Biorefining of quinoa residues to biopolymers, advanced biofuels and biopesticides Bioraffinering av quinoarester till biopolymerer, avancerade biobränslen och biopesticider Emerging technologies supporting a transition to a bio-based economy through increased production of lignocellulose-based biofuels, green chemicals and biomaterials are compatible with economic advances and poverty reduction. This project will focus on thermochemical pretreatment and enzymatic hydrolysis of quinoa stalks and seed coats, two abundant residues of Bolivian agriculture. While stalks will be directly pretreated, seed coats will first be processed to biopesticides and the solid residue will then be sent to pretreatment. The sugars produced in the enzymatic hydrolysis of both substrates will be bio-converted to exopolysaccharide-based biopolymers using a Bolivian bacterial strain, and to ethanol by yeast using high-solids concentration processes. Using high solids loads is advantageous with regard to product recovery economics, but it is challenging due to mass transfer limitations and to the accumulation of fermentation inhibitors. The current project intends to enhance the mass transfer by introducing a pre-saccharification step prior to the simultaneous saccharification and fermentation, and the inhibition problem will be alleviated with reducing agents. High ethanol titers will also be reached by adding molasses to the hydrolysates. A techno-economic evaluation of the different approaches will be performed. The research will result in efficient processes for conversion of lignocellulosic feedstocks and in a more diversified production of Bolivian quinoa sector Ökad produktion och användning av biobaserade produkter från jord- och skogsbruk har visat sig ha tydligt positiva sociala och ekonomiska effekter på samhällen i stark utveckling, t.ex. i Latinamerika. Inte minst gäller detta utvecklingen på landsbygden. Biobaserade produkter kan vara flytande biobränslen, t.ex. etanol, samt gröna kemikalier och material, t.ex. plast baserad på förnybar råvara. Speciellt fördelaktigt är att använda rester som innehåller cellulosa, eftersom cellulosabaserade rester inte konkurrerar med framställning av livsmedel och eftersom restprodukter och avfall har ett lågt värde, vilket är viktigt för processens ekonomi. Cellulosabaserade råvaror kan omvandlas till värdefulla produkter genom teknik baserad på förbehandling, försockring och förjäsning. Förbehandling är en termokemisk process där materialet behandlas vid högt tryck och hög temperatur (vanligen runt 200 grader C). Försockring görs bäst med biologiska katalysatorer, enzymer, eftersom de har förutsättningar att ge relativt höga utbyten. Förjäsning utförs med olika slags mikroorganismer, t.ex. bakterier eller jästsvampar.  I det här projektet kommer bolivianska och svenska forskare att samarbeta för att undersöka hur rester från bolivianskt jordbruk kan användas för att framställa värdefulla produkter baserade på förnybar råvara. De rester som kommer att studeras är stjälkar och fröskal från quinoa. Quinoa ger frön som kan användas till maträtter, på samma sätt som ris eller couscous. Efter det att man utvunnit fröna, som blir till mat, återstår emellertid en cellulosabaserad rest, som huvudsakligen består av växtens stjälk. En annan rest från quinoaproduktion är fröskal som genereras under den mekaniska tvättningsprocess som används för att avlägsna växtens bittra komponenter. Biprodukter från quinoaframställning har idag mycket lågt värde och användningen är mycket begränsad. I det här projektet kommer stjälkar och fröskal från quinoa att utsättas för förbehandling, försockring och förjäsning med syftet att göra processerna så effektiva som möjligt. Stjälkarna kommer att förbehandlas direkt, medan fröskalen först extraheras för framställning av biopesticider och sedan genomgår förbehandling. Tre olika typer av produkter kommer att studeras, nämligen cellulosabaserad etanol, biopolymerer och biopesticider, dvs. biologiska bekämpningsmedel. Produktion av biopolymeren kommer att studeras i processer som baseras på en nyligen upptäckt salt-tolerant bakterie som isolerats från den bolivianska högplatån Altiplano. För produktion av cellulosabaserad etanol kommer processer baserade på jäst att studeras.  Den mesta etanol som tillverkas i världen idag härrör från rörsocker (som i Brasilien) eller stärkelse (som i USA). Framställning av kemiska produkter från cellulosa är fördelaktigt jämfört med rörsocker och stärkelse så tillvida att cellulosan inte kan användas för produktion av livsmedel. Nackdelen med cellulosa jämfört med rörsocker eller stärkelse är att det tekniskt sett är svårare att med högt utbyte och till en rimlig kostnad konvertera den till socker. Av ekonomiska skäl vill man ha en koncentrerad produkt snarare än en utspädd. I det här projektet kommer två nya strategier att konvertera cellulosabaserad råvara till en produkt med hög koncentration att undersökas. Den ena strategin innebär utförande av en försockrings- och förjäsningsprocess med hög halt fast fas genom ett enzymatisk försteg med samtidig tillsats av små mängder av en kemisk substans som underlättar konvertering vid höga koncentrationer, vilket är baserat på en uppfinning av projektets svenska part. Den andra strategin baseras på blandning av cellulosan med melass, alltså en rest från sockerframställningen. De båda strategierna kommer att utvärderas dels tekniskt och dels ekonomiskt.  Forskning inom det här området bereder vägen för ett bättre utnyttjande av resurser i form av rester från jordbruket samt till minskat behov av fossila substanser som råolja som har kraftigt ne