Παραγωγή βιοαιθανόλης από προκατεργασμένα με υγρή οξείδωση στελέχη αραβοσίτου - Μπίστης, Περράκης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών. (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας, 2016)
Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας ήταν η παραγωγή βιοαιθανόλης από στελέχη αραβοσίτου τα οποία είχαν υποστεί προεπεξεργασία είτε με υγρή οξείδωση είτε με απολιγνίνωση Milox ώστε να προσδιοριστούν οι συνθήκες οι οποίες οδηγούν στην υψηλότερη παραγωγή της. Οι προκατεργασίες πραγματοποιήθηκαν από το Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΙΔΕΠ). Η υγρή οξείδωση πραγματοποιήθηκε σε θερμοκρασία 175οC, με αέρα περιεκτικότητας 40% σε Ο2, με χρήση διαλύτη H2O/(CH3)2CO (1:1), για 120 min. Η προκατεργασία αυτή πραγματοποιήθηκε σε 3 δείγματα στελεχών αραβοσίτου με μεταβολή της παραμέτρου της πίεσης (8.5, 20, 40 bar) και η τελική σύσταση της βιομάζας, σε ξηρή βάση, σε κυτταρίνη ημικυτταρίνη και λιγνίνη ήταν αντίστοιχα 66.78%, 16.95% και 12.09% για τα 8.5 bar, 71.41%, 14.65% και 8.64% για τα 20 bar και 74.63%, 13.32%Η και 7.61%Λ για τα 40 bar. Η προκατεργασία απολιγνίνωσης Milox πραγματοποιήθηκε σε πίεση 1 bar, θερμοκρασία 80οC, με χρήση διαλύτη φορμικό οξύ/ 2% Η2Ο2, για 60 min και η τελική σύσταση των στελεχών αραβοσίτου ήταν αντίστοιχα 70.08%, 8.68% και 7.23%. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μελέτη ενζυμικού φορτίου για την επιλογή της βέλτιστης συγκέντρωσης του εμπορικού ενζυμικού σκευάσματος Cellic CTec2 (9 mg/g ΞΒ) στους 50 οC με ανάδευση 180 rpm, για 72 h με 10% (w/v) συγκέντρωση στερεών. Κατά την υδρόλυση των παραπάνω δειγμάτων στελεχών αραβοσίτου, η συγκέντρωση γλυκόζης που παράχθηκε ήταν: 62.55 ± 0.74 g/L (8.5 bar), 68.93 ± 0.89 g/L (20 bar), 79.24 ± 0.22 g/L (40 bar) και 55.54 ± 1.48 g/L (Milox). Ακολούθως έγινε ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση με την προσθήκη ενός σταδίου προϋδρόλυσης 12 h, για την εύρεση της αποδοτικότερης προκατεργασίας ως προς την παραγωγή αιθανόλης. Η προϋδρόλυση έγινε με χρήση της βέλτιστης συγκέντρωσης ενζυμικού σκευάσματος που προσδιορίστηκε μέσω της μελέτης ενζυμικού φορτίου, στις ίδιες συνθήκες. Για να πραγματοποιηθεί αλκοολική ζύμωση προστέθηκε ο μικροοργανισμός S. Cerevisiae (Ethanol Red®) σε συγκέντρωση 15 mg/g ΞΒ. Η ζύμωση πραγματοποιήθηκε σε 35οC, με ανάδευση 80 rpm για 120 h. Υψηλότερη συγκέντρωση αιθανόλης σημειώθηκε στο προκατεργασμένο με υγρή οξείδωση δείγμα σε πίεση 40 bar (26.03 g/L, 61.57% απόδοση). Επομένως, το παραπάνω δείγμα επιλέχτηκε για ζύμωση μεγαλύτερης κλίμακας με στάδιο ρευστοποίησης/σακχαροποίησης σε αναμικτήρα ελεύθερης πτώσης σε συγκέντρωση στερεών 25% (w/v). Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της διάρκειας (6 και 12 h) του σταδίου ρευστοποίησης/σακχαροποίησης στην παραγωγή βιοαιθανόλης. Μεγαλύτερη παραγωγή αιθανόλης παρατηρήθηκε σε διάρκεια 12 h ρευστοποίησης/σακχαροποίησης (72.65 ± 1.44 g/L, απόδοσης 68.72%) από αυτή των 6 h (70.87 ± 0.22 g/L, απόδοσης 66.57%). Η διαφορά είναι αρκετά μικρή, επομένως η διάρκεια των 6 h είναι επαρκής για την μετέπειτα παραγωγή αιθανόλης σε υψηλές συγκεντρώσεις. Η παραγωγικότητα (1,48 g/L/h) όσο και η συγκέντρωση σε αιθανόλη (71,0 g/L) με απόδοση 67,1%, που αναφέρονται στην παρούσα εργασία είναι ανάμεσα στις υψηλότερες που συναντώνται στη διεθνή βιβλιογραφία.