Buğday saplarından biyoetanol üretimi: Asit hidrolizi ve enzimatik hidrolizin etkisi

Abstract

Biyoetanol, günümüzde petrole alternatif olarak kullanılan bir yakıt olmakla birlikte yenilenebilir enerji kaynağı olması nedeniyle de büyük önem taşımaktadır. Biyoetanol üretimi ve kullanımı açısından diğer Avrupa devletlerine kıyasla geride olan ülkemiz için bu konuda yapılan ve yapılacak olan çalışmalar büyük önem taşımaktadır.Bu çalışmada atık olarak buğday sapları kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında atık miktarının, asit konsantrasyonunun ve buhar hidroliz bekletme süresinin şeker birikimine ve etanol üretimine etkisi incelenmiştir. Asit konsantrasyonu artıkça açığa çıkan şeker miktarının da arttığı gözlenmiştir. Asit konsantrasyonunun yanı sıra buhar hidroliz süresinin etkisi de incelenmiştir. Buhar hidroliz süresinin 15 dakikadan 45 dakikaya çıkarılması buğday saplarının hemiselülozik kısmının hidrolizini artırmıştır. Buharla hidroliz süresi artırıldığında ortaya çıkan ksiloz miktarı artmış ancak glukoz miktarında bir artış olmamıştır.Çalışmanın ikinci aşamasında asit miktarının enzimatik hidroliz ve fermentasyona etkisi incelenmiştir. Yüksek asit konsantrasyonu enzimatik hidrolizi ve maya aktivitesini dolayısıyla fermentasyonu ve etanol üretimini negatif yönde etkilemiştir. Saccharomycess cerevisiae ATCC maya hücrelerinin etanol üretimi incelenmiştir. Atık miktarının, asit konsantrasyonunun ve buhar hidroliz bekletme süresinin etanol üretimine etkisi incelenmiştir. Buğday sapları, öncelikle yüksek sıcaklıkta buhar basıncı ve asitle ön hidrolize tabi tutulmuş, daha sonra enzimatik hidrolizle monomer şekerlere parçalanmıştır. Oluşan şeker içerikli sıvının içine Saccharomycess cerevisiae maya hücreleri ekilerek etanol fermentasyonu yapılmıştır. Glukoz, ksiloz ve etanol miktarları HPLC kullanılarak ölçülmüştür. %1 asit konsantrasyonunun enzim aktivitesi ve etanol üretimi için optimum olduğu görülmüştür. %1 asit hidrolizinin ardından yapılan enzimatik hidroliz özellikle glukoz üretiminde etkili olmuştur. Üretilen glukoz miktarı 4 g/l'den 16 g/l'ye, ksiloz miktarı ise 7 g/l den 18 g/l'ye çıkmıştır. Etanol üretim verimi % 20 civarında bulunmuştur.Being renewable and clean energy source, bioethanol is an important fuel which can be used as an alternative to petroleum. Studies on bioethanol production production has great importance in Turkey because our country is not as competitive as other European countries in bioethanols production and use.In this study, wheat straw was used as a waste. In the first part of the thesis, effects of the amount of waste and acid concentration on accumulation of sugar after steam hydrolysis were investigated. Increase in acid concentration resulted in increasing the amount of sugar released. As well as acid concentration, effect of duration of steam hydrolysis on sugar release was investigated. Increasing the steam hydrolysis time from 15 minutes to 45 minutes increased the hydrolysis of hemicellulosic parts of wheat straw, resulting in remarkable increase in the amount of xylose in the hydrolysate.In the second part of thesis, effect of acid concentration on enzymatic hydrolysis and fermentation was investigated. Use of concentrated acid in pretreatment caused inhibition of enzymatic hydrolysis and microbial activity and eventually inhibited the fermentation. The wheat straw was firstly pre-treated with steam pressure in high temparature and then with different concentrations of sulphuric acid. After that the pretreated wheat straw was digested into monomeric sugars by enzymatic hydrolysis. The resulting sugar containing liquor was inoculated with Saccharomycess cerevisiae yeast cells to start fermentation. Glucose, xylose and ethanol amounts were measured using HPLC. %1 acid concentration was found to be optimum for enzyme activity and ethanol production. The amount of produced glucose was increased from 4 g/l to 16 g/l, while the amount of xylose was increased from 7 g/l to 18 g/l after enzymatic hydrolysis. Ethanol production yields were around %20.