Mısır koçanı asidik hidroliz kinetiği ve pichia stipitis ve candida shehatae mayaları ile D-ksilozdan etanol eldesi

Abstract

MISIR KOCAM ASİDİK HİDROLİZ KİNETİĞİ VEPİCHIA STIP1T1S VE CANDIM SHEHATAE MAYALARI İLE D-KSİLOZDAN ETANOL ELDESİ ( Yüksek Lisans Tev) Güneş DİLMAÇ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ağustos 1997 ÖZET Biyokütlenin hemiselüloz fraksiyonu, birçok orman ve tarım atıklarının karbonhidrat ve lignin içeriğinin % 10-40'nı oluşturur. Esas olarak pentozanlann ( Ksilan ) ve heksozların bir polimeri öten hemiselüloz, monomerleri öten ksiloz ve glikoz şekerlerine ılımlı sıcaklıklarda seyrettik asit hidrolizi ile indirgenebilir. Bu çalışmanın ilk bölümünde, özellikle mısır koçanlarının asidik hidrolizi için uygulanabilecek bir kinetik model geliştirilmiştir. Reaksiyon kinetiği, hemisetülozun iki fraksiyonun paralel hidrolizinin, ksilozun ayrışması ile takip edildiği bir model ile ifade edilmiştir. 98-130° C'da, 0.2-0.6 N H2S04 kapsayan şartlardaki kesikli reaktör verisinden kinetik paremetler belirlenmiştir. Her üç reaksiyon basamağında birinci dereceden olduğu görülmüştür. İlgili hız sabitleri Arrhenius eşitliğindeki frekans faktörüne bir asit konsantrasyonu (Ac) teriminin eklenmesiyle sıcaklık ve asit konsantrasyonu cinsinden ifade edilmiştir. Deney ve model sonuçları, tatminkar bir uyum içindedir. Çalışmanın ikinci bölümünde D-ksilozdan Pichia siipitis ve Candida shehatae mayalan ile etanol eldesi incelenmiştir. Sallamak su banyosundaki kaplarda yapılan fermantasyon deneylerinde, sallama hızı, başlangıç ksiloz konsantrastonu, fermantasyon ortamının hacmi gibi parametrelerin etanol verimine etkisi incelenmiştir. Pichia stipitis mayası için elde edilen en yüksek etanol verimi 0.47 gg`1, bu verimdeki volumetrik üretim hızı ise 0.22 gl-1 st-1 'dir. Candida shehatae için en yüksek verim 0.48 gg`1, bu verimdeki volumetrik üretim hızı 0.161 gr1 st`1 ' dir. Bu mayalar ite fermantasyon ite ilgili bazı kinetik parametreler de hesaplanmıştır. Bilim Kodu : 603.02.01 Anahtar Kelimeler: Asidik hidroliz, mısır koçanı, etanol Sayfa Adedi : 135 Tez Yöneticisi : Doc.Dr. Nurdan SARAÇOĞLU

n KINETICS OF ACIDIC HYDROLSIS OF CORN COB AND ETHANOL PRODUCTION FROM D-XYLOSE USING PICHIA STIPITISAND CANDIDA SHEHATAE YEASTS ( M.ScThesis ) Güneş DİLMAÇ GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY August 1997 ABSTRACT The hemicellulose fraction of biomass accounts for 10-40 % of carbonhydratc and lignin content of various forestry and agricultural residues. Hemicellulose which is primarily a polymer of pentoses (xylan) and hexoses can be reduced to manomeric sugars xylose and glucose by dilute acid hydrolysis at modernle temperatures. At the first part of this study, a kinetic model which is specifically applicable for the acid hydrolysis of corn cob was developed. Reaction kinetic was represented by a kinetic model which involues the two paralel acidic hydrolysis steps of two fragments in hemicellulose followed by decomposition of xylose, The kinetic parameters were determined from experimental batch reactor data covering conditions of 98-130°C and 0.2-0.6 N H2SO4. The reactions were found to be of first order. The respective rate constants were correlated with temperature and acid concentration using the Arrhenius equation with the addition of an acid term in the preexponential factor. The experimental and model results were in a satisfactory agreement At the second part of this work, the ethanol fermentation from D-xylose using Pichia stipitis and Candida shehatae was investigated. At fermentation experiments done in shahing flasks, the effects of parameters such as initial xylose concenration, shaking rate, volume of fermentation medium on ethanol yield were examined. For Pichia stipitis yeast, the maximum ethanol yield was 0.47 gg`1 and the respective volumetric production rate was 0.22 g^hr`1. For Candida shehatae, maximum yield obtained was 0.48 gg`1 and the correspording volumetric production rate was 0.161 gT'hr`1. Some kinetic parameters related with the fermentation by these two yeasts were also calculated. Science Code : 603.02.01 KeyWords : Asidic Hydrolysis, Corn Cobs, Ethanol. Page Number : 135 Thesis Supervisior : Assoc. Prof. Nurdan SARAÇO?LU