Fermentasyon ortamından 1,3-pdo'nun ayırma saflaştırma koşullarının incelenmesi
Investigation of requirements for separation and purification of 1,3-pdo from fermentation broth
Yazar: SEDA ERİŞTÜRK ÖZTÜRE
Danışman: PROF. DR. NALAN KABAY ; PROF. DR. NURİ AZBAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: 1,3-propanediol = 1,3-propanediol ; Fermentasyon = Fermentation

Özet:
Son yıllarda ham petrolün gitgide azalması nedeniyle biyoyakıt üretimlerinde artış görülmeye başlanmıştır. Hâlihazırda kullanılan en yaygın biyoyakıt biyodizeldir. Biyodizel, bitki yağları, hayvan yağları ya da geri dönüştürülmüş yağlardan yapılmaktadır. Biyodizel üretimindeki artış çok büyük miktarda atık gliserin açığa çıkmasına sebep olmaktadır ? her 10 birimlik biyodizel 1 birim gliserin açığa çıkarır. Bu gerçeğin biyodizel fiyatı üzerinde de negatif bir etkisi vardır. Almanya'da 2007 yılından bu yana gliserin endüstriyel bir atık olarak kullanılmaktadır. Her ne kadar gliserinin bilinen 1500'ü aşkın kullanım alanı olsa da; ham gliserin metanol, sabun, serbest yağ asitleri ve biyodizel gibi safsızlıklar içerdiğinden ön işlem yapılıp saflaştırılmadan endüstride ilaç ve kimya sanayinde kullanılamamaktadır. Bu sorunun çözülmesindeki alternatif çözümlerin başında, ham gliserinin mikrobiyal büyüme ortamında karbon kaynağı olarak kullanılarak biyopolimer hammaddesi olan 1,3- propandiol üretilmesi gelmektedir.Bu çalışmada, biyoteknolojik yollarla elde edilen 1,3 propandiolün ayrıştırılıp saflaştırılmasında kullanılabilecek yöntemler incelenmiştir. Fermentasyon sıvısında 1,3 propandiolün yanı sıra gliserin, 2,3 bütandiol, etanol, makromoleküller, katı partiküller, çözünmüş proteinler, süksinik asit, laktik asit, asetik asit gibi uçucu yağ asitleri, tuzlar vb safsızlıklar bulunmakta ve saflaştırma işlemi oldukça karmaşık bir hale gelmektedir. Bu tez çalışmasında, fermentasyon sıvısı ve model sıvılar kullanılarak; kitosanla flokulasyon, mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, reçine ile adsorpsiyon, faz ayırma ile gliserinin uzaklaştırılması, iyon değiştirme, nanofiltrasyon, döner vakumlu buharlaştırıcı ile susuzlaştırma ve ince film distilasyon ile ürün saflaştırma yöntemleri araştırılmıştır. Safsızlıkların giderilmesinde en olumlu sonuç verenler nanofiltrasyon ve iyon değiştirme yöntemleridir. İnce film distilasyon yöntemi sonucunda ise; 1,3-PDO, %95 oranında saflaştırılmıştır.

Abstract:
In recent years, due to the decline in petroleum reserves, there is a significant increase in the production of biofuels. The most common biofuel used all over the world is biodiesel. Biodiesel is produced through vegetable oils, animal fats or used cooking oils. The increase in biodiesel production leads to an increase in the formation of waste glycerol as well - each of 10 units of biodiesel gives 1 unit of glycerol as waste. This figure has an effect on biodiesel prices. In Germany, glycerol has been used as an industrial waste since 2007. Eventhough the glycerol has over 1500 applications in industry; as the crude glycerol contains some contaminants such as methanol, soaps, free fatty acids and biodiesel, it is not possible to use it in chemical and pharmaceutical industries without pretreatment and purification. The most promising alternative for this problem seems to use the waste glycerol as carbon source in a microbial growth medium to produce 1,3-propanediol as biopolymer raw material.In this study, several methodologies were investigated for the separation and purification of 1,3-propanediol produced through biotechnological pathways. There are lots of impurities in the fermentation broth besides 1,3-propanediol; such as, glycerol, 2,3-butanediol, macromolecules, undissolved solid material, dissolved proteins, volatile fatty acids (succinic acid, acetic acid, lactic acid), salts etc. Thus the purification step becomes quite complicated. During the study, both fermentation borth and synthetically prepared model solutions were used. The tested methods were flocullation by chitosan, microfiltration, ultrafiltration, separation of glycerol by ethyl acetate, adsorption, ion exchange, nanofiltration, water removal by rotary evaporator and product purification by thin film distillation. The most effective methods for the removal of impurities were nanofiltration and ion exchange. At the end of thin film distillation step, 1,3-propanediol was obtained with a purity of 95%.