التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

والمذيبات العضوية وكثير غيرها من الصناعات الهامة التي تعمل على رفع مستوي الشعوب والنهوض بحياتها ،وفي الحقيقة بدأ البحث في استغلال هذه المخلفات يتخذ صورة منظمة منذ سنة ١٩٣٥عندما اقترح جماعة من علماء الكيمياء والزراعة والصناعة تحسين حالة المزارع بالعمل على الاستفادة من مخلفات المزرعة في الصناعات الكيميائية للحصول على منتجات غير غذائية واطلق على هذا النوع من الدراسة لفظ كيمورجي Chemourgyويشمل هذا العلم الآن على الدراسات التي تبحث في تصنيع المواد الخام الزراعية بوجه عام وذلك ببحث تركيبها ومدي صلاحيتها للاستغلال الصناعي ،وقد اهتمت كثير من الدول بهذا النوع من الدراسة والبحث وانفقت عليها بسخاء ،فأنشأت الولايات المتحدة الامريكية اربعة محطات للبحث والتجريب لهذا الغرض واهتمت كليات الزراعة في اكثر الجامعات بتخصيص فرع من أقسام الكيمياء للمساهمة في هذه الدراسة ،وقد كان لقسم الكيمياء بكلية الزراعة – جامعة القاهرة فضل السبق ففى دراسة مكونات كثير من مخلفات المزرعة المصرية مثل حطب القطن والذرة وقوالح الذرة وقش الارز وتبن القمح والشعير ومصاصة القصب وجريد النخل ومخلفات مصانع غزل القطن بجانب بعض المحاصيل الثانوية الكهار التي توجد زراعته في الأرض المحلية وحديثة الاصلاح وكذلك بعض الحشائش البرية كالتيفا )التى يطلق عليها مجا از اسم البردي(.

وقد اتجهت الجهود في جمهورية مصر العربية في وقتنا الحالي إلى دراسة مخلفات المزرعة من ناجية صلاحيتها للاستغلال الصناعي بعد أن اصبحت الحاجة ماسة إلى الاستفادة من جميع الموارد الطبيعية اشد إحتياجات النهضة الصناعية وما

أيضا السياسة

يتطلبة ارتفاع مستوى المعيشة من مستلزمات وساعد هذه الاهتمام الاقتصادية التي تهدف إلى رفع مستوى المزارعين والعمل على زيادة دخل المزرعة والعمل بالتالي على زيادة الانتاج القومي والاكتفاء الذاتي وتوفير جانب من العملة

-١٣٠-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

فعلا عدة صناعات

الصعبة وغير ذلك من المزايا ،وكان من نتيجة ذلك أن قامت ناجحة على مخلفات المزرعة المصرية فانشئ مصنع الورق.

التابع لشركة راكتا بالاسكندية على مخلفات قش الأرز والبوص ومصنع لب الورق من مصاصة قصب السكر في ادفو ومصانع الخشب الحبيبي من ساس الكتان بطنطا وفارسكور ومن مصاصة القصب في كوم امبو.

استغلال المخلفات وتصنيعها:

تنتج المزرعة المصرية كميات وافرة من بقايا النباتات تزيد عن ٣٥مليون طن سنويا كلها مخلفات سليلوزية يمكن الاستفادة منها على مدى واسع في كثير من

الصناعات على ما سبق ذكره .وفيما يلي جدول يبين تحليل بعض هذه البقايا.

جدول رقم )(٩

الرطوبة

الرماد

البنتوزان

السليلوز

لجنين

مكونات السليلوز

ومواد

المصدر

%

%

%

الخام %

الفا

بيتا

جاما

سمار

٩,٧

٥,٩

٢٤,٧

٥١,٩٨

٦٤,١

٢٥,٩

٩,٠

٨,٠

تيفا

١٠,٤

٦,٦

١٩,٣

٢٦,٥٢٥

٨٠,٠

٧,٠

١٣,٠

٢٥,٠

تبن القمح

٧,٤

٩,٤

٢٧,٨

٤٢,٣٢١

٤٨,٧

٣٣,٨

١٧,٥

١٢,٠

تبن الشعير

٨,٣

١٠,١

٢٣,٣

٤٢,١١٦

٤٨,٠

٢٥,٦

٢٦,٤

١٦,٠

جريد النخل

١٧

٣,٩

١١,٣

٤٧,٠٢٠

٦٩,٩

٢٧,٤

٢,٧

٢٠,٠

مصاصة القصب

٩,٣

٢,٧

٢٨,٣

٣٥,٨٢١

٥٣,٢

١٣,٢

٢٣,٦

٢١,٠

حطب القطن

١٠,٦

٤,٣

١٣,١

٣١,٩٢٥

٢٨,٤

١٦,٦

٢٥,٠

٢٥,٠

قش الأرز

٧,٩

٢٤,٣

١٩,٣

٣٨,٢١٠

٦٩,٨

٦,٨

٢٣,٤

١٠,٠

حطب ذرة

٩,٨

٩,٥

١٣,١

٣٢,٠٢

٥٨,١

٢١,١

٢٠,٨

٢٠,٠

قوالح ذرة

١٠,١

٢,٥

٢٦,٨

٣,٠٠٣

٥٧,٠

١٧,٧

٢٥,٣

٣٠,٠

اخري

أيضا كمادة أساسية في صناعة البلاستيك أو

ويمكن استخدام هذه المخلفات

كمواد مالئة في هذه الصناعة ،كما يمكن الاستفادة من قوالح الذرة لإنتاج أنواع من

-١٣١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

البلاستيك يمكن تشكيله لأغراض مختلفة وذلك استعمال قشرة الفول السوداني مع بعض البروتينات في انتاج نوع من البلاستيك امكن تشكيلة على صورة فلين صناعي فعلا لسد النقص من الفلين في الولايات المتحدة الامريكية

وقد استخدم هذا الانتاج

اثناء الحرب العالمية الثانية كما تستخدم مخلفات مصانع الغزل في انتاج رايون الفسيكوز )الحرير الصناعي( وخلات السليلوز وغيرها أو تستخدم هذه المخلفات لإنتاج علف للحيوان غني بالمواد البروتينية باستعمال أنواع خاصة من الخمائر تنمو على السكرات الموجودة في هذه المخلفات وتزيد من نسبة المواد البروتينية بها ،كما تعتمد كثير من صناعات التخمر على السكرات العديدية التي توجد في بقايا النباتات كمصدر لنمو الكائنات الدقيقة ولانتاج كثير من المركبات الكيميائية مثل الكحولات والأحماض والكيتونات ،وعادة تستعمل هذه المخلفات بعد اجراء التحليل المائي لها لجعل السكرات الاحادية تنفرد وتصبح صالحة للاستعمال بواسطة الكائنات الدقيقة

مائيا بحامض الكبريتيك بحوالي ١٣٥

بقدر انتاج الطن من قوالح الذرة بعد تحليلة

رطلا من الفورورال وهو من المذيبات العضوية

رطل من الزيلوز المتبلور ٢١٤ ،

المهمة ٤٤ ،جالون من كحول الايثانول ،ويقدر انتاج الطن من مصاصة القصب

رطلا من

رطلا من الزيلوز ١٥٥ ،

تحت نفس الظروف والمعاملات بحوالي %٩٨

النا من كحول الايثانول ،وهنا يجدر الاشارة إلى الدراسات

الفورفورال ٤٠ ،جو

والابحاث التي اجيت على المخلفات الزراعية وبعض الصناعية والتي يمكن

صناعيا بصورة قد تسهم في اقتصاديات البلاد.

استعمالها

أجريت دراسة على شعر لوز القطن المستبقى في الحقل بعد جني الحصول بسبب عدم التفتح وامكانية استعماله في صناعة الرايون أو الفيسكوز أو الورق كقطن طبي ،كما امكن الحصول على زيت من بذرة القطن المختلفة بعد حلج الشعر واستعمالة في الصابون استعمال الكسب المتخلف في علف الحيوان ،وبذلك يتم

-١٣٢-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

التخلص من ديدان اللوز بطريقة عملية نظيفة وليس عن طريق الحريق والذي أدى

دائما إلى تلوث البيئة.

ويؤدي

وعلي نسق هذه الأمر أجريت دراسة على مخلفات محالج القطن فيما يسمي بالكرتة والتمشيطية والسكرتو( وبجانب استخدامها في التنجيد والحشو امكن تحويلها

بدلا من

إلى فيسكوز )حرير صناعي( والى قطن طبي ) والى الواح الفا سليلوز استيرادها( من الخارج ،كما أمكن تحويلة إلى مشتق كربوكسي ميثايل سليلوز اللازم

لحفارات البترول.

بدلا من

أجريت دراسة في المركز القومي للبحوث على امكانية تعطين حطب القطن حرقة والحصول منه على الياف جيدة تدخل في الدوبارة والحبال والاكياس والزكائب.

تستخدم مخلفات مصانع النشا والبي ةر في صناعة علف حيواني وعلف دواجن.

استخدمت المخلفات الزراعية مثل حطب القطن وحطب الذرة ومصاص القصب في ناتج خشب حبيبي أو في صناعة لب الورق ولدينا نموذج في الوحدات الملحقة بمصانع السكر في ادفوا وابو قرقاص والمنصورة )من ساس الكتان( فلم لا تقام هذه الصناعات على صورة وحدات صناعية صغيرة تلحق بالمثانع الكبيرة لسكر القصب كما يمكن اضافة وحدة استخلاص شمع القصب من الطينة التي تنتج عن الترشيح علما بأن صفات هذه الشمع تماثل صفات شمع الكارنوبا الذي

الاولي للعصير

نستورد منه كميات كبيرة.

أجريت بحوث على استخدام جريد النخيل في انتاج نوع من الخشب يماثل بدلا من استعماله في صناعة الأقفاص التي عفا عليها

خشب الكونتر المستورد

الزمن واستبدلت بأقفاص بلاستيك ،وكذلك استخدامه في لب الورق واستخدم الكارينة

في الألواح العازلة للصوت والح اررة.

أجريت دراسة على تنقية زيت رجيع الكون بعد ضرب الأرز لخفض حموضته

-١٣٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

وتحويلة إلى زيت صالح للإستهلاك الآدمي لمواجهة سد النقص في الزيت الذي تعاني البلاد وهذه الصناعة قائمة في اليابان منذ زمن بعيد وليست جديدة.

أجريت الدراسة على احطاب الذرة وقش الارز ومعاملتها بالامونيل لرفع نسبة النتروجين بها وتحويلها إلى علف حيواني أو بالاتجاه إلى تنمية الاحياء الدقيقة عليها لإنتاج ما يسمي بروتين وحيدات الخلية لرفع قيمة هذه المخلفات لتغذية الحيوان

.single cell protein

أجريت دراسات على انتاج البيوجاز من المخلفات الزراعية ومخلفات الحيوان وامكانية استخدام هذا البيوجاز كمصدر للطاقة في القري مع انتاج مخلفات سمادية تستخدم في تحسين التربة الزراعية ،وقد أجريت هذه التجربة في بعض قري القليوبية

منعا للتلوث.

فلم تعمم

مثلا( على نسبة عالية من

تحتوي بعض المخلفات الزراعية )مثل قوالح الذرة

سكر البنتوزان والذي يستخدم في كثير من الدول بتحضير سكر الزيللوز منه

صناعيا والذي يستورد منه

وتحضير الفورفورال وهو من المذيبات العضوية المهمة

سنويا.

كميات كبيرة

وأخي ار هل آن الآوان إلى أن يتحقق ما يدعو اليه السيد رئيس الجمهورية من الاعتماد على البحث العلمي والتكنولوجيات الحديثة في تنمية موارد هذا البلد الذي

حباه الله بالخير والبركة.

ويمكن تحضير كوك السليلوز بخواص تقريب من خواص الانتراسيت اذا سخن السليلوز على o١٥٠م تحت ضغط مرتفع في وجود بخار الماء ينتج عن التقطير الاتلافي للسليلوز في الفراغ مركبات من نوع اندريد الجلوكوز المسماه بيتا جلوكوزان اليساري، وتركيبه عبارة عن – ١ ،٦اندريد-بيتا-م-جلوكوبيراتوز والمعلوم أن هذا الاندريد يتكون

اولا إلى

أيضا من معاملة الجلوكوز تحت نفس الظروف ولذلك يعتقد أن السليلوز يتعرض

متحولا إلى وحدات جلوكوز ثم يفقد الاخير ماء dehydration

عملية تكسير كيميائي

-١٣٤-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

ويتحول إلى صورة الاندريدية.

الضوء:

يؤدي الضوء وظيفة العامل اللمسي في بعض تفاعلات السليلوز الكيميائية ففي عمليات تبيض القطن بواسطة فوق الاكاسيد وجد أن الاشعة فوق البنفسجية التي موجاتها اطول من ٤٠٠٠انجستروم لها تأثر بسيط بينما لو قصر طول الموجة عن ذلك إلى ٣٠٠٠انجستروم فإنها تؤدي إلى حدوث تكسير في السليلوز يظهر اثره بانخفاض اللزوجة بقيمة تماثل الانخفاض الذي ينتج عن المعاملة بالأحماض

المخففة.

ويتوقف التلف الناشئ عن الضوء على عدة عوامل منها وجود الاكسجين والصبغات والرطوبة وبالنسبة لآن هذا التلف يتوقف الي حد كبير على وجود اشاعات ذات طول معين لا يسهل توفرها في الاستعمالات اليومية فان اهمية هذا

الموضوع قليلة.

تأثير الاحياء الدقيقة والانزيمات على السليلوز يهم كل المشتغلين بعلوم التربة

والتغذية وصناعة الورق والنسيج والاخشاب.

تجري في الطبيعة عمليات مستمرة للتخلص من فضلات السليلوز بواسطة الاحياء الدقيقة مثل البكتريا الهوائية واللاهوائية mesophilic & thermophilic وكذلك الفطر actinomycesوميكانيكية عملية التكسير التي تحدث للسليلوز بفعل هذه الاحياء غير معروفة غير أن المعتقد انها تتم على خطوتين:

-١٣٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

الأولى :تحليل مائي انزيمى enzymatic hydrolysisيؤدي إلى انتاج

الجلوكوز كناتج وسطي.

الثانية :عملية تخمر fermentationللجلوكوز تحولة إلى أحماض عضوية وغازات واذا تركت عملية التخمر دون تحكم في سيرها ينتج عنها حامض خليك وبيوتريك وكحولات وغازات مثل الميثان والايدروجين وثاني اكسيد الكربون وكل ذلك يتوقف على ظروف عملية التخمر نفسها ونوع الاحياء الدقيقة المشتركة في العملية، حديثا إلى أهمية ذلك في تصنيع المخلفات السليلوزية

ولقد اتجهت الانظار

اقتصاديا لإنتاج مواد مختلفة.

واستغلالها

الأحياء الدقيقة :Microorganism

نوعا لها قدرة التأثير على السليلوز فتقلل من

يعرف من هذه الاحياء اكثرة من سبعين

درجة بلمرته Depolymerizeوتحوله إلى نواتج مختلفة تنمى الاحياء الدقيقة التي تستهلك السليلوز في عمليات فصلها isolationعلى سليلوز طبيعي نقي purified natural celluloseأو على سليلوز مسترجع regeneratedأو على سلكودكسترين، وتختلف هذه الأنواع في ظروق نموها وتأثيرها على السليلوز.

البكتريا:Bactria

البكتريا الهوائية وغير الهوائية تحلل السليلوز التق الخالي من اللجنين ويتوقف عملها عند وجود الاخير ومعني ذلك أن هذه الاحياء تؤثر فقط على السليلوز بعد استخلاصة من مصادرة ولا تأثير لها على الخشب الطبيعي ،وقد دلت التجارب الكثيرة التي أجريت بهذا الخصوص على أن انزيمات البكتريا لا تؤثر على السليلوز، طالما يوجد به لجنين وبمجرد التخلص منه تبدأ هذه الانزيمات نشاطها هذه النتائج

متحدا مع السليلوز

حملت الكثيرين على الاعتقاد بأن اللجنين يوجد في الطبيعة

كيميائيا إلا أن ) Virtanen et al. (1937يعارضون هذا الرأي ويعتقدون

اتحادا

بأن البكتريا لا تستطيع التأثير على سليلوز الخشب الطبيعي لان ميكانيكية تركيبة لا

-١٣٦-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

تسمح لانزيمات هذه البكتريا بالوصول اليه ولكن عند طحن الخسب يتعرض السليلوز للتحليل البكتيري ويزداد هذا التحليل كلما صغر حجم الحبيبات المطحونة كما وجدوا أيضا أن السليلوز المحضر من الخشب بطبخة مع كبريتيت الكالسيوم يتحلل بفعل

البكتريا رغم احتوائة على اللجنين بنسبة %١٨.٥وقد تصل درجة التحليل إلى

.%٨٠

الفطر :Fungi

يستطيع الفطر أن ينمو على السليلوز النقي أو الموجود في بقايا النباتات، والفطر اشد من البكتريا في تأثيرة على السليلوز ويمكن ملاحظة ذلك في حالات عفن الخشب والذي يعرف منه نوعين العفن البني brown rotوالعفن الابيض

لونا

white rotففي البني يهاجم الفطر السليلوز

تاركا اللجنين الذي يعطي الخشب

تاركا السليلوز بلونة

بنيا ،بينما في العفن الابيض يقوم الفطر بمهاجمة اللجنين

أيضا يؤثر على السليلوز ويقلل من درجة بلمرتة ويحوله

الأبيض إلا أن هذا النوع

إلى مكونات أخرى.

عند مهاجمة الفطر لشعر القطن تفرز البثرات النامية انزيمات تذيب طبقة الكيوتيكل فتسمح لهيفات الفطر hyphaeأن تخترق سليلوز الجدار الثانوي حتى تصل إلى القناة الوسطى ثم تبدأ عملية التحليل من الداخل إلى الخارج inside out وذلك عكس ما يحدث بواسطة البكتريا فهي تلتصق بالجدار الخارجي وتبدأ عملية

تحللها من الخارج إلى الداخل .outside in

الانزيمات:Enzymes

كان ) seilliere (1907أو من وجد أن السليلوز النقي المسترجع من محلول ايدروكسيد النحاس النشادري يمكن تحليلة جز ئيا إلى جلوكوز بواسطة العصارة المعدية المأخوذة من ثعبان Helix pomatiaوقد امكن تحضير إنزيم السليوليز

-١٣٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

Cellulaseبعد ذلك من أنواع مختلفة من الفطر والبكتريا ،ويقوم الإنزيم بتحليل السليلوز إلى اجزاء صغيرة Fragmentsذائبة ،وتسير عملية التحليل بسرعة نسبية في أول الامر ثم ببطء حتى نهاية التحليل ،وميكانيكية التحليل المائي الانزيمى غير معروفة حيث يوجد جلوكوز وسلوبيوز ضمن النواتج ولكن ليس هناك ما يدعو إلى الاعتقاد بعدم وجود لوليجوسكريدات في هذه النواتج لأن من المحتمل انتاج هذه الأنواع خلال عملية التحليل الانزيمى ولكنها تستهلك بواسطة الاحياء الدقيقة اولا

بأول.

) (٢الليبيدات Lipids

مر العلماء بالعديد من المراحل في مسألة وضع تعريف محدد لليبيدات ،فمعظم الكتب التقليدية تعرف الليبيدات بإنها :مجموعة من المركبات العضوية التي تذوب في المذيبات العضوية )مثل الهيدروكربونات – الكلورفورم – البنزين – الإيثير – الكحولات( ويضم هذا التعريف مدى واسع من المركبات العضوية تشمل الأحماض الدهنية ومشتقاتها والكارتوينات والتربينات والاستيرولات وأملاح الصفراء.

ولكن هذا التعريف يعتبر غير دقيق ،حيث أن بعض هذه المركبات التي تقع

أيضا في المذيبات العضوية.

تحت تعريف الليبيدات تذوب في الماء كما تذوب

ولذلك كان من الضروري البحث عن تعريف لليبيدات يأخذ في الاعتبار قواعد أخري غير عملية الذوبان ،لذا فقد وجد الكيميائين المشتغلين بهذا العلم تعريفا أكثر دقة لليبيدات وكذلك أكثر تحديدا وهذا التعريف هو":الليبيدات هي عبارة عن الأحماض الدهنية ومشتقاتها والمركبات المرتبطة بها من الناحية التخليقية الحيوية أو

من الناحية الوظيفية".

ومن خلال هذا التعريف يتسع مفهوم الليبيدات ليشمل الكولسترول وأملاح الصفراء والتوكوفيرولات والمركبات الأخري المرتبطة بها ،وكذلك يشمل

-١٣٨-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

الجانجلوسيدات Gangliosidesبالرغم من أنها مركبات درجة ذوبانها في الماء

اعلي من درجة ذوبانها في المذيبات العضوية.

ولما كان هذا التعريف معب ار عن الليبيدات كان لزاما علينا أن نضع تعريفا لمفهوم الأحماض الدهنية التي تعتبر أساس التعريف وأساس وصف الليبيدات ،وتم تعريف الأحماض الدهنية على أنها":مركبات يتم تخليقها في الطبيعة من خلال عملية تكثيف لوحدات مركب المالونيل قرين إنزيم )أ( Malonyl Co enzyme A بواسطة معقد إنزيمات تخليق الأحماض الدهنية"وهي تحتوي عادة على عدد زوجي من ذرات الكربون في سلسلة مستقيمة )ومعظمها يحتوي على عدد ذرات كربون يتراوح بين ١٤:٢٤ذرة كربون( وهي إما تكون أحماض مشبعة أو غير مشبعة ،كما

انها قد تحتوي على مجموعات استبدالية.

ومن الممكن تعريف الليبيدات بأنها مجموعة من المركبات البيولوجية التي يمكن استخلاصها من الخلايا والانسجة الحية بالمذيبات العضوية مثل البنزين والاثير

والكلورفورم وهي غير ذائبة في الماء.

وهناك أربع وظائف بيولوجية أساسية تقوم بها الليبيدات:

تمثل أحد العناصر البنائية الأساسية في الأغشية الخلوية

تستخدم كمخزن احتياطي للطاقة

بعض الفيتامينات والهرمونات عبارة عن ليبيدات أو مشتقاتها الحيوية الأحماض الم اررية عبارة عن ليبيدات وتلعب هذه الأحماض وأملاحها دو ار

حيويا هاما في عمليات هضم الدهون

تقسيم الليبيدات Lipids classification

تقسم الليبيدات على عدة اسس منها:

-١على أساس قابليتها للتحليل المائى سواء بالقلوى أو بالحمض المعدنى أو

-١٣٩-