Μελέτη της υδροθερμικής προκατεργασίας στελεχών αραβόσιτου για την παραγωγή βιοαιθανόλης - Κοτσοβόλης, Αντώνιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV), 2015)
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη και η βελτιστοποίηση των συνθηκών υδροθερμικής προκατεργασίας Στελεχών Αραβόσιτου (Σ.Α.) και η ενζυμική υδρόλυση του προκατεργασμένου υλικού.Αρχικά, τα Σ.Α. υπέστησαν υδροθερμική προκατεργασία σε ένα πλήθος από διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, όπου ο χρόνος προκατεργασίας κυμάνθηκε μεταξύ 9 και 51 min και η θερμοκρασία ρυθμίστηκε σε τιμές μεταξύ 170 και 230oC. Οι συνθήκες της προκατεργασίας προσδιορίστηκαν με βάση τη μεθοδολογία αποκριτικών επιφανειών (RSM) όπου διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και χρόνου προκατεργασίας καθώς και ο τρόπος κατά τον οποίο αυτή η μεταξύ τους αλληλεπίδραση επηρεάζει την επιθυμητή απόκριση. Ακολούθησε υδρόλυση της προκατεργασμένων Σ.Α. με χρήση μίγματος των εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων Celluclast®1.5L και Novozyme 188 σε αναλογίες 5:1 v/v (ενεργότητα ολικής κυτταρινάσης 10 FPU/g Σ.A.) και για συγκέντρωση στερεών 3% w/v. Το μοντέλο που προέκυψε από τα πειράματα, δείχνειότι οι βέλτιστες συνθήκες προκατεργασίας προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη απελευθέρωση γλυκόζης ήταν 230οC και 15 min με μέγιστη προβλεπόμενη απελευθερούμενη γλυκόζη ίση με 7.71 g/L η οποία είναι πολύ κοντά στην πειραματική τιμή των 7.96 g/L. Αυτό το ζεύγος τιμών πλησιάζει τις τιμές της δοκιμής#2 (220 οC και 15 min) όπου το ποσοστό της απελευθερούμενης γλυκόζης βρέθηκε να είναι 7.55 g/L. Τέλος, μελετήθηκε η ικανότητα παραγωγής αιθανόλης από τα υδροθερμικά προκατεργασμένα Σ.Α. εφαρμόζοντας τη διεργασία ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης, SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation) με προϋδρόλυση. Προσδιορίστηκε η ιδανική ποσότητα ενζυμικού φορτίου (Ε.Φ) για τη βέλτιστη παραγωγή βιοαιθανόλης με ταυτόχρονο μειωμένο κόστος. Βρέθηκαν ότι τα 9 mg/g ξ.β Ε.Φ είναι η βέλτιστη ποσότητα που απαιτείται για να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ ικανοποιητικής ποσότητας προϊόντος και του κόστους παραγωγής της. Προσδιορίστηκε ότι η προσθήκη επιπλέον ποσότητας ενζύμων συντέλεσε στην αύξηση της συγκέντρωσης αιθανόλης, καθώς η παραγόμενη αιθανόλη αυξήθηκε από 14,74 g/L (9 mg/g ξ.β Ε.Φ) σε 15,07 g/L (12 mg/g ξ.β Ε.Φ) με ποσοστό δηλαδή κατά 2,2%. Για το λόγο του ότι αυτή η μικρή αύξηση στην παραγωγή δεν δικαιολογεί την αύξηση του ολικού κόστους της διεργασίας, επιλέγεται η χρήση 9 mg/g ξ.β Ε.Φ για την παραγωγή του προϊόντος.