Ανάπτυξη βιοδιεργασίας παραγωγής ηλεκτρικού οξέος και βιοαιθανόλης από απόβλητα παρασκευής χυμών πορτοκαλιού

Abstract

Στην παρούσα εργαστηριακή πτυχιακή εργασία, στόχος ήταν η παραγωγή ηλεκτρικού οξέος από τον μεταβολισμό του μικροοργανισμού Actinobacillus succinogenes, αφού πραγματοποιήθηκε ζύμωση σακχάρων, τα οποία εμπεριέχονται στις φλούδες πορτοκαλιών τύπου «μάντορες». Επίσης στόχος ήταν η παραγωγή βιοαιθανόλης από τον μεταβολισμό των μικροοργανισμών Pichia kudriavzevii KVMP10, Saccharomyces cerevisiae και Kluyveromyces marxianus. Για την παραγωγή βιοαιθανόλης πραγματοποιήθηκε επίσης ζύμωση σακχάρων, τα οποία εξάχθηκαν από φλούδα πορτοκαλιού. Για την πραγματοποίηση της παραγωγής των δύο πιο πάνω προϊόντων, ακολουθήθηκε σειρά φυσικοχημικών διεργασιών ώστε να απομακρυνθούν από τα πορτοκάλια, τα αιθέρια έλαια (Δ-λιμονένιο) και η πηκτίνη. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν όξινη και ενζυμική υδρόλυση, ώστε να γίνει διάσπαση των πολυσακχαριτών ημικυτταρίνης και κυτταρίνης, οι οποίοι εμπεριέχονται στην φλούδα πορτοκαλιού, σε μονοσακχαρίτες και έπειτα πραγματοποιήθηκαν ζυμώσεις, μέσω των οποίων παράχθηκε το ηλεκτρικό οξύ και η βιοαιθανόλη. Συγκεκριμένα έγινε βελτιστοποίηση των συνθηκών ενζυμικής υδρόλυσης με κριτήριο την απελευθέρωση συνολικών σακχάρων από τις φλούδες πορτοκαλιών. Χρησιμοποιήθηκαν τα ένζυμα κυτταρινάσες και β-γλυκοσιδάσες σε συνδυασμό 20 και 30 ενζυμικών μονάδων κυτταρινάσων (IU) με 25, 35 και 50 ενζυμικών μονάδων β- γλυκοσιδάσων (BGL) αντίστοιχα. Ακολούθως, κάνοντας χρήση των βέλτιστων συνθηκών ενζυμικής υδρόλυσης πραγματοποιήθηκαν ζυμώσεις για παραγωγή ηλεκτρικού οξέος και βιοαιθανόλης, από τις οποίες σκοπός ήταν να μελετηθεί η παραγωγή ηλεκτρικού οξέος από τον μικροοργανισμό Actinobacillus succinogenes, και να βρεθεί ο αποδοτικότερος μικροοργανισμός μεταξύ των Pichia kudriavzevii KVMP10, Saccharomyces cerevisiae και Kluyveromyces marxianus για παραγωγή βιοαιθανόλης. Τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης συνθηκών της ενζυμικής υδρόλυσης στην παρούσα μελέτη έδειξαν πως με την χρήση ενζύμων 30 IU κυτταρινάσες και 25 BGL β- γλυκοσιδάσες ελευθερώνονται 29 g/L σάκχαρα με απόδοση 0.58 gts/gdrm• Έπειτα πραγματοποιώντας ζύμωση μέσω του μικροοργανισμού Actinobacillus succinogenes, παράγεται ηλεκτρικό οξύ σε συγκέντρωση 8.25 g/L και απόδοση 0.70 gsa/gts. Τέλος για τις ίδιες συνθήκες ενζυμικής υδρόλυσης πραγματοποιηθήκαν ζυμώσεις για παραγωγή βιοαιθανόλης, στις οποίες έχει δειχθεί πως ο μικροοργανισμός Pichia kudriavzevii KVMP10 με πολύ λίγη διαφορά από τον Kluyveromyces marxianus μέσω του μεταβολισμού του μπορεί να παράξει 7g/L βιοαιθανόλη με απόδοση 0.5 get/gts, ενώ πειράματα με προσομοιωμένο υδρόλυμα από φλούδες πορτοκαλιών παρουσιάζουν τον μικροοργανισμό Pichia kudriavzevii KVMP10 να παράγει βιοαιθανόλη σε συγκέντρωση 31.5 g/L και 0.35 get/gts απόδοση. Επομένως προκύπτει το συμπέρασμα, ότι η μέθοδος επεξεργασίας φλούδων εσπεριδοειδών με όξινη και ενζυμική υδρόλυση, απελευθερώνει από τις φλούδες υψηλές συγκεντρώσεις σακχάρων. Έτσι, στις ζυμώσεις υπάρχουν υψηλές διαθέσιμες ποσότητες υποστρωμάτων, με αποτέλεσμα να παράγονται υψηλότερες συγκεντρώσεις ηλεκτρικού οξέος και βιοαιθανόλης σε σχέση με προηγούμενα πειράματα όπου πραγματοποιήθηκε επεξεργασία των φλούδων μόνο με όξινη υδρόλυση. Συγκεκριμένα η απόδοση όξινης υδρόλυσης είναι 0.33 gts/grm, ενώ η απόδοση μετά από ενζυμική υδρόλυση φτάνει τα 0.58 gts/gdrm (Patsalou et al. 2017, μη δημοσιευμένο).