Şeker Pancarı Melasından Escherichia coli KO11 Suşu ile Biyoetanol Üretimi: Enzimatik Hidroliz ve Kesikli Fermantasyon

Yıl 2023, Cilt: 35 Sayı: 1, 15 - 23, 28.03.2023

Nur Kevser Doğan , Mehmet Kalender

https://doi.org/10.35234/fumbd.1143418

Cited By: 1

Öz

Bu çalışmada, şeker pancarı melasından fermantasyonla biyoetanol üretimi incelenmiştir. Bu amaçla, iki aşamalı deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir: Melasın enzimatik hidrolizi ile basit şekerlerin üretilmesi ve hidrolizattan E.coli KO11 ile biyoetanol üretilmesi. Enzimatik hidroliz deney parametreleri (melas konsantrasyonu, enzim konsantrasyonu ve süre) cevap yüzey metodu (RSM) ile optimize edilmiştir. Cevap değişkeni olarak indirgen şeker konsantrasyonu seçilmiştir. Fermantasyon deneyleri aneorobik kesikli sistemde yürütülmüştür. RSM-ANOVA testleri ile enzimatik hidroliz için kuadratik modelin en uygun model olduğu belirlenmiştir. İncelenen tüm bağımsız değişkenlerin model üzerinde etkili olduğu, ikili etkileşimlerden sadece konsantrasyon-süre ikili etkileşiminin model üzerinde etkili olmadığı ve süre kuadratik etkisinin önemli olduğu sonuçlarına ulaşılmıştır. Enzimatik hidroliz için optimum deneysel parametre değerleri 87,7 g/L melas konsantrasyonu, %0,45 (v/v) enzim konsantrasyonu ve 15,93 saat olarak belirlenmiştir. Optimum şartlarda melastaki sakarozun yaklaşık %96’sı enzimatik hidrolizle basit şekerlere dönüştürülmüştür. Fermantasyon deneyleri sonucunda, 24. Saat sonunda maksimum biyoetanolün 0,489 g/g verimle üretildiği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Biyoetanol, Şeker pancarı melası, enzimatik hidroliz, optimizasyon, kesikli fermantasyon

Destekleyen Kurum

Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (FÜBAP)

Proje Numarası

MF.17.13

Teşekkür

Yazaralar bu çalışmaya MF.17.13 proje numarası ile maddi desteğinden dolayı Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (FÜBAP) birimine teşekkür eder

Kaynakça

• Balat M, Balat H, Öz C. Progress in bioethanol processing. Progress in energy and combustion science 2008; 34(5): 551-573.
• Anonim-1,A European Green Deal. 2019-2024; https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en: Erişim Tarihi: 10.10.2021.
• Celebi A, Alparslan U. Biyoyakitlara Yönelik Mali Teşvikler: Türkiye Açisindan Bir değerlendirme. Hacettepe Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi 2015; 33(2): 24-45.
• Piwowar A, Dzikuć M. Bioethanol Production in Poland in the Context of Sustainable Development-Current Status and Future Prospects. Energies 2022; 15(7): 2582.
• Walker G M, Bioethanol: Science and technology of fuel alcohol, Bookboon, 2010.
• Slathia P S, Raina N, Kiran A, Kour R, Bhagat D, Sharma P. Dilute acid pretreatment of pine needles of Pinus roxburghii by response surface methodology for bioethanol production by separate hydrolysis and fermentation. Biomass Conversion and Biorefinery 2020; 10(1): 95-106.
• Rodríguez-Antón L M, Legrand M, Gutiérrez-Martín F, Serrano-Corroto Á. Theoretical determination of distillation curves of gasoline, ethanol and ethyl tert-butyl ether ternary blends from the experimental distillation curve of gasoline. Fuel 2022; 308(122030.
• Verger T, Azimov U, Adeniyi O. Biomass-based fuel blends as an alternative for the future heavy-duty transport: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2022; 161(112391.
• Letti L A J, Sydney E B, de Carvalho J C, de Souza Vandenberghe L P, Karp S G, Woiciechowski A L, ve diğerleri Burgos W J M, Roles and impacts of bioethanol and biodiesel on climate change mitigation, in: Biomass, Biofuels, Biochemicals, Elsevier, 2022, pp. 373-400.
• Reynolds K A, Sexton J D, Pivo T, Humphrey K, Leslie R A, Gerba C P. Microbial transmission in an outpatient clinic and impact of an intervention with an ethanol-based disinfectant. American journal of infection control 2019; 47(2): 128-132.
• Anonim-2,COVID-19 ile Mücadele Kapsamında Atılan Adımlar. 2022; https://sanayi.gov.tr/covid-19/etil-alkol-maske-kolonya#etil-alkol-kullanimi: Erişim tarihi: 27.06.2022
• Tavva S M D, Deshpande A, Durbha S R, Palakollu V A R, Goparaju A U, Yechuri V R, ve diğerleri Muktinutalapati V S R. Bioethanol production through separate hydrolysis and fermentation of Parthenium hysterophorus biomass. Renewable Energy 2016; 86(1317-1323.
• Zhu Z S, Zhu M J, Xu W X, Liang L. Production of bioethanol from sugarcane bagasse using NH4OH-H2O2 pretreatment and simultaneous saccharification and co-fermentation. Biotechnology and bioprocess engineering 2012; 17(2): 316-325.
• Ghorbani F, Younesi H, Sari A E, Najafpour G. Cane molasses fermentation for continuous ethanol production in an immobilized cells reactor by Saccharomyces cerevisiae. Renewable Energy 2011; 36(2): 503-509.
• Sindhu R, Binod P, Gnansounou E, Prabisha T P, Thomas L, Mathew A K, ve diğerleri Faraco V. Enzymatic hydrolysis of microwave assisted acid pretreated chili postharvest residue for production of value added products. 2018; 56(479-483.
• Nigam J. Ethanol production from wheat straw hemicellulose hydrolysate by Pichia stipitis. Journal of biotechnology 2001; 87(1): 17-27.
• Jarboe L, Grabar T, Yomano L, Shanmugan K, Ingram L, Development of ethanologenic bacteria, in: In: Biofuels, Olsson, L. (Series Editor), Scheper, T. (Volume Editor), Springer, New York, 2007, pp. 237-261.
• Anonim-3,ATTC: Escherichia coli (Migula) Castellani and Chalmers (Escherichia coli strain K011). 2022; https://www.atcc.org/products/55124: Erişim tarihi: 11.10.2022
• Erkan Türkmen K. Bakteriyorodopsin Üretimi, Saflaştırılması ve Biyo optoelektronik Cihazlarda Kullanım Potansiyelinin Araştırılması. 2020.
• Alslaibi T M, Abustan I, Ahmad M A, Foul A A. Cadmium removal from aqueous solution using microwaved olive stone activated carbon. Journal of Environmental Chemical Engineering 2013; 1(3): 589-599.
• Najafpour G D, Shan C P. Enzymatic hydrolysis of molasses. Bioresource Technology 2003; 86(1): 91-94.
• Obeta J C, Ossai E C, Njoku O U. Optimization and characterization of bioethanol production from Abrus seed flour. International Journal of Energy Research 2021; 45(3883-3898.
• Imamoglu E, Sukan F V. The effects of single and combined cellulosic agrowaste substrates on bioethanol production. Fuel 2014; 134(477-484.
• Li X, Kim T H, Nghiem N P. Bioethanol production from corn stover using aqueous ammonia pretreatment and two-phase simultaneous saccharification and fermentation (TPSSF). Bioresource technology 2010; 101(15): 5910-5916.
• Yomano L, York S, Ingram L. Isolation and characterization of ethanol-tolerant mutants of Escherichia coli KO11 for fuel ethanol production. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 1998; 20(2): 132-138.
• Okuda N, Ninomiya K, Takao M, Katakura Y, Shioya S. Microaeration enhances productivity of bioethanol from hydrolysate of waste house wood using ethanologenic Escherichia coli KO11. Journal of bioscience and bioengineering 2007; 103(4): 350-357.
• Dien B S, Hespell R B, Wyckoff H A, Bothast R J. Fermentation of hexose and pentose sugars using a novel ethanologenic Escherichia coli strain. Enzyme and microbial technology 1998; 23(6): 366-371.
• Zheng Y, Lee C, Yu C, Cheng Y-S, Zhang R, Jenkins B M, VanderGheynst J S. Dilute acid pretreatment and fermentation of sugar beet pulp to ethanol. Applied Energy 2013; 105(1-7.
• Silva G P d, Araújo E F d, Silva D O, Guimarães W V. Ethanolic fermentation of sucrose, sugarcane juice and molasses by Escherichia coli strain KO11 and Klebsiella oxytoca strain P2. Brazilian Journal of Microbiology 2005; 36(395-404.