Αξιολόγηση της χρήσης του ενζυμικού συστήματος του fusarium oxysporum κατά τη προϋδρόλυση και τη ζύμωση του προκατεργασμένου άχυρου σίτου

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Bιοτεχνολογίας, της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου από τον Δεκέμβριο του 2012 έως και τον Δεκέμβριο του 2013. Σκοπός της εργασίας ήταν μελέτη της επίδρασης του ενζυμικού συστύματος μύκητα Fusarium oxysporum στην προυδρόλυση και στη ζήμωση του προκατεργασμένου αχύρου σίτου (PWS) για την παραγωγή αιθανόλης. Οι προυδρολύσεις έγιναν σε αντιδρασήρα υγροποίησης – προυδρόλησης ο οποίος σχεδιάστικε και κατασκευάστηκε στο εργαστήριο μας. Υπό διαφορετικές αρχικές ενεργότητες ενζύμων στους 50 βαθμούς κελσίου και σε συγκέντρωση 23% Ξηρή Μάζα (Ξ.Μ.) διαπιστώθηκε οτι η προυδρόλυση έχει την μεγαλύτερη απόδοση με 7 FPU/g Ξ.Μ εμπορικών ενζύμων Celluclast 1,5 L και Novozyme 188 στους 50 βαθμούς κελσίου. Οι προυδρολύσεις επαναλήφθηκαν στους 30 και 50 βαθμούς κελσίου με σκοπό την αντικατάσταση των εμπορίκών ενζύμων με ένζυμα του μύκητα F. oxysporum. Διαπιστώθηκε οτι τα ένζυμα του F. oxysporum μπορούν να αντικαταστήσουν μια ποσότητα εμπορικών ενζύμων.. Στο επόμενο κομμάτι της μελέτης πραγματοποιήθηκαν προυδρόλύσεις με τη χρήση ενός ενζυμικού συστήματος (Thermomix) το οποίο ήταν το αποτέλεσμα της συνεργασίας του εργαστηρίου μας με αλλα Ευρωπαικά εργαστήρια υπό το Ευρωπαικό πρόγραμμα “ High efficiency consolidated bioprocess technology for lignucellulose ethanol - HYPE ” Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ζύμωση του προϋδρολυμένου αχύρου από τα κύτταρα του μύκητα με ταυτόχρονη σακχαροποίηση της εναπομένουσας κυτταρίνης και ημικυτταρίνης υπό την παρουσία ενζύμων τον μύκητα F. oxysporum και ενζύμων Celluclast – Novozyme με σκοπό την μελέτη της δυνατότητας μείωσης της ποσότητας των ενζύμων κατά το στάδιο της προυδρόλυσης. Τα ένζυμα βοήθησαν στην περαιτέρω υδρόλυση της κυτταρίνης ώστε ο F oxysporum να έχει τη δυνατότητα να μεταβολίσει περισσότερα σάκχαρα σε αιθανόλη. Πραγματοποιήθηκαν τρεις διαφορετικές ζυμώσεις με πρώτη ύλη προυδρολυμένο άχυρο στους 55 βαθμούς κελσίου με 7 FPU/g Ξ.Μ ενζύμων Thermomix. Η πρώτη χωρίς τη προσθήκη επιπλέον εμπορικών ενζύμων σε συγκέντρωση του άχυρου 10 και 15% Ξ.Μ. που αποδείξτε την ανάγκη για προσθήκη επιπλέον ένζυμων στη ζύμωση. Η δεύτερη ζύμωση με τη χρηση ενζύμων Celluclast και του μύκητα F. oxysporum σε 10 και 15% Ξ.Μ και η τριτη με ένζυμα του F. oxysporum 3 και 5 FPU/g Ξ.Μ. και μύκητα F. Oxysporum σε 10 και 15% Ξ.Μ. Διαπιστώθηκε οτι τα ένζυμα του Fusarium oxysporum μπορούν να πρατοποιήσουν υδρόλυση ταυτόχρονα με τη ζύμωση αλλά με μικρότερη απόδοση κατά 10 με 15% από οτι τα ένζυμα Celluclast.

This thesis was carried out at the Biotechnology Laboratory, School of Chemical Engineering, National Technical University from December 2012 to December 2013. The aim was to study the effect of enzyme systymatos fungus Fusarium oxysporum in proudrolysi and zimosi the pretreated wheat straw (PWS) to produce ethanol. The proudrolyseis made to liquefy Reagents - proudrolisis who design and built in our laboratory. Under different initial enzyme activity at 50 degrees Celsius and at a concentration of 23% dry mass (X.M.) found that proudrolysi has the highest performance with 7 FPU / g X.M commercial enzymes Celluclast 1,5 L and Novozyme 188 at 50 degrees Celsius. The proudrolyseis repeated at 30 and 50 degrees Celsius to replace commercial enzymes with enzymes of the fungus F. oxysporum. Found that enzymes of F. oxysporum can replace a quantity commercial enzymes .. In the next part of the study were proudrolyseis using an enzyme system (Thermomix) which was the result of the collaboration of our laboratory with other European laboratories under the European program "High efficiency consolidated bioprocess technology for lignucellulose ethanol - HYPE" Then fermentation was proudrolymenou straw from the fungal cells with simultaneous saccharification of cellulose and hemicellulose remaining in the presence of enzymes in fungus F. oxysporum and enzymes Celluclast - Novozyme order to study the possibility of reducing the amount of enzymes during the proudrolysis. Enzymes helped further hydrolysis of cellulose to the F oxysporum be able to metabolize more sugars to ethanol. Three different fermentation feedstocks proudrolymeno straw at 55 degrees Celsius with 7 FPU / g enzyme X.M Thermomix. The first without the addition of additional commercial enzymes at a concentration of straw 10 and 15% X.M. Prove that the need for adding additional enzymes in fermentation. The second fermentation using enzymes Celluclast and the fungus F. oxysporum in 10 and 15% X.M and the third enzyme of F. oxysporum 3 and 5 FPU / g X.M. and fungus F. Oxysporum at 10 and 15% X.M. Found that enzymes of Fusarium oxysporum may pratopoiisoun hydrolysis simultaneously with fermentation but with less efficiency by 10 to 15% of the enzymes that Celluclast.