Farklı ön işlem uygulamalarıyla fıstık (Pistacia vera L.) kabuğu atıklarından biyoetanol eldesi
Bioethanol production from pistachio (Pistacia vera L.) waste applied different pretreatment processes
Yazar: BETÜL GÖNCÜ
Danışman: DOÇ. DR. HAKKİ GÜLŞEN
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyoetanol = Bioethanol ; Enzim aktivitesi = Enzyme activity ; Lignoselülozik yapı = Lignocellulosic structure ; Pistacia vera = Pistacia vera ; Ön işlem = Pretreatment

Özet:
Fıstık (Pistacia vera L.) kabuğu, lignoselülozik bir hammaddedir. Bu çalışmada bölgemizde ve şehrimizde üretimi bol miktarda olan fıstık kabuğu atıkları biyoetanol üretimi için kullanılmıştır. Fıstık atıklarından farklı ön işlem uygulamaları sonrası biyoetanol üretilerek hem çevre kirliliğinin azaltılacağı hem de öz kaynaklar kullanılarak enerji edileceği düşüncesi, çalışmanın esas amacını oluşturmaktadır. Fıstık kabuklarının ön işlemle delignifikasyonundan sonra fermente edilebilir şeker elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu nedenle sıcaklık, alkali çözeltiler ve uygulama süreleri gibi değişen çalışma koşullarında NaOH ve NaOH+H2O2 kullanılarak alkali ön arıtma uygulanmıştır. Ön işlemler sonucunda lignin giderimi %16.27 ile %40.64 arasında değişmiştir. En iyi lignin giderimi yapan NaOH ön işlem koşulu %2 NaOH, katı/sıvı oranı 1/10, ön işlem sıcaklığı 60°C ve uygulama süresi 60 dakika olarak belirlenmiştir. Ayrıca fıstık kabuklarına ozon ve kombine ön işlem uygulamaları da yapılmıştır. Kombine ön arıtma uygulanmasının sadece ozon ön arıtmaya göre daha iyi lignin giderimi sağladığı, ozon ön arıtmanın ise sıcak su ön arıtmaya göre daha iyi lignin giderimi sağladığı görülmüştür. Ön işlem görmüş ve işlem görmemiş fıstık kabuklarının taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri karşılaştırılmıştır. Enzim aktivitesi ölçülmüş olup ön işlem sonrası uygulanan enzimatik hidroliz işleminde 30-60 FPU enzim yüklemesi uygulanmıştır. Enzimatik hidroliz sonucunda ozon+sıcak su ön işlemiyle maksimum 8,24 g/L indirgen şeker, NaOH ön işlemiyle maksimum 6.98 g/L indirgen şeker elde edilmiştir. Fermantasyon sonunda ise 1.21–2.33 g/L etanol konsantrasyonu elde edilmiştir. Fermantasyon verimi %42 ile %55 arasında hesaplanmıştır.

Abstract:
Pistachio (pistacia vera L.) shell is a lignocellulosic raw material. In this study, pistachio waste, which is abundant in our region and city, will be used. Bioethanol production with the different pretreatment processes from pistachio wastes is the main reason for the emergence of this study with the idea that both environmental pollution will be reduced and energy will be obtained. In this study, it was aimed to obtain fermentable sugar after delignification of pistachio shells. Therefore, alkali pretreatment was applied using NaOH at changing operating conditions such as temperature, alkali solutions, and apply times. As a result of pretreatments, lignin was removed ranged from 16.27% to 40.64%. The best pretreatment condition was determined as 2% NaOH, solid to liquid ratio 1/10, pretreatment temperature of 60°C, and applying time of 60 min. Furthermore the ozone and combined pretreatments were applied to the pistachio shells. It has been observed that applying the combined pretreatment provides better lignin removal than only ozone pretreatment and on the other hand, the ozone pretreatment provides better lignin removal than the hot water pretreatment. Scanning electron microscopy (SEM) images of (NaOH and ozone+hot water) pretreated, and untreated pistachio shells were compared. Enzyme activity was measured, and 30–60 FPU enzyme loading was applied in an enzymatic hydrolysis. The enzymatic hydrolysis was applied to obtain fermentable sugar from the pistachio shells after pretreatments. As a result of enzymatic hydrolysis, 6.98 g/L maximum reducing sugar was obtained at NaOH pretreatment and 8.24 g/L maximum reducing sugar was obtained at ozone+hot water pretreatment. On the other hand, 1.21–2.33 g/L ethanol concentration was obtained end of the fermentation process. Fermentation efficiency was calculated between 42% and 55%.