Lignoselülozik biyokütlenin yüksek basınçlı sıcak su ile hidrolizi ve elde edilen ligninden aerojel üretimi
Hydrolysis of lignocellulosic biomass with liquid hot water and preparation of aerogels from obtained lignin
Yazar: ASLIHAN KAZAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy

Özet:
Zeytin pirinası ülkemizin de içinde yer aldığı Akdeniz ülkelerinde büyük miktarlarda açığa çıkan önemli bir lignoselülozik biyokütle kaynağıdır. Uzun yıllardır zeytinyağı üretim prosesi atığı olarak görülen pirinanın değerlendirilmesi yakılarak ısı enerjisinden yaralanmanın ötesine geçememiştir. Bu tez çalışması kapsamında zeytin pirinasının sürdürülebilir biyorafineri yaklaşımıyla katma değeri yüksek ürünlere dönüşüm potansiyelinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda pirinadan protein ekstraksiyonu, hidroliz ile şekerlerin eldesi ve arda kalan ligninden aerojel üretim işlemleri gerçekleştirilmiştir. 
Bu çalışma kapsamında çözgen ve reaksiyon ortamı olarak yüksek basınçlı sıcak su kullanılmış ve belirli bir sıra içerisinde ardışık ekstraksiyon ve hidroliz prosesleri kullanılarak protein, şeker ve lignin gibi katma değeri yüksek ürünlerin eldesi hedeflenmiştir. İlk olarak pirinadan protein ekstraksiyonu yüksek basınçlı su ile gerçekleştirilmiş ve akış hızı, sıcaklık ve sürenin ekstraksiyon verimi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ardından proteini alınmış pirina yüksek basınçlı su ile ön işleme tabi tutulmuştur. Bu basamak için proses parametreleri sıcaklık, akış hızı ve hidroliz süresi olarak belirlenmiştir. Ön işleme tabi tutulan pirinanın enzimatik hidrolizi yüksek basınçlı reaktör içerisinde gerçekleştirilmiş ve kullanılan enzim kokteylinin içeriği, katı/sıvı oranı ve hidroliz süresinin enzimatik hidrolizin verimi üzerindeki etkisi incelenmiş olup hidroliz verimini % 95.23 oranında artırdığı belirlenmiştir. Her bir basamağın optimizasyonu belirtilen parametreler için Box-Behnken deney tasarımı kullanılarak birbirinden bağımsız olarak gerçekleştirilmiştir. Tüm basamaklar için istatistiksel olarak anlamlı modeller elde edilirken her bir parametrenin proses verimi üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Protein ve şekerlerin eldesinden sonra arda kalan ligninin organik aerojellerin üretiminde öncül madde olarak kullanılma potansiyeli araştırılmıştır.  
Bu çalışma model lignoselülozik biyokütle olan pirinanın biyorafineri yaklaşımıyla yüksek basınçlı sistemler kullanılarak değerlendirildiği ve proses basamaklarının istatistiksel olarak optimize edildiği ilk çalışmadır.

Anahtar Sözcükler: Lignoselülozik biyokütle, biyorafineri, pirina, yüksek basınçlı sıcak su, Box-Behnken, lignin, aerojel.

Abstract:
Olive pomace is an important lignocellulosic biomass source for Turkey and also other Mediterranean countries which is released in large quantities during olive oil production process and for many years it was only used for heat generation by burning.  In this thesis, the aim was to investigate the potential use of olive pomace as a raw material to create value added products by sustainable biorefinery approach. For this purpose, experiments of protein extraction, hydrolysis of polysaccharides to fermentable sugars and aerogel preparation from obtained lignin were investigated.
In this thesis, liquid hot water was used as both solvent and reaction medium via a sequence of high pressure extraction and hydrolysis processes in a cascade to create high potential value added products, namely, proteins, fermantable sugars, and lignin. In the first step, proteins were extracted from olive pomace by liquid hot water and the effects of flow rate, temperature and time on the extraction yield were investigated. Then deproteinized olive pomace was pretreated with liquid hot water. After the pretreatment, the raffinate phase was hydrolyzed enzimatically under high pressure conditions, while the effects of enzyme mixture, solid to liquid ratio and time on the hydrolysis yield were investigated. Liquid hot water pretreatment was shown to enhance the yield of enzymatic hydrolysis by an increase of 95.23 %. Each step was optimized individually by Box-Behnken design. For each step statistically significant models were obtained and the effects of each parameter on the process efficiency were determined. After seperation of proteins and sugars from the biomass, the remained lignin was valorized as a precusor for preparation of organic aerogels.
This study is also the first detailed work for the utilization of olive pomace in a statistically optimized high pressure systems with a biorefinery approach.

Keywords : Lignocellulosic biomass, biorefinery, olive pomace, liquid hot water, Box-Behnken, lignin, aerogel.