Linoselülozik içeriğe sahip farklı tarımsal kaynaklardan etanol üretimi

Abstract

Son yıllarda artan nüfus ve teknoloji yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasını zorunlu hale getirmektedir. Biyoetanol fosil yakıt tabanlı enerjilere alternatif olarak kullanılabilmektedir. Biyoetanol üretimi için mısır, şeker kamışı, şeker pancarı, buğday ve arpa dünyada en yaygın kullanılan tarımsal kaynaklardır. Etanol üretiminde kullanılabilen umut vadeden yeni alternatif karbon kaynaklarının çoğunu dünyada en bol bulunan lignoselülozik biyokütle oluşturmaktadır. Bu çalışmanın amacı lignoselülozik materyaller olan arpa kavuzu (AK), yulaf kavuzu (YK), buğday kepeği (BK) ve çavdar kepeğinin (ÇK) seyreltik asit hidrolizini cevap yüzey metodu (response surface method, RSM) kullanılarak optimize etmek, elde edilen hidrolizatları aktif kömür ile detoksifiye etmek ve Pichia stipitis ATCC 58784 ve ATCC 58785 suşları ile etanol üretmektir. Çalışmada sıcaklık, katı: sıvı oranı (K:S), asit oranı (AO) ve hidroliz süresi bağımsız değişkenler olarak seçilmiştir. Bu amaçla, RSM için her bir parametrenin aralığını belirlemek üzere her-defada-tek-etken (one-factor-at-a-time, OFAT) metodu kullanıldı. Optimum hidroliz koşulları AK için 130 ºC sıcaklık, 1:8 (w/v) K:S, %1.86 (v/v) AO, 30 dk hidroliz süresi; BK için 121ºC sıcaklık, 1:8 (w/v) K:S, %2.66 (v/v) AO, 30 dk; ÇK için 130ºC sıcaklık, 1:8 (w/v) K:S, %1.58 (v/v) AO, 16 dk hidroliz süresi ve YK için ise 130ºC sıcaklık, 1:8 (w/v) K:S, %1 (v/v) AO ve 19 dk hidroliz süresi olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda fermente edilebilir şeker konsantrasyonu ise AK, BK, ÇK ve YK için sırasıyla 76.28, 72.73, 89.42 ve 59.63 g/L'dir. Sonrasında elde edilen hidrolizatların aktif kömür detoksifikasyon koşulları (konsantrasyon, sıcaklık ve süre) RSM kullanılarak optimize edilmiştir. Detoksifiye edilmemiş/edilmiş AK, BK, ÇK ve YK hidrolizatları kullanılarak etanol fermentasyonları gerçekleştirilmiştir. Fermentasyonların sonunda şeker tüketimi, etanol üretimi, etanol verimi, maksimum tüketim hızı, spesifik gelişim hızı, ikiye katlanma süresi ve şeker kullanım oranı gibi kinetik parametreler hesaplanmıştır. AK, BK, ÇK ve YK hidrolizatlarından elde edilen en yüksek etanol konsantrasyonları sırasıyla 7,68, 7,33, 11,18 ve 4.49 g/L olarak belirlenmiştir. En yüksek sonuçlar P. stipitis ATCC 58784 kullanılan fermentasyonlar sonucunda ve maksimum aktif kömür kullanılan detoksifikasyon işlemiyle elde edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonunda, P. stipitis mayası kullanılarak AK, BK, ÇK ve YK hidrolizatlarından etanol üretimleri gerçekleştirilmiştir. Aktif kömür detoksifikasyonunun etanol verimini arttırdığı belirlenmiştir. Ayrıca çalışma, bu materyallerin biyoteknolojik prosesler için alternatif bir karbon kaynağı olduğunu göstermektedir.