Üzüm posasından biyoetanol üretiminin araştırılması
Investigation of bioethanol production from grape pomace
Yazar: TUĞBA YAVUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KALENDER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada, üzüm posasından farklı maya suşları (Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 suşu ve Saccharomyces cerevisiae) kullanarak kesikli sistemle biyoetanol üretimi incelenmiştir. Deneysel çalışmalar, üzüm atıklarının bazı özelliklerinin belirlenmesi, üzüm posasının hidrolizi ile indirgen şeker içeriği yüksek hidrolizat eldesi ve fermantasyonla biyoetanol üretimi olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Üzüm posasının yaklaşık olarak % 46 oranında holoselüloz (selüloz+hemiselüloz) içerdiği belirlenmiştir. 
Hidroliz yöntemi olarak lignoselülozik materyallerde yaygın olan asidik hidroliz metodu kullanılmıştır. Asidik hidroliz katı konsantrasyonu, asit konsantrasyonu, sıcaklık ve süre parametrelerinden oluşan bağımsız değişkenler için merkezi kompozit dizayn (MKD) ile optimizasyon yapılmıştır. Cevap değişkeni ise indirgen şeker konsantrasyonu idi. Cevap yüzey metodu (RSM) deneyleri çalışma hacmi 50 ml olan 250 ml'lik erlenlerde gerçekleştirildi. Optimizasyon deneyleri  sonucunda üzüm posasının asidik hidrolizi için elde optimum şartlar sıcaklık 92,5 °C, süre 85 dak., üzüm konsantrasyonu 77,5 g/L ve asit konsantrasyonu % 1.25 (v/v) olarak belirlenmiştir. Bu şartlarda üretilen indirgen şeker konsantrasonu ise 34.128 g/L'dir.  
Fermantasyon çalışmaları 250 ml'lik erlenlerde 50 ml çalışma hacminde, oksijensiz şartlarda, 30 °C'de, 150 rpm karıştırma hızında ve kesikli olarak yürütülmüştür. Çalışılan her iki maya türünün çoğaltım işlemleri YPD besi yerinde gerçekleştirilmiştir. Fermantasyon deneyleri toplam 72 saat süreyle yürütülmüş ve belirli zaman aralıklarında ortamdan örnekler alınarak şeker ve alkol analizleri yapılmıştır. Şeker konsantrasyonları DNS yöntemiyle, alkol konsantrasyonları ise gaz kromatografisi (GC) ile ölçülmüştür. Üzüm posasından Saccharomyces cerevisiae ile gerçekleştirilen fermantasyon sonucunda tipik teorik verim değerleri bulunmuş olup en yüksek verim değerinin % 70 olduğu belirlenmiştir. Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 ile fermantasyonla biyoetanol üretimi çalışmalarından ise % 89'luk gibi yüksek bir oranda verimdeğerine ulaşılmıştır. Bu sonuç ile Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632'nin üzüm posasının asidik hidrolizi sonucu üretilen hidrolizat ortamındaki inhibe edici maddelere daha dayanıklı olduğu görülmüştür.
Anahtar kelimeler: Biyoetanol, fermantasyon, üzüm posası, S. cerevisiae, S. cerevisiae NRRL Y-12632, Optimizasyon.

Abstract:
In this study, bioethanol production from grape pomace has been studied by different yeast strains (Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 and Saccharomyces cerevisiae) in a batch system. The experimental studies consisted of three main stages: determination of some properties of grape pomace used, obtaining of hydrolysate with high reduced sugar by hydrolysis of grape pomace, and bioethanol production by fermentation. It has been determined that the grape pomace studied contains approximately 46 % holocellulose (cellulose+hemicellulose). 
Acidic hydrolysis method which is common for hydrolysis of lignocellulosic materials has been used. The hydrolysis conditions have been optimized by central composite design (CCD). Independent variables were solid (grape pomace) concentration, acid concentration, temperature, and hydrolysis time. Response variable was also reduced sugar concentration. Response surface method (RSM) experiments have been carried out in 250 ml volume of flasks with 50 ml working volume. The optimum conditions obtained from results of hydrolysis experiments of grape pomace have been determined temperature of 92,5 °C, solid concentration of 77,5 g/L, acid concentration 1,25 % (v/v), and time of 85 minutes. In these conditions, reduced sugar concentration obtained was 34,128 g/L.
Fermentation studies have been performed in 250 ml volume of flasks with 50 ml working volume, under oxygen free media, at the temperature of 30 °C, 150 rpm, and in a batch rector. Both yeast strains studied have been grown in YPD nutrition media. The fermentation experiments carried out during the 72 h and the samples for sugar and alcohol analyses have been taken at specific time interval. Sugar and alcohol concentrations have been measured by DNS and gas chromatography (GC) technique, respectively. In the result of the fermentation carried out by Saccharomyces cerevisiae, typical theoretical yield values have been determined. The heights value of bioethanol yield obtained from grape pomace by Saccharomyces cerevisiae is 70 %. The value of bioethanol yield obtained from grape pomace with Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 is also 89 %. This result shows that Saccharomyces cerevisiae NRRL Y-12632 is more resistant to the inhibitory agents in the hydrolysate medium obtained from grape pomace by acidic hydrolysis method.
Keywords: Bioethanol, Fermentation, Grape pomace, S. cerevisiae, S. cerevisiae NRRL Y-12632, Optimization.