| Popis: |
Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης διεργασίας για την παραγωγή βιοαιθανόλης από λιγνινοκυτταρινούχο βιομάζα. Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε ως πρώτη ύλη ήταν το υδροθερμικά κατεργασμένο άχυρο σίτου. Η βιομετατροπή του κατεργασμένου αχύρου σε αιθανόλη γίνεται με τη χρήση εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων, το μύκητα Fusarium oxysporum F3 και τη ζύμη Saccharomyces cerevisiae. Αρχικά κρίθηκε σκόπιμο να μελετηθεί το ενζυμικό και το μεταβολικό σύστημα του μύκητα ως προς την αντοχή και ανθεκτικότητά τους α) στις παρεμποδιστικές ενώσεις που σχηματίζονται κατά την υδροθερμική κατεργασία και β) στο κύριο προϊόν της ζύμωσης, την αιθανόλη. Επίδραση των παρεμποδιστών εμφανίστηκε κατά την αερόβια ανάπτυξη του μύκητα τόσο στην τελική απόδοση σε βιομάζα όσο και στο ρυθμό ανάπτυξης του μύκητα. Η ικανότητα του μύκητα να μεταβολίζει τα σάκχαρα σε αιθανόλη επηρεάζεται σημαντικότερα από τα καρβοξυλικά οξέα. Επιπλέον, οι παρεμποδιστικές ενώσεις εμφανίζουν συνεργιστική δράση στην παρεμπόδιση του μύκητα στην παραγωγή αιθανόλης. Η μελέτη της επίδρασης της αιθανόλης στην ανάπτυξη και την ικανότητα του μύκητα να μεταβολίζει τα σάκχαρα σε αιθανόλη έγινε με αρχικές συγκεντρώσεις αιθανόλης έως και 6% β/ο. Από τα πειραματικά δεδομένα εξάγεται το συμπέρασμα ότι η αιθανόλη παρεμποδίζει τον ρυθμό ανάπτυξης και την παραγωγή βιομάζας σε αερόβιες συνθήκες. Εντονότερη παρεμπόδιση προκαλεί η αιθανόλη στη μεταβολική δράση του μύκητα σε αναερόβιες συνθήκες. Τέλος, δείχτηκε ότι εάν η αιθανόλη αφαιρεθεί από σύστημα, ο F. oxysporum ανακτά τη μεταβολική του ενεργότητα. Εν συνεχεία, μελετήθηκε η δυνατότητα να αξιοποιηθεί το πλούσιο σε ημικυτταρίνη Υγρό Κλάσμα της προκατεργασίας. Από τα αποτελέσματα φάνηκε ότι το ΥΚ είναι έντονα τοξικό για το μύκητα και δεν είναι αποδοτική η παραγωγή αιθανόλης με τη χρήση του ως πηγή άνθρακα. Για την ικανοποιητική βιομετατροπή του υδροθερμικά κατεργασμένου αχύρου σε αιθανόλη είναι απαραίτητη η μείωση του ιξώδους του υλικού πριν τη ζύμωση. Αυτό επετεύχθη με την κατασκευή ενός ειδικού ενζυμικού αντιδραστήρα ρευστοποίησης. Το ρευστοποιημένο υλικό χρησιμοποιήθηκε ως πρώτη ύλη σε πειράματα ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης.Δείχτηκε ότι η προσθήκη των ενζύμων του F. oxysporum κατά την ζύμωση βοηθά σημαντικά στην απόδοση της διεργασίας. Επίσης, με την ταυτόχρονη προσθήκη ενζύμων και κυτταρικής μάζας του μύκητα, επετεύχθη τελική συγκέντρωση αιθανόλης 62 g L-1. Για να γίνει δυνατή η αξιοποίηση της ενζυμικής και μεταβολικής δράσης του F. oxysporum, σχεδιάστηκε μία ενοποιημένη διεργασία για την ταυτόχρονη εισαγωγή στη ζύμωση, καλλιέργειας του μύκητα και ξηρής ζύμης αρτοποιίας. Σε αυτή την περίπτωση η μέγιστη παραγωγή αιθανόλης ήταν 58 g L-1. Τέλος, με βάση όλα τα ανωτέρω αποτελέσματα μελετήθηκε ένα πλούσιο σε ημικυτταρίνη προκατεργασμένο άχυρο σίτου στο οποίο δεν έγινε διαχωρισμός της υγρής και της στερεής φάσης της προκατεργασίας, καθώς και η χρήση ενός πιλοτικού μίγματος θερμοενζύμων. Με αυτό το υλικό η μέγιστη παραγωγή αιθανόλης περιορίστηκε στα 35 g L-1. |
