریزمغذیهای ضروری، رشد میکروبی و تولید آنزیم را به طور قابل توجهی تحریک میکند.
[1] Solid-State Fermentation
[2] High Fructose Corn Syrup

اسیدهای آلی و ترکیبات با ارزش افزوده بالا
ملاس بستر مناسبی برای تولید طیف گستردهای از اسیدهای آلی است که کاربردهای وسیعی در صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی دارند.
2-1- اسید سیتریک: تولید این اسید توسط قارچ آسپرژیلوس نایجر از ملاس، یک فرآیند تثبیت شده است. نوآوریها در این بخش شامل استفاده از سویههای موتانتی با بازده بالاتر و روشهای جداسازی کارآمدتر است.
2-2- اسید لاکتیک: این اسید به عنوان پیشساز برای تولید پلیلاکتیک اسید[1] (PLA)، یک بیوپلیمر تجدیدپذیر و قابل کمپوست، اهمیت فراوانی یافته است. استفاده از ملاس به جای منابع قندی خالص، هزینه تولید PLA را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد.
2-3- اسید گلوکونیک و اسید ایتاکونیک: این اسیدها به ترتیب در صنایع غذایی و تولید رزینهای مصنوعی کاربرد دارند. فرآیندهای تخمیری با استفاده از ملاس برای تولید اقتصادی این اسیدها در حال توسعه هستند.
[1] Poly Lactic Acid

تولید زیستسوختها و حلالهای زیستی
یکی از شناختهشدهترین کاربردهای ملاس، تولید اتانول سوختی است. با این حال، نوآوری در این حوزه بر بهینهسازی فرآیند با استفاده از میکروارگانیسمهای مهندسی شده برای افزایش بازده و تحمل الکل متمرکز است. علاوه بر این، تولید سایر زیستسوختهای پیشرفته مانند بوتانول زیستی (که دارای چگالی انرژی بالاتری نسبت به اتانول است) با استفاده از باکتریهای کلستریدیوم از ملاس، به طور فعال در حال توسعه است. همچنین، تولید بیودیزل به طور غیرمستقیم از طریق کشت میکروجلبها با استفاده از ملاس به عنوان منبع کربن، از دیگر زمینههای پژوهشی نوآورانه محسوب میشود.

کاربردهای نوظهور و تخصصی
4-1- کشاورزی: از ملاس به عنوان یک ماده اولیه برای تولید کودهای زیستی مایع (بیوفرتیلایزر) حاوی باکتریهای محرک رشد گیاه (PGPR) استفاده میشود. همچنین، به عنوان یک پایه در سموم زیستی و تنظیمکنندههای رشد گیاهی کاربرد دارد.
4-2- تصفیه پساب: زغال زیستی (بیوچار) تولید شده از ملاس، به دلیل سطح ویژه بالا و تخلخل، به عنوان یک جاذب موثر و کمهزینه برای حذف فلزات سنگین و رنگدانهها از پسابهای صنعتی مورد مطالعه قرار گرفته است.
4-3- تولید ترکیبات زیستفعال: استخراج و تولید آنتیاکسیدانهای طبیعی (مانند بتالاینها از ملاس چغندر)، پلیفنولها و ترکیبات با خاصیت پیشبیاتی (پروبیوتیک) از ملاس، از زمینههای پژوهشی با ارزش افزوده بسیار بالا محسوب میشوند.
نتیجهگیری
جانفرآورده ملاس،که روزی به عنوان یک ماده کمارزش در نظر گرفته میشد، اکنون به یک ستون اصلی در اقتصاد زیستی مدرن تبدیل شده است. نوآوری در فناوریهای تخمیر، مهندسی متابولیک و فرآیندهای جداسازی، دروازههای جدیدی را برای تبدیل این منبع تجدیدپذیر به طیف وسیعی از محصولات با ارزش افزوده بالا گشوده است. از زیستسوختها و بیوپلیمرها گرفته تا آنزیمهای تخصصی و ترکیبات دارویی، پتانسیل ملاس به طور فزایندهای در حال بهرهبرداری است. حرکت به سوی اتخاذ مدلهای بیورفاینری و اقتصاد چرخشی نه تنها سودآوری اقتصادی صنایع وابسته به شکر را افزایش میدهد، بلکه بار زیستمحیطی آن را نیز به میزان قابل توجهی کاهش میدهد. سرمایهگذاری بیشتر در تحقیق و توسعه و ایجاد همکاریهای بینرشتهای، کلید باز کردن پتانسیل کامل این مایع طلایی صنعتی خواهد بود.
منابع :
1- Nigam, P. S., & Pandey, A. (Eds.). (2009). Biotechnology for Agro-Industrial Residues Utilisation: Utilisation of Agro-Residues. Springer Science & Business Media.
2- Soccol, C. R., Vandenberghe, L. P. S., Woiciechowski, A. L., Thomaz-Soccol, V., Correia, C. T., & Pandey, A. (2006). “Brazilian biofuel program: an overview.” Journal of Scientific and Industrial Research, 65(7), 497-504.
3- Pandey, A., Soccol, C. R., & Mitchell, D. (2000). “New developments in solid state fermentation: I-bioprocesses and products.” Process Biochemistry, 35(10), 1153-1169.
4- John, R. P., Anisha, G. S., Nampoothiri, K. M., & Pandey, A. (2009). “Direct lactic acid fermentation: Focus on simultaneous saccharification and lactic acid production.” Biotechnology Advances, 27(2), 145-152.
5- Makkar, R. S., & Cameotra, S. S. (2002). “An update on the use of unconventional substrates for biosurfactant production and their new applications.” Applied Microbiology and Biotechnology, 58(4), 428-434.
6- Mussatto, S. I., & Teixeira, J. A. (2010). “Increase in the fructooligosaccharides yield and productivity by solid-state fermentation with Aspergillus japonicus using agro-industrial residues as support and nutrient source.” Biochemical Engineering Journal, 53(1), 154-157.
7- Li, Z., Wang, D., & Shi, Y. C. (2017). “Effects of nitrogen source on ethanol production in very high gravity fermentation of corn mash.” Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 44(4-5), 661-670.
8- Chandel, A. K., Silva, S. S., & Singh, O. V. (2011). “Detoxification of lignocellulose hydrolysates: Biochemical and metabolic engineering toward white biotechnology.” BioEnergy Research, 4(1), 3-16.



