Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Czy słoma może być surowcem do produkcji etanolu?
Czy słoma może być surowcem do produkcji etanolu?
Słoma, która była wykorzystywana do sączenia alkoholu dziś może być surowcem do produkcji etanolu wykorzystywanego jako dodatek do paliw. Zastosowanie grzybów cellulitycznych pozwala na rozkład celulozy zawartej w ścianach komórkowych traw i zbóż, a powstały w ten sposób hydrolizat może być z łatwością wykorzystywany przez szczepy mikroorganizmów do produkcji bioetanolu.

Wyczerpanie zasobów energetycznych to zjawisko nieuchronne. Jedyną niewiadomą pozostaje czas w którym to nastąpi. Dlatego szuka się alternatywnych źródeł, które mogłyby sprostać temu problemowi. Paliwem zastępczym mógłby być etanol. Jego kaloryczność jest prawie o połowę mniejsza od kaloryczności benzyny i jest już powszechnie stosowany. Etanol powstaje przez fermentacje cukrów prostych otrzymywanych z reguły z ziemniaków czy zbóż. Można jednak zastosować tańszy surowiec jakim jest ligninoceluloza.  Może być ona pozyskiwana z surowców, które nie są znaczące dla przemysłu spożywczego takich jak wierzba wiciowa, róża wielokwiatowa, miskant olbrzymi, rdest owiec sachaliński czy nawet słoma po żniwach. Struktura słomy oparta jest o wiązki celulozy usieciowanej cząsteczkami hemicelulozy oraz ligniny.

 

Pierwszym etapem produkcji etanolu z surowców ligninocelulozowych jest rozdrobnienie. Jest to krytyczny moment, stopień rozdrobnienia wpływa na ilość uwalnianych cukrów ,a co za tym idzie na wydajność fermentacji. Kawałki surowca o długości około 4-6 cm są mielone na cząstki o długości 0,18 mm a następnie suszone. Ligninoceluloza jest trudnym materiałem, dlatego niezbędna jest obróbka wstępna w celu wyodrębnienia amorficznej (nie krystalicznej) celulozy oraz zwiększenie porowatości struktury. Można zastosować do tego traktowanie czynnikami fizycznymi (np. mielenie), fizyko-chemicznymi (termo -hydroliza  oraz zastosowanie amoniaku), chemicznymi (zastosowanie kwasów i zasad) oraz biologicznymi. Ostatnia metoda wykorzystuje zdolność grzybów białej zgnilizny do ekspresji enzymów: peroksydazy i laktazy, które odpowiedzialne są za rozkład ligniny. Kolejnym etapem produkcji etanolu z materiałów celulozowych jest hydroliza enzymatyczna, podczas której zachodzi rozkład polisacharydów do cukrów prostych: heksoz i pentoz. Ten etap nazywany jest procesem scukrzania. Biorą w nim udział endocelulazy, rozrywające przypadkowe wiązania wewnątrz polimeru, egzocelulazy, które odczepiają cząsteczki celobiozy od końca celulozy. Następnie celobioza dzięki β-glukozydazom jest rozbijana do dwóch cząsteczek glukozy.

Oprócz cukrów sześciowęglowych, fermentacji podlegają także pięciowęglowe, dlatego wymagane jest użycie podczas fermentacji innych niż zazwyczaj szczepów mikroorganizmów. Może być to Clostridium thermocellum LQRI, który fermentuje glukozę i celobiozę, a także Rhizopus oryzae oraz Rhizomucor, które fermentują glukozę i ksylozę.  Proces technologiczny wykorzystujących surowce celulozowe różni się trochę od tradycyjnej fermentacji etanolowej. Można użyć metody SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) lub SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). System SHF jest dwuetapowym procesem, gdzie najpierw przeprowadzana jest hydroliza a następnie fermentacja. Można dzięki temu dostosować indywidualnie warunki reakcji, ale hamuje to aktywność enzymów przez nadmiar celobiozy.  Krótszym i wydajniejszym procesem jest SFF, gdzie hydroliza i fermentacja następują prawie równocześnie. Produkt w ten sposób nie hamuje aktywności enzymów, ale potrzebne są termo tolerancyjne mikroorganizmy.

Wykorzystanie ligninocelulozy jako substratu do produkcji etanolu jest jeszcze w fazie badań. Tworzone są stacje pilotowe, które mają być pierwowzorem pełnowymiarowych fabryk. Jest tu spore pole do popisu dla biotechnologów, by znaleźć najlepszą metodę obróbki materiału ligninocelulozowego. Uwolnienie amorficznej celulozy w wydajny sposób jest największym wyzwaniem, które ma wpływ na sukces tej metody.

KOMENTARZE
news

<Kwiecień 2021>

pnwtśrczptsbnd
29
31
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
17
18
20
NutraFood Poland
2021-04-20 do 2021-04-22
22
24
27
Podstawy oznaczania wilgotności
2021-04-27 do 2021-04-27
28
29
1
2
Newsletter