Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec Ve Teknolojileri

**CeReN** · 11 Aralık 2021, 10:45

Farkli hammaddelerden biyoetanol uretiminde yer alan islemler, on aritma, hidroliz, fermantasyon ve etanol geri kazanimini icerir. Bu yazida biyoetanol uretiminde fermantasyon surecleri, fermantasyon teknolojileri ve biyoetanol uretimini etkileyen faktorler hakkinda bilgiler yer almaktadir.

Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surecleri
Bu, hidroliz adimindan elde edilen sekerlerin monomerik birimlerinin maya, mantar veya bakteri gibi mikroorganizmalar kullanilarak etanol, asitler ve gazlara donusturulmesini iceren biyolojik bir islemdir. Saccharomyces cerevisiae yuksek etanol verimi ve yuksek tolerans limitleri nedeniyle en sIk kullanilan mikroorganizma ozellikle mayadir. Saccharomyces cerevisiae selulozun hidrolizinden elde edilebilen glikoz, mannoz veya fruktozu etanole donustururken, hemiselulozun hidrolizinden elde edilen ksilan ksiloza donusturulebilir. Basit sekerlerin fermentasyonunda kullanilan farkli mikroorganizmalarin bazi ornekleri ve bunlarin degisen calisma kosullarinda ilgili etanol verimleri vardir.

Fermantasyon Teknolojileri
Monomerik seker birimlerinin etanole fermantasyonu icin kullanilan teknolojiler arasinda ayri hidroliz ve fermantasyon, es zamanli sakarifikasyon ve fermentasyon (SSF), es zamanli sakarifikasyon ve birlikte fermantasyon (SSCF) yaygin olarak kullanilir. Ayrica izotermal olmayan eszamanli sakarifikasyon ve fermantasyon, es zamanli sakarifikasyon, filtrasyon ve fermantasyon, konsolide biyo islemede kullanilir. Diger fermantasyon turleri arasinda kesIkli, kesIkli besleme, surekli ve kati hal fermantasyonu bulunurken bu fermantasyon yontemlerinden bazilari asagida gibidir:
• Toplu fermantasyon sureci
Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec ve TeknolojileriBu, bir dizi urun icin esnek, kontrolu kolay ve cok damarli oldugu icin fermantasyon islemlerinin en basitidir. Islem, substratlarin, mikroorganizmanin, kultur ortaminin ve besin maddelerinin, islemin baslangicinda kapali bir sistemde, uygun kosullar altinda onceden belirlenmis bir zamanda eklenmesini icerir. Urunler sadece fermantasyon suresinin sonunda geri cekilir. Bu tip fermantasyon prosesi ile ilgili problemler, dusuk verim, uzun fermantasyon suresi ve yuksek iscilik maliyetidir, bu da kesIkli prosesi ticari biyoetanol uretimi icin cekici bulmamaktadir. Ayrica, fermentasyon ortamindaki yuksek seker konsantrasyonu nedeniyle, hucre buyumesinin ve etanol uretiminin inhibisyonuna yol acan substrat inhibisyonu olabilir.
• Surekli fermantasyon sureci
Bu islem, aktif mikroorganizmalar iceren bir fermentore substratlar, kultur ortami, besinlerin eklenmesini ve urunlerin surekli olarak geri cekilmesini icerir. Elde edilen urunler genellikle etanol, hucreler ve artik sekerdir. Surekli fermantasyon prosesinin avantajlari, yuksek uretkenlik, kucuk fermentor hacimleri, dusuk yatirim ve isletme maliyetidir. Dezavantajlar arasinda urun kontaminasyonu olasiligi ve uzun ekim suresi nedeniyle etanol uretimini desteklemek icin maya kapasitesindeki potansiyel dusus yer alir.
• Fed-batch fermantasyon sureci
Bu, ortami cikarmadan substratin fermentore yuklenmesini iceren toplu ve surekli fermantasyon islemlerinin birlesimidir. Diger fermantasyon prosesleriyle karsilastirildiginda, kesIkli besleme prosesi daha yuksek uretkenlige, ortamda daha fazla cozunmus oksijene, daha kisa fermantasyon suresine ve ortamin daha dusuk toksIk etkisine sahiptir. Dezavantaji, etanol uretkenliginin hucre kutlesi konsantrasyonu ve besleme hiziyla sinirli olmasidir.
• Ayri hidroliz ve fermantasyon (SHF)
Enzimatik hidroliz, enzimlerin yuksek sicaklikta calismasina ve fermentasyon mikroorganizmalarinin optimum performans icin orta sicaklikta calismasina izin vererek fermentasyondan ayrilir. Hidrolitik enzimler ve fermentasyon organizmalari optimum kosullarda calistiklari icin etanol veriminin yuksek olmasi beklenir. SHF’nin dezavantajlari, ozellikle iki reaktor gerektiginden yuksek sermaye maliyeti, yuksek reaksiyon suresi gerektirmesi ve hidroliz adimi sirasinda salinan sekerler tarafindan selulaz aktivitelerinin sinirlandirilmasi olasiligidir.
• Eszamanli sekerleme ve fermantasyon (SSF)
Burada selulozun sakarifikasyonu ve monomerik sekerlerin fermantasyonu ayni reaktorde ayni anda gerceklestirilir. Hidrolizat ayni anda fermentasyon icin kullanildigindan, selulaz aktivitelerinin olagan inhibisyonundan kacinilabilir. SSF’nin dezavantaji, sirasiyla hidroliz ve fermentasyon sirasinda selulazin ve mikroorganizmalarin verimli performansi icin gereken optimum sicakliktaki degisIkliktir. Selulazin hidroliz icin ihtiyac duydugu yuksek sicaklik, fermantasyon icin kullanilan maya gibi mikroorganizmalari azaltabilir.
• Eszamanli sekere donusturme ve birlikte fermantasyon (SSCF)
Bu, hidroliz ve sakarifikasyonun pentoz sekerlerinin birlikte fermantasyonu ile ayni unitede gerceklestirilmesini icerir. Genellikle genetigi degistirilmis Saccharomyces cerevisiae ksilozu fermente edebilen suslar normalden beri kullanilmaktadir. Saccharomyces cerevisiae pentoz sekerini fermente edemez. SSF gibi, SSCF de daha dusuk maliyet, daha yuksek etanol verimi ve daha kisa islem suresi avantajlarina sahiptir. Ek olarak SSCF, enzimatik hidrolitik islem sirasinda sekerlerin neden oldugu inhibisyonu en aza indirmeye yardimci olur ve mikroorganizmalarin cogu ksiloz tukettigi icin ksilozun glikoz konsantrasyon oranini arttirir.
• Konsolide biyolojik isleme (CBP)
Bunun icin enzim uretimi, hidroliz ve fermantasyonun tek bir unitede gerceklesmesi gerekir. Bu surecte en cok kullanilan mikroorganizma,Clostridium termosellum cunku lignoselulozu monomerik sekerlere indirgeyen ve etanol ureten selulaz sentezleme kapasitesine sahiptir. CBP henuz baslangic asamasinda olmasina ragmen, daha az enerji yogun, daha ucuz enzim maliyeti, dusuk yatirim maliyeti ve daha az kontaminasyon olasiligi olarak avantajlar tespit edilmistir.

Biyoetanol Uretimini Etkileyen Faktorler
Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec ve TeknolojileriBiyoetanol uretimini etkileyen faktorler arasinda sicaklik, seker konsantrasyonu, pH, fermantasyon suresi, calkalama hizi ve inokulum boyutu yer alir. Yuksek sicaklik enzimleri denature edebilir ve aktivitelerini azaltabilir. Biyokutlenin fermantasyonu icin ideal sicaklik 20–35 o C ve uretiminin optimum verimi, 150 g/L’lik bir konsantrasyon kullanilarak elde edilebilir. Et suyunun pH’i ayrica biyoetanol uretimini de etkiler cunku bakteri kontaminasyonu, maya buyumesi, fermantasyon hizi ve yan urun olusumu uzerinde etkilidir. Biyokutlenin fermantasyonu icin optimum pH araligi Saccharomyces cerevisiae 4.0–5.0’dir. PH 4.0’dan dusuk oldugunda, daha uzun bir inkubasyon suresi gerekir ve 5.0’in uzerinde bir pH’ta etanol konsantrasyonu onemli olcude azalir. Biyoetanol verimini optimize etmek icin dikkate alinmasi gereken bir diger faktor de calkalama hizidir. Calkalama hizi ne kadar yuksek olursa, uretilen etanol miktari da o kadar yuksek olur. Maya hucrelerinin kullanildigi fermantasyon icin yaygin olarak kullanilan karistirma hizi 150-200 rpm’dir ve asiri ajitasyon hizi, hucrelerin metabolik aktivitelerini sinirlayabilir.
Sonucta kuresel olarak uretilen biyoetanol miktari artmakta ve 2018’de 110 milyar litreyken 2022’de 140 milyar litre olabilir ve gunumuzde en yuksek ureticiler ABD ve Brezilya’dir. Bu ulkeler sirasiyla misir ve seker kamisindan biyoetanol (1G biyoetanol) uretir. Hammaddelerin %40-70 katkisiyla yuksek uretim maliyeti nedeniyle, sirasiyla 2G, 3G ve 4G biyoetanol uretimine yol acan diger hammadde kaynaklari dusunulmektedir. Lignoselulozik biyokutleyi biyoetanole donusturmenin yuksek maliyeti, 1G biyoetanol ile karsilastirildiginda rotayi hala cekici kilmaz. 2G biyoetanol, toplam biyoetanol uretiminin %3’unden daha azini olusturur ve 1G biyoetanol ile karsilastirildiginda daha yuksek bir sera gazi azaltma potansiyeline sahiptir. Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec ve TeknolojileriBiyoetanol verimini artirmak ve uretim maliyetini en aza indirmek icin SHCF, SCCF ve CBP gibi entegre sureclerle farkli surecler birlestirilebilir.
Biyoetanol uretiminin LCA’sina dayali olarak, cevresel etkiler hammadde mevcudiyetine ve bunlari biyoetanole donusturmek icin kullanilan teknolojiye baglidir.

ALİNTİ ~

11 Aralık 2021, 10:45	#1
CeReN Webmaster	Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec Ve Teknolojileri Farkli hammaddelerden biyoetanol uretiminde yer alan islemler, on aritma, hidroliz, fermantasyon ve etanol geri kazanimini icerir. Bu yazida biyoetanol uretiminde fermantasyon surecleri, fermantasyon teknolojileri ve biyoetanol uretimini etkileyen faktorler hakkinda bilgiler yer almaktadir. Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surecleri Bu, hidroliz adimindan elde edilen sekerlerin monomerik birimlerinin maya, mantar veya bakteri gibi mikroorganizmalar kullanilarak etanol, asitler ve gazlara donusturulmesini iceren biyolojik bir islemdir. Saccharomyces cerevisiae yuksek etanol verimi ve yuksek tolerans limitleri nedeniyle en sIk kullanilan mikroorganizma ozellikle mayadir. Saccharomyces cerevisiae selulozun hidrolizinden elde edilebilen glikoz, mannoz veya fruktozu etanole donustururken, hemiselulozun hidrolizinden elde edilen ksilan ksiloza donusturulebilir. Basit sekerlerin fermentasyonunda kullanilan farkli mikroorganizmalarin bazi ornekleri ve bunlarin degisen calisma kosullarinda ilgili etanol verimleri vardir. Fermantasyon Teknolojileri Monomerik seker birimlerinin etanole fermantasyonu icin kullanilan teknolojiler arasinda ayri hidroliz ve fermantasyon, es zamanli sakarifikasyon ve fermentasyon (SSF), es zamanli sakarifikasyon ve birlikte fermantasyon (SSCF) yaygin olarak kullanilir. Ayrica izotermal olmayan eszamanli sakarifikasyon ve fermantasyon, es zamanli sakarifikasyon, filtrasyon ve fermantasyon, konsolide biyo islemede kullanilir. Diger fermantasyon turleri arasinda kesIkli, kesIkli besleme, surekli ve kati hal fermantasyonu bulunurken bu fermantasyon yontemlerinden bazilari asagida gibidir: • Toplu fermantasyon sureci Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec ve TeknolojileriBu, bir dizi urun icin esnek, kontrolu kolay ve cok damarli oldugu icin fermantasyon islemlerinin en basitidir. Islem, substratlarin, mikroorganizmanin, kultur ortaminin ve besin maddelerinin, islemin baslangicinda kapali bir sistemde, uygun kosullar altinda onceden belirlenmis bir zamanda eklenmesini icerir. Urunler sadece fermantasyon suresinin sonunda geri cekilir. Bu tip fermantasyon prosesi ile ilgili problemler, dusuk verim, uzun fermantasyon suresi ve yuksek iscilik maliyetidir, bu da kesIkli prosesi ticari biyoetanol uretimi icin cekici bulmamaktadir. Ayrica, fermentasyon ortamindaki yuksek seker konsantrasyonu nedeniyle, hucre buyumesinin ve etanol uretiminin inhibisyonuna yol acan substrat inhibisyonu olabilir. • Surekli fermantasyon sureci Bu islem, aktif mikroorganizmalar iceren bir fermentore substratlar, kultur ortami, besinlerin eklenmesini ve urunlerin surekli olarak geri cekilmesini icerir. Elde edilen urunler genellikle etanol, hucreler ve artik sekerdir. Surekli fermantasyon prosesinin avantajlari, yuksek uretkenlik, kucuk fermentor hacimleri, dusuk yatirim ve isletme maliyetidir. Dezavantajlar arasinda urun kontaminasyonu olasiligi ve uzun ekim suresi nedeniyle etanol uretimini desteklemek icin maya kapasitesindeki potansiyel dusus yer alir. • Fed-batch fermantasyon sureci Bu, ortami cikarmadan substratin fermentore yuklenmesini iceren toplu ve surekli fermantasyon islemlerinin birlesimidir. Diger fermantasyon prosesleriyle karsilastirildiginda, kesIkli besleme prosesi daha yuksek uretkenlige, ortamda daha fazla cozunmus oksijene, daha kisa fermantasyon suresine ve ortamin daha dusuk toksIk etkisine sahiptir. Dezavantaji, etanol uretkenliginin hucre kutlesi konsantrasyonu ve besleme hiziyla sinirli olmasidir. • Ayri hidroliz ve fermantasyon (SHF) Enzimatik hidroliz, enzimlerin yuksek sicaklikta calismasina ve fermentasyon mikroorganizmalarinin optimum performans icin orta sicaklikta calismasina izin vererek fermentasyondan ayrilir. Hidrolitik enzimler ve fermentasyon organizmalari optimum kosullarda calistiklari icin etanol veriminin yuksek olmasi beklenir. SHF’nin dezavantajlari, ozellikle iki reaktor gerektiginden yuksek sermaye maliyeti, yuksek reaksiyon suresi gerektirmesi ve hidroliz adimi sirasinda salinan sekerler tarafindan selulaz aktivitelerinin sinirlandirilmasi olasiligidir. • Eszamanli sekerleme ve fermantasyon (SSF) Burada selulozun sakarifikasyonu ve monomerik sekerlerin fermantasyonu ayni reaktorde ayni anda gerceklestirilir. Hidrolizat ayni anda fermentasyon icin kullanildigindan, selulaz aktivitelerinin olagan inhibisyonundan kacinilabilir. SSF’nin dezavantaji, sirasiyla hidroliz ve fermentasyon sirasinda selulazin ve mikroorganizmalarin verimli performansi icin gereken optimum sicakliktaki degisIkliktir. Selulazin hidroliz icin ihtiyac duydugu yuksek sicaklik, fermantasyon icin kullanilan maya gibi mikroorganizmalari azaltabilir. • Eszamanli sekere donusturme ve birlikte fermantasyon (SSCF) Bu, hidroliz ve sakarifikasyonun pentoz sekerlerinin birlikte fermantasyonu ile ayni unitede gerceklestirilmesini icerir. Genellikle genetigi degistirilmis Saccharomyces cerevisiae ksilozu fermente edebilen suslar normalden beri kullanilmaktadir. Saccharomyces cerevisiae pentoz sekerini fermente edemez. SSF gibi, SSCF de daha dusuk maliyet, daha yuksek etanol verimi ve daha kisa islem suresi avantajlarina sahiptir. Ek olarak SSCF, enzimatik hidrolitik islem sirasinda sekerlerin neden oldugu inhibisyonu en aza indirmeye yardimci olur ve mikroorganizmalarin cogu ksiloz tukettigi icin ksilozun glikoz konsantrasyon oranini arttirir. • Konsolide biyolojik isleme (CBP) Bunun icin enzim uretimi, hidroliz ve fermantasyonun tek bir unitede gerceklesmesi gerekir. Bu surecte en cok kullanilan mikroorganizma,Clostridium termosellum cunku lignoselulozu monomerik sekerlere indirgeyen ve etanol ureten selulaz sentezleme kapasitesine sahiptir. CBP henuz baslangic asamasinda olmasina ragmen, daha az enerji yogun, daha ucuz enzim maliyeti, dusuk yatirim maliyeti ve daha az kontaminasyon olasiligi olarak avantajlar tespit edilmistir. Biyoetanol Uretimini Etkileyen Faktorler Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec ve TeknolojileriBiyoetanol uretimini etkileyen faktorler arasinda sicaklik, seker konsantrasyonu, pH, fermantasyon suresi, calkalama hizi ve inokulum boyutu yer alir. Yuksek sicaklik enzimleri denature edebilir ve aktivitelerini azaltabilir. Biyokutlenin fermantasyonu icin ideal sicaklik 20–35 o C ve uretiminin optimum verimi, 150 g/L’lik bir konsantrasyon kullanilarak elde edilebilir. Et suyunun pH’i ayrica biyoetanol uretimini de etkiler cunku bakteri kontaminasyonu, maya buyumesi, fermantasyon hizi ve yan urun olusumu uzerinde etkilidir. Biyokutlenin fermantasyonu icin optimum pH araligi Saccharomyces cerevisiae 4.0–5.0’dir. PH 4.0’dan dusuk oldugunda, daha uzun bir inkubasyon suresi gerekir ve 5.0’in uzerinde bir pH’ta etanol konsantrasyonu onemli olcude azalir. Biyoetanol verimini optimize etmek icin dikkate alinmasi gereken bir diger faktor de calkalama hizidir. Calkalama hizi ne kadar yuksek olursa, uretilen etanol miktari da o kadar yuksek olur. Maya hucrelerinin kullanildigi fermantasyon icin yaygin olarak kullanilan karistirma hizi 150-200 rpm’dir ve asiri ajitasyon hizi, hucrelerin metabolik aktivitelerini sinirlayabilir. Sonucta kuresel olarak uretilen biyoetanol miktari artmakta ve 2018’de 110 milyar litreyken 2022’de 140 milyar litre olabilir ve gunumuzde en yuksek ureticiler ABD ve Brezilya’dir. Bu ulkeler sirasiyla misir ve seker kamisindan biyoetanol (1G biyoetanol) uretir. Hammaddelerin %40-70 katkisiyla yuksek uretim maliyeti nedeniyle, sirasiyla 2G, 3G ve 4G biyoetanol uretimine yol acan diger hammadde kaynaklari dusunulmektedir. Lignoselulozik biyokutleyi biyoetanole donusturmenin yuksek maliyeti, 1G biyoetanol ile karsilastirildiginda rotayi hala cekici kilmaz. 2G biyoetanol, toplam biyoetanol uretiminin %3’unden daha azini olusturur ve 1G biyoetanol ile karsilastirildiginda daha yuksek bir sera gazi azaltma potansiyeline sahiptir. Biyoetanol Uretiminde Fermantasyon Surec ve TeknolojileriBiyoetanol verimini artirmak ve uretim maliyetini en aza indirmek icin SHCF, SCCF ve CBP gibi entegre sureclerle farkli surecler birlestirilebilir. Biyoetanol uretiminin LCA’sina dayali olarak, cevresel etkiler hammadde mevcudiyetine ve bunlari biyoetanole donusturmek icin kullanilan teknolojiye baglidir. ALİNTİ ~ ________________ Bizde MutSuz Olalim ~
	Alıntı Yap

Şu anda bu konuyu görüntüleyen etkin kullanıcılar: 1 (0 üye ve 1 ziyaretçi)