Μελέτη της ενζυμικής μετατροπής της λιγνινοκυτταρινούχου βιομάζας σε φρουκτόζη [article]

Pinelopi Champesi, National Technological University Of Athens
2020
Μελέτη της ενζυμικής μετατροπής της λιγνινοκυτταρινούχου βιομάζας σε φρουκτόζη Χαμπεσή Πηνελόπη Επιβλέπων καθηγητής Τόπακας Ευάγγελος, Αναπληρωτής Καθηγητής Ε.Μ.Π ΑΘΗΝΑ 2020 Ευχαριστίες Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Βιοτεχνολογίας της σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Αρχικά, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον αναπληρωτή καθηγητή του Ε.Μ.Π, κύριο Ευάγγελο Τόπακα, που με εμπιστεύτηκε και μου ανέθεσε ένα τόσο ενδιαφέρον και καινοτόμο θέμα για να
more » ... ο θέμα για να κλείσω τον κύκλο των σπουδών μου στη σχολή. Το ευρύ φάσμα γνώσεων του αλλά και η ερευνητική του δράση στον τομέα της Βιοτεχνολογίας αποτελούν ένα παράδειγμα προς μίμηση για όλους τους ακαδημαϊκούς. Συνεχίζοντας, οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ στον υποψήφιο διδάκτορα του Ε.Μ.Π, Γρηγόριο Δέδε, που με στήριξε καθ΄όλη τη διάρκεια της παραμονής μου στο εργαστήριο. Το συνεχές ενδιαφέρον του, η μεθοδικότητά του αλλά και οι πολύτιμες γνώσεις που μου μετέδωσε, με βοήθησαν στην ολοκλήρωση της συγγραφής της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Θα ήθελα να τον ευχαριστήσω για την προθυμία του να μου λύσει τυχόν απορίες που είχα και που συνέβαλε σημαντικά στη δημιουργία ενός φιλικού και ευχάριστου περιβάλλοντος. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω τα μέλη του εργαστηρίου της Βιοτεχνολογίας για το όμορφο κλίμα συνεργασίας που δημιούργησαν και την βοήθεια που μου προσέφεραν κατά την εκπόνηση της διπλωματικής μου εργασίας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου, Κωνσταντίνο και Σοφία, την αδερφή μου, Βασιλική, αλλά και το κοντινό μου φιλικό περιβάλλον, για τη συνεχή στήριξη που μου παρείχαν όλα τα χρόνια των σπουδών μου στο Ε.Μ.Π. Χωρίς την διαρκή συμπαράστασή τους και τις όμορφες στιγμές που μου χάρισαν, η φοιτητική μου ζωή δε θα ήταν το ίδιο. Αφιερωμένη στους γονείς μου και την αδερφή μου Περίληψη Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της παραγωγής φρουκτόζης από λινγινοκυτταρινούχο βιομάζα με διαφορετικές συστάσεις κυτταρίνης. Σε πρώτο στάδιο, μελετήθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες ενζυμικής υδρόλυσης της λιγνινοκυτταρινούχου βιομάζας. Για την μελέτη αυτή έγιναν δύο σειρές πειραμάτων σε καθαρή πηγή κυτταρίνης σε ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και pH. Η πρώτη σειρά ήταν για διαφορετικό ενζυμικό φορτίο, από 5 έως 30 mg/g DM, και σταθερή συγκέντρωση στερεών (10% w/w), ενώ η δεύτερη για σταθερό ενζυμικό φορτίο (15 mg/g DM) και διαφορετική συγκέντρωση στερεών, από 6% w/w έως 16% w/w. Από τα παραπάνω πειράματα, η μεγαλύτερη τιμή που προέκυψε για την γλυκόζη ήταν 100.3 g/L για το ενζυμικό φορτίο 30 mg/g DM, όμως από τις αποδόσεις και την τιμή του ενζύμου θεωρήθηκε ως βέλτιστη τιμή ενζυμικού φορτίου η 15 mg/g DM. Όσον αφορά τη δεύτερη σειρά υδρολύσεων, η μέγιστη μετατροπή κυτταρίνης σε γλυκόζη βρέθηκε να είναι 72.9% και προέκυψε για 10% w/w συγκέντρωση στερεών με 15 mg/g DM συγκέντρωση ενζύμου . Ακολούθησαν πειράματα υδρόλυσης σε λιγνινοκυτταρινούχο βιομάζα διαφορετικής περιεκτικότητας σε κυτταρίνη, στις βέλτιστες συνθήκες που βρέθηκαν από την προηγούμενη μελέτη. Η μεγαλύτερη μετατροπή κυτταρίνης σε γλυκόζη προέκυψε για το υλικό Νο.17, που περιείχε κυτταρίνη σε ποσοστό 68.99% και επιτεύχθηκε μετατροπή ποσοστού 93.3% αλλά και το υλικό Νο.18, που περιείχε κυτταρίνη σε ποσοστό 76.6%, και επιτεύχθηκε μετατροπή ποσοστού 92.8%. Ωστόσο, καλύτερο όλων των υλικών θεωρήθηκε το Νο.25 διότι το ποσοστό κυτταρίνης που περιείχε ήταν περισσότερο από τα δύο παραπάνω υλικά (81.3%) και η μετατροπή της κυτταρίνης σε γλυκόζη που επιτεύχθηκε ήταν 84.3%. Όσον αφορά τα υλικά που είχαν υποστεί υδροθερμική προκατεργασία με 0.3% v/v οξικό οξύ (CH3COOH) και προκατεργασία με μίγμα ακετόνη-νερό σε θερμοκρασία 220 ο C για 15 min, με νερό στους 170 ο C για 180 min και με νερό στους 220 ο C για 15 min δεν υδρολύθηκαν σε μεγάλο βαθμό, το οποίο θα μπορούσε να αποδοθεί στον τύπο προκατεργασίας που είχαν υποβληθεί. Abstract The aim of this diploma thesis is to examine the production of fructose from lignocellulosic biomass with different cellulose compositions. At first, two series of experiments were performed on pure cellulose source in order to find the optimum conditions for enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass. The first series was for different enzyme concentrations, from 5 to 30 mg/g DM, and specific solids concentration (10% w/w), while the second one was for specific enzyme concentration (15 mg/g DM) and different solids concentrations, from 6% w/w to 16% w/w. From the above experiments, the highest glucose concentration was 100.3 g/L for the enzyme concentration 30 mg/g DM. However, based on the hydrolysis yield and the cost of the enzyme, it is considered that the best enzyme concentration is 15 mg/g DM. For the second series, the maximum conversion of cellulose to glucose was found to be 72.9% and achieved when solids concentration was 10% w/w and enzyme concentration was 15 mg/g DM.
doi:10.26240/heal.ntua.18891 fatcat:bsobfchxorerlfvrpuay4kdlwi