Sebze saplarından (domates, biber, patlıcan) biyoetanol üretiminde enzimatik etkinliğin araştırılması

Abstract

Bu çalışma kapsamında lignoselülozik materyallerden ekonomik değeri düşük/yok olan ve hasat edildikten sonra çürümeye bırakılan veya yakılmak suretiyle yok edilirken çevreye zarar veren sebze saplarından biyoetanol üretim olanakları araştırılmıştır. Bu materyaller yüksek polisakkarit içeriğine (%65-80) haiz olup bu atık materyalin endüstriyel olarak değerlendirilmesi önem arz etmektedir. Biyoetanol üretimi fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltacağı gibi petrol bazlı yakıtların neden olduğu sera gazı emisyonu etkisini de azaltacaktır. Esasen etanol gibi bir yakıtın varlığı ve kullanılabilirliği motorun ilk üretildiği tarihten beri biliniyor olmasına rağmen çevre sorunu ve enerji krizlerinin artması ile dünyada geçtiğimiz 30 yılda, ülkemizde ise son yıllarda bu konu hakkındaki çalışmalar artmıştır. Etanolün yanması sonucu, petrol ürünlerine göre daha düşük oranlarda CO, CO2 ile yanıcı olmayan hidrokarbonlar, azot oksitler ve uçucu organik bileşiklerin oluşması bu konunun önemini daha da çok artırmaktadır.Bu çalışmada örnekler önce ön muamele işlemlerinden buhar patlatma ve öğütme işlemine, sonrasında ise kimyasallar ((%2'lik (w/v)) NaBH4, NaOH ve H2SO4) ile 30 ve 90 dk. süreyle muamele edildikten sonra enzim uygulamaları ile fermantasyon işlemine hazır hale getirilmiştir. Bu kapsamda, bu çalışma için, henüz biyoetanol üretiminde hammadde kaynağı olarak hiç araştırılmamış sebze sapları (domates, biber, patlıcan) kullanılarak biyoetanol üretim olanakları değerlendirilmiştir.Bu araştırmada bulunan sonuçlara göre; enzimatik hidrolizde en yüksek tam kuru hammaddeye oranla şeker verimi buhar patlatma yapılmış örneğin 30 dk. NaOH (%30.1) ve öğütme işlemine tabi tutulan örneğin 30 dk. NaOH (%27.4) ile mumelesi sonucunda elde edilmiştir. Bu tez araştırmasında elde edilen sonuçlara göre domates, biber ve patlıcan saplarının biyoetanol üretiminde alternatif hammadde kaynakları olabileceği ortaya konmuştur.

Increase in environmental pollution and energy dependency forces researchers to search for alternative energy resources, and bio-ethanol seems to be an effective alternative motor fuel. Compared to the petroleum based materials, bio-ethanol had lower combustion and releases lower rates of CO, CO2, non-combustible hydrocarbons, nitrogen oxides, and volatile organic compounds.The aim of this study is to investigate bio-ethanol production from vegetable stalks (tomato, pepper and eggplant). Vegetable stalks are lignocellulosic materials with no economic value burnt or left in the field after harvests leading to environmental pollution. These materials have high polysaccharide contents (%65-80), and they seem to have potential for bio-ethanol production. For the study, integrated steam explosion/dry-milling and chemical pretreatments were applied before enzymatic hydrolysis. Stalks were steam exploded at 198-200 ºC at 15 psi for 5 minutes and dry milled using mechanical grinder. Subsequently, each sample was pretreated with chemicals at a solid loading of 10% (w/v) of sodium borohydrate (NaBH4), sodium hydroxide (NaOH), and sulfuric acid (H2SO4). The chemical pretreatments were made with 2% (w/v) concentration under the temperature of 121 ºC at 15 psi for residence times of 30 and 90 min.Results showed that after enzymatic hydrolysis of Celluclast 1.5 L (700 U/g) and Novozym 188 (250 U/g) mixture, the highest sugar yields of 30.1% and 27.4% (% out of dry matter) were observed for steam exploded and milled materials respectively after they were both treated with NaOH for 30 min. According to the observed results of this thesis research, vegetable stalks make good alternative raw material for bio-ethanol production.