Ενζυμική υδρόλυση υδροθερμικά προκατεργασμένης Βαγάσσης Σόργου με χρήση του εμπορικού σκευάσματος Cellic®CTec2

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη των συνθηκών υδροθερμικής προκατεργασίας βαγάσσης σόργου και η ενζυμική υδρόλυση του προκατεργασμένου υλικού. Το γλυκό σόργο θεωρείται εξαιρετική πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαιθανόλης, λόγω των υψηλών αποδόσεών του σε βιομάζα και του υψηλού ποσοστού άμεσα ζυμώσιμων σακχάρων (9-25%) του χυμού του. Το στερεό υπόλειμμα της εκχύλισης των σακχάρων του γλυκού σόργου, η βαγάσση σόργου (SB), είναι πλούσιο σε κυτταρίνη (40%) και ημικυτταρίνη (36%). Αρχικά η βαγάσση σόργου προκατεργάστηκε υδροθερμικά σε θερμοκρασία 180οC για 10 min παρουσία διαφορετικών συγκεντρώσεων NaΟΗ (0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 και 1.0 g/100 g βαγάσσης). Ακολούθησε υδρόλυση (α) της προκατεργασμένης βαγάσσης παρουσία της υγρής φάσης και (β) του στερεού υπολείμματος της προκατεργασίας. Η υδρόλυση έγινε με χρήση του εμπορικού σκευάσματος Cellic® CTec2 (ενεργότητα ολικής κυτταρινάσης 10 FPU/g βαγάσσης σόργου) και για συγκέντρωση υποστρώματος 8%, β/ο. Προέκυψε ότι η βέλτιστη συγκέντρωση του πρόσθετου ΝαOH είναι 1% β/β και ότι η υδρόλυση του στερεού υπολείμματος της προκατεργασίας είναι πιο αποδοτική από ότι η υδρόλυση προκατεργασμένης βαγάσσης παρουσία της υγρής φάσης. Ακολούθησε μελέτη της συνδυασμένης επίδραση του χρόνου και της θερμοκρασίας προκατεργασίας με τη βοήθεια Σύνθετου Πειραματικού Σχεδιασμού με Πλαισίωση Αστέρα (Box-Wilson Central Composite Design). Το εύρος τιμών θερμοκρασίας ήταν 157-213oC για οι χρόνοι προκατεργασίας κυμάνθηκαν από 8-22 min. Το στάδιο της ενζυμικής υδρόλυσης φαίνεται να επηρεάζεται περισσότερο από την θερμοκρασία προκατεργασίας. Τέλος πραγματοποιήθηκε «συμβατική» αλκαλική προκατεργασία της βαγάσσης σόργου στους 121oC για 30 min με διαφορετικές συγκεντρώσεις αλκάλεως (1.0, 4.0 και 10.0 g/100g βαγάσσης), ακολουθούμενη από υδρόλυση του στερεού υπολείμματος. Οι μέγιστες τιμές απελευθέρωσης συνολικών αναγωγικών ομάδων και γλυκόζης επετεύχθησαν για για συγκέντρωση ΝαΟΗ 10% β/β.

The purpose of this thesis was to study the conditions of the hydrothermal pretreatment of sorghum bagasse and the enzymatic hydrolysis of the pretreatment material. Firstly, the material was pretreated hydrothermally at the temperature of 180oC for 10 minutes in the presence of NaOH for a variation of concentrations(0, 0.2, 0.4,0.6, 0.8 και 1.0 g/100 g bagasse). Consequently there was the stage of hydrolysis of (a) the pretreated bagasse in presence of the liquid phase and (b) the dry residue of the pretreatment.The enzyme that was added in the hydrolysis was the enzyme Cellic® CTec2 (10 FPU/g bagasse) and the concentration of tthe substrate was 8%, w/v. After that the impact of the pretreatment time and the temperature was studied with the aid of Box-Wilson Central Composite Design. The range of the temperatures and the time was 157-213oC and 8-22 minutes, accordingly. Finally, a "conventional" alcalic pretreatment was carried out at 121oC for 30 minutes for different alcalic concentrations (1.0, 4.0 και 10.0 g/100g bagasse), followed by the stage of the hydrolysis of the solid residue.