Βελτιστοποίηση ενζυμικής σακχαροποίησης και ζύμωσης προξηραμένων διατροφικών απορριμμάτων για παραγωγή αιθανόλης 2ης γενιάς

Σαραγάς, Κωνσταντίνος; Saragas, Konstantinos

dc.contributor.author	Σαραγάς, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Saragas, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2018-10-30T12:09:51Z
dc.date.available	2018-10-30T12:09:51Z
dc.date.issued	2018-10-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47864
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15692
dc.rights	Default License
dc.subject	Ενζυμική	el
dc.subject	Σακχαροποίηση	el
dc.subject	Βιοαιθανόλη	el
dc.subject	Enzymatic	en
dc.subject	Διατροφικά απορρίματα	el
dc.subject	2ης γενιάς	el
dc.subject	2nd generation	en
dc.subject	Bioethanol	en
dc.subject	Saccharification	en
dc.subject	Food waste	en
dc.title	Βελτιστοποίηση ενζυμικής σακχαροποίησης και ζύμωσης προξηραμένων διατροφικών απορριμμάτων για παραγωγή αιθανόλης 2ης γενιάς	el
dc.title	Optimization of enzymatic saccharification and fermentation of pre-dried food waste on a laboratory scale in order to optimize the 2nd generation ethanol production process	el
dc.contributor.department	Μονάδα Περιβαλλοντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική βιοτεχνολογία	el
heal.classification	Ethanol production	en
heal.classification	Biofuels	en
heal.classification	Bioethanol	en
heal.classification	Food waste as feed	en
heal.classification	Βελτιστοποίηση χημικών διεργασιών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/eb93c1c4545684339db201dcb520a28edd9f0225
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/17363
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/17321
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/149092
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh00004756
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/1a2ad4bd48d1800dc264d02b00c079f932a28633
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-06
heal.abstract	Tη σημερινή εποχή κρίνεται αναγκαία η εύρεση τρόπων αξιοποίησης των απορριμάτων δεδομένης της συνεχόμενης αύξησής τους. Σκοπός, λοιπόν, της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποίηση της ενζυμικής σακχαροποίησης και ζύμωσης προξηραμένων διατροφικών απορριμάτων, σε εργαστηριακή κλίμακα, προκειμένου να αριστοποιηθεί η διεργασία παραγωγής αιθανόλης 2ης γενιάς. Αυτή πραγματοποιήθηκε με κριτήριο τη μεγιστοποίηση της παραγόμενης ποσότητας ελεύθερης γλυκόζης, η οποία στη συνέχεια στο στάδιο της ζύμωσης μετατρέπεται σε βιοαιθανόλη. Διερευνήθηκε η επίδραση του είδους και του ενζυμικού φορτίου τόσο αμυλολυτικών όσο και κυτταρινολυτικών ενζύμων, καθώς και της κινητικής της υδρόλυσης του αμύλου και της κυτταρίνης με χρήση των παραπάνω ενζύμων. Ως πρώτη ύλη για τις πειραματικές αναλύσεις χρησιμοποιήθηκαν προξηραμένα οικιακά βιοαπόβλητα, αφού πρώτα αλέστηκαν και στη συνέχεια χαρακτηρίστηκαν με βάση τις φυσικοχημικές τους παραμέτρους, όπως το pH, την υγρασία, τα ολικά πτητικά στερεά, τον ολικό άνθρακα, το ολικό άζωτο, τις πρωτεϊνες, τα λίπη και έλαια, τα ολικά διαλυτά στερεά και τους υδατάνθρακες (κυτταρίνη, ημικυταρίνη, ολικό άμυλο). Τα προξηραμένα οικιακά βιοαπόβλητα που χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτη ύλη στην παρούσα εργασία είχαν την ακόλουθη σύσταση: pH 4,88 ± 0,10, υγρασία 8,4 ± 0,3 % w/w, ολικά πτητικά στερεά 86,83 ± 2,60 % w/w, ολικό άνθρακα 53,36 ± 1,20% w/w, ολικό άζωτο 2,16 ± 0,03 % w/w, πρωτεϊνες 13,50 ± 0,18 % w/w, λίπη και έλαια 11,65 ± 1,50 % w/w, ολικά διαλυτά στερεά 35,01 ± 3,30 % w/w, υδατάνθρακες με μέση σύσταση 39,84 ± 3,30 % w/w, εκ των οποίων, 9,45 ± 0,20 % w/w σε κυτταρίνη, 11,91 ± 0,65 % w/w σε ημικυτταρίνη και 6,09 ± 0,30 % w/w σε ολικό άμυλο.Έπειτα, πραγματοποιήθηκε μελέτη για την διερεύνηση της επίδρασης του αμυλολυτικού σκευάσματος NS22109 και του κυτταρινολυτικού σκευάσματος NS22177 στην υδρόλυση του αμύλου και της κυτταρίνης ανίστοιχα, καθώς και μελέτη των κινητικών των υδρολύσεων αυτών. Από τη διεξαγωγή των πειραματικών αυτών αναλύσεων βρέθηκε πως η βέλτιστη δόση του αμυλολυτικού σκευάσματος NS22109 είναι τα 31 μL/g αμύλου που αντιστοιχούν σε 2,71 μL/g προξηραμένου υλικού και η αντίστοιχη του κυτταρινολυτικού σκευάσματος NS22177 είναι τα 280 μL/g κυτταρίνης που αντιστοιχούν σε 21,7 μL/g ii προξηραμένου υλικού. Ακόμα, στο πλαίσιο της μελέτης των κινητικών των υδρολύσεων παρατηρήθηκε πως ο βέλτιστος χρόνος για την υδρόλυση του αμύλου και τη χρήση του αμυλολυτικού σκευάσματος NS22109 είναι ίσος με 1h, ενώ ο αντίστοιχος για την υδρόλυση της κυτταρίνης με τη χρήση του κυτταρινολυτικού σκευάσματος NS22177 είναι ίσος με 5h. Τέλος, επιλέχθηκαν ορισμένα σενάρια για τα οποία εφαρμόσθηκαν κατάλληλα ισοζύγια μάζας και διερευνήθηκε η οικονομική αποδοτικότητά τους. Η εφαρμογή των ισοζυγίων μάζας έδειξε πως η παραγωγή αιθανόλης είναι υψηλότερη στην περίπτωση των βιοαποβλήτων απαλλαγμένων από λιπαρά, ενώ η μετατροπή των σεναρίων σε οικονομικούς όρους φανέρωσε πως η κερδοφορία του εκάστοτε σεναρίου εξαρτάται άμεσα από το είδος και τη σύσταση του βιοαποβλήτου και από τη χρησιμοποιούμενη ποσότητα ενζύμων.	el
heal.abstract	Taking into consideration the continuous increase of waste at the present time, finding ways of exploiting them and producing added value products is a matter of immense importance. The purpose of this diploma thesis was to optimize the enzymatic saccharification and fermentation of pre-dried food waste on a laboratory scale in order to optimize the 2nd generation ethanol production process. The latter was performed with the criterion of maximizing the amount of free glucose produced, which is then converted into bioethanol at the fermentation stage. The effect of the species and enzyme load of both amylolytic and cellulolytic enzymes, as well as the kinetics of the hydrolysis of starch and cellulose, was investigated using the above enzymes. Pre-dried household biowaste was used as a feedstock to enzymatic hydrolysis after grinding and characterization based on their physicochemical parameters such as pH, humidity, total volatile solids, total carbon, total nitrogen, proteins, fats and oils, total soluble solids and carbohydrates (cellulose, hemicellulose, total starch). The pre-dried household biowaste had the following characteristics: pH 4,88 ± 0,10, humidity 8,4 ± 0,3% w/w, total volatile solids 86,83 ± 2,60% w/w, total carbon 53,36 ± 1,20% w/w, total nitrogen 2,16 ± 0,03% w/w, proteins 13,50 ± 0,18% w/w, fats and oils 11,65 ± 1,50% w/w, total soluble solids 35,01 ± 3,30% w/w, carbohydrates with an average composition of 39,84 ± 3,30% w/w, of which 9,45 ± 0,20% w/w was cellulose, 11,91 ± 0,65% w/w was hemicellulose and 6,09 ± 0,30% w/w was total starch. Then, a study was conducted to investigate the effect of the NS22109 amylolytic formulation and the NS22177 cellulolytic formulation on the hydrolysis of starch and cellulose respectively. A kinetic study of the enzymatic hydrolysis was also conducted. From this experimental analysis, it was found that the optimal dose of the NS22109 amylolytic formulation was 31 μL / g of starch corresponding to 2.71 μL / g of pre-dried material and the corresponding NS22177 cellulolytic formulation was 280 μL / g of cellulose corresponding to to 21.7 μL / g of pre-dried material. Furthermore, from the hydrolysis kinetics study, it was observed that the optimal time for the starch hydrolysis with the use of the NS22109 amylolytic formulation is equal to 1h while the corresponding value for the hydrolysis of the cellulose using the cellulolytic formulation NS22177 is equal to 5h. iv Finally, some scenarios were selected for which appropriate mass balances were applied and their cost-effectiveness was investigated. It was shown that ethanol production is higher in the case of non-fatty biowaste. Furthemore, from the conversion of scenarios into economic terms, it was evident that the profitability of a scenario depends directly on the nature and composition of the bio-waste and the amount of enzyme used.	en
heal.advisorName	Λοϊζίδου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Λοϊζίδου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Χαραλάμπους, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Παπαγιαννάκος, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	155 σ.
heal.fullTextAvailability	true