Derin ötektik çözgen ön işleminin buğday samanından biyoetanol üretimine etkisi
Effect of deep eutectic solvent pretreatment for bioethanol production from wheat straw
Yazar: GİZEM MELİSSA ERDEM
Danışman: DOÇ. DR. ASLI İŞCİ YAKAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada; lignoselülozik bir madde olan buğday samanından fosil yakıtlara alternatif yenilenebilir bir biyoyakıt olan biyoetanol eldesi için mikrodalga destekli-derin ötektik çözgen (Kolin klorür:Formik asit) ile ön işlem gerçekleştirilmiştir. Saman örnekleri, üç farklı mol oranı (Kolin klorür:Formik asit 1:2, 1:3, 1:4), mikrodalga gücü (270, 360, 450 W) ve ön işlem süresinde (2, 5, 8 dakika) işlenmiş ve bu parametrelerin samanın kompozisyonu ve enzimatik hidrolizi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Örneklerdeki ksilanın ön-işlem boyunca sıvı fazda çözündüğü ve bu durumun örneklerdeki selüloz ve lignin içeriğinde artışa neden olduğu gözlemlenmiştir. Tüm mol oranlarında mikrodalga gücü ve ön işlem süresiyle enzimatik hidroliz sırasındaki şeker konsantrasyonlarının arttığı tespit edilmiştir. Toplam şeker miktarının en yüksek olduğu (619 mg/g işlenmiş saman) proses koşulları; 1:3 mol oranı, 360 W mikrodalga gücü ve 8 dakika işlem süresidir. Optimum noktada; enzimatik hidroliz sırasındaki glikoz veriminin % 99.9 ve ksiloz veriminin ise % 85.6 olduğu belirlenmiştir. Bu optimum koşullarda işlenmiş saman örnekleriyle Escherichia coli KO11 kullanılarak eş zamanlı sakkarifikasyon ve fermantasyon (SSF) deneyleri gerçekleştirmiş ve etanol verimi % 74.9 bulunmuştur. Sonuç olarak; mikrodalga destekli-derin ötektik çözgen ön işlem yönteminin enzimatik sindirilebilirliği arttırarak kısa sürede yüksek şeker verimi sağladığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study; microwave-assisted-deep eutectic solvent (Choline chloride: Formic acid) pretreatment was employed for the production of bioethanol, which is a renewable biofuel, from a lignocellulosic material such as wheat straw. Straw samples were processed in three different molar ratios (Choline chloride: Formic acid 1: 2, 1: 3, 1: 4), microwave power (270, 360, 450 W) and pretreatment time (2, 5, 8 minutes). The effects of these parameters on the composition and enzymatic hydrolysis of wheat straw were investigated. The xylan in the samples was observed to dissolve in the liquid phase during the pretreatment, leading to an increase in the cellulose and lignin content in the samples. In addition, it was determined that sugar concentrations during enzymatic hydrolysis increased with an increase in microwave power and pretreatment time. The highest total sugar content (619 mg / g processed straw) was observed at 1: 3 molar ratio, 360 W microwave power and 8 minutes processing time. The glucose and xylose yields at the optimal conditions were 99.9 and 85.6 %, respectively. The wheat straw samples treated at the optimal conditions were also fermented using Escherichia coli KO11 and the ethanol yield was found as 74.9 %. As a conclusion, it has been observed that microwave assisted-deep eutectic solvent pretreatment method increases enzymatic digestibility and provides high sugar yield in a short period of time.