Pirinç kavuzu hidrolizatının biyofilm reaktörde kesikli ve sürekli sistemlerle etanol fermentasyonu ve üretiminin matematiksel modellerle tanımlanması

Abstract

Günümüzde nüfus ve sanayileşmede hızlı bir büyüme gerçekleştiğinden yakıt ve özellikle de yüksek verimlilik ve düşük çevre etkisi olan biyo-enerji kaynakları arasında sayılan etanole, dünya çapındaki talep sürekli artmaktadır. Lignoselüloz biyokütle, birçok endüstriyel prosesin ve tarımsal materyalin yan ürünü olarak ortaya çıkan en bol ve yenilenebilir karbon kaynaklarıdır ve basitçe bazı enerji bitkilerinden üretilebilir. Lignoselülozik materyaller biyoetanol üretimi için dünya çapında artan bir ilgi görmektedir. Bu çalışmada Pichia stipitis ATCC 58784 ve ATCC 58785 mayaları kullanılarak pirinç kavuzu hidrolizatından biyofilm reaktörde etanol üretimleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla öncelikle biyofilm reaktör seçiminde kullanılacak destek materyalinin seçimi yapılmıştır. Her iki mikroorganizma için de farklı oranlarda denemeler gerçekleştirilerek en iyi karbon kaynağı bileşiği belirlenmiştir. Bunun sonucunda 1.numaralı besiyeri olarak "%50 pirinç kavuzu hidrolizatı + % 50 glukoz", 2.numaralı besiyeri olarak ise "%75 pirinç kavuzu hidrolizatı + % 25 ksiloz" seçilmiştir. Fermentasyon sonunda tüm kinetik parametreler ve sonuçlar incelendikten sonra pirinç kavuzu hidrolizatının fermentasyon ortamında kullanılmasında P.stipitis ATCC 58785 suşunun daha etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca azot kaynağının etkisi incelenerek en iyi azot kaynağı ikilisinin maya ekstraktı ve pepton olduğu belirlenmiştir. Fermentasyon ortamında en uygun karbon kaynağı içeriği ve azot kaynağı çeşidinin belirlenmesinden sonra sürekli sistemde fermentasyonlar gerçekleştirilmiştir. Buradan elde edilen ürün ve biyokütle verimlilik değerlerinin kesikli fermentasyona göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Tüm bunların yanında zenginleştirme ve sterilizasyon işleminin biyofilm reaktörde önemli olduğu görülmüştür. Fermentasyon işlemleri sonucunda elde edilen sonuçlar ve hesaplanan kinetik parametreler kullanılarak (deneysel veriler) 11 farklı matematiksel model ile etanol üretimi, biyokütle gelişim ve substrat tüketimi modellenmiştir. Bu amaçla MGM, MLM, MRM, Stannard, Weibull, MMF, Asimetrik, Baranyi, Huang, Fitzhugh ve Cone modelleri kullanılmıştır. 1 numaralı besiyeri için, biyokütle gelişiminin ve etanol üretiminin deneysel verilerinin modellenmesinde en iyi model Fitzhugh model olurken, şeker tüketiminde en iyi modeller Baranyi ve Huang modelleri olmuştur. 2 numaralı besiyeri için hem hücre gelişiminin hem de şeker tüketiminin deneysel verilerinin modellenmesinde en iyi modeller MMF ve Cone modelleri olurken, etanol üretimi için en başarılı modellerin MGM ve MRM olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar pirinç kavuzu hidrolizatının fermentasyon ortamında potansiyel bir karbon kaynağı olabileceğini göstermiştir.