Η βιοµηχανική γλυκερόλη ως ένα υ οσχόµενο υλικό εκκίνησης για την αραγωγή βιοκαυσίµων και ροϊόντων ροστιθέµενης αξίας

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Η βιοµηχανική γλυκερόλη ως ένα υ οσχόµενο υλικό εκκίνησης για την αραγωγή βιοκαυσίµων και ροϊόντων ροστιθέµενης αξίας"

Λεββαῖος Μιχαλολιάκος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Η βιοµηχανική γλυκερόλη ως ένα υ οσχόµενο υλικό εκκίνησης για την αραγωγή βιοκαυσίµων και ροϊόντων ροστιθέµενης αξίας ρ Σεραφείµ Πα ανικολάου Ανα ληρωτής Καθηγητής Βιοτεχνολογίας Τροφίµων Βιοδιεργασιών Εργαστήριο Μικροβιολογίας και Βιοτεχνολογίας Τροφίµων Οµάδα Βιοδιεργασιών Τροφίµων και Βιοδιυλιστηρίων Τµήµα Ε ιστήµης Τροφίµων και ιατροφής του Ανθρώ ου Γεω ονικό Πανε ιστήµιο Αθηνών Ελληνική Ηµέρα Βιοενέργειας ρ Σ. Πα ανικολάου

2 Γλυκερόλη Γενικά χαρακτηριστικά

Γενικά η γλυκερόλη ευρίσκεται στην αγορά µέσω οικίλων ελαιοχηµικώνκαι βιολογικών διεργασιών: Βιοµηχανίες αραγωγής σα ώνων Βιοµηχανίες αραγωγής βιοαιθανόλης και

3 Γενικά η γλυκερόλη ευρίσκεται στην αγορά µέσω οικίλων ελαιοχηµικώνκαι βιολογικών διεργασιών: Βιοµηχανίες αραγωγής σα ώνων Βιοµηχανίες αραγωγής βιοαιθανόλης και αλκοολούχων οτών Ενδοκυτταρική συσσώρευση στο φύκοςdunaliellasp. Βιοµηχανίες αραγωγής βιοντήζελ ΠΡΟΪΟΝ ΠΟΛΎ ΧΑΜΗΛΟΥ (Ή ΚΑΙ ΜΗ ΕΝΙΚΟΥ) ΚΟΣΤΟΥΣ ΕΠΙ ΕΚΤΙΚΟ ΣΕ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ

4 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ηµιουργία γλυκερόλης ως υ ο ροϊόντος (Αντίδραση µετεστερο οίησης) Κύριο υ όλειµµα της διεργασίας

5 Για κάθε 1 kgβιοντήζελ αράγεται 1 kg(καθαρότητας 9% κ.β.) γλυκερόλης ως υ ολείµµατος της διεργασίας Το 27 υ ήρχαν 6 Τ. ακάθαρτης γλυκερόλης σε Ευρω αϊκό ε ί εδο µόνον, η ο οία ροήρχετο α ό τη διεργασία αραγωγής βιοντήζελ Η ακάθαρτη γλυκερόλη εκείνη την ερίοδο θεωρήθηκε ως τυ ικό βιοµηχανικό α όβλητο ( $ανά kg) Για ρώτη φορά στα λαίσια της Ε.Ε. (FP7-ENERGY-27-RTD-1), υ ήρξε ενότητα µε α οκλειστικό θέµα την αξιο οίηση της γλυκερόλης µέσω βιοτεχνολογικών διεργασιών ( New uses for glycerine in biorefineries ) Ακολούθησαν τα ε όµενα χρόνια και άλλα ρογράµµατα σε άλλα calls της Ε.Ε. ό ως φυσικά και σε άλλους οργανισµούς ( The Danish Council for Independent Research, Christian Doppler Forschungsgesellschaft, The Research Council of Norway, ) στα ο οία υ ήρξε ενασχόληση µε τη βιοτεχνολογική αξιο οίηση γλυκερόλης

6 Τα χρόνια ου ακολούθησαν, µετά α ό το 27, η κατάσταση έγινε λίγο καλύτερη καθόσον βελτιώθηκαν σχετικά οι διεργασίες καθαρισµού και ανάκτησης της γλυκερόλης, µε α όρροια η τιµή της γλυκερόλης στην αγορά να ανέβει κά ως Πάντως είναι τεράστια η ροσβλε όµενη αραγωγή βιοντήζελ για το κοντινό µέλλον (.χ. για το 221 ροβλέ εται ετήσια αραγωγή βιοντήζελ της τάξεως των T.µόνο α ό χρήση φυτικών ελαίων) µε αντίστοιχη ολύ µεγάλη αναµενόµενη αύξηση της αραγωγής γλυκερόλης ως αρα λεύρου αρα ροϊόντος της διεργασίας Σήµερα η τιµή της καθαρής γλυκερόλης (καθαρότητας 98,% κ.β.) είναι της τάξεως των,5-,7 $ ανά kg, ενώ η τιµή της ακάθαρτης γλυκερόλης (καθαρότητας 65-8% κ.β.) είναι κατά ολύ µικρότερη

7 ΑΝΤΙ ΡΑΣΗ ΣΑΠΩΝΟΠΟΙΗΣΗΣ ηµιουργία γλυκερόλης ως υ ο ροϊόντος (Αντίδραση σα ωνο οίησης)

8 ΓΛΥΚΕΡΟΠΥΡΟΣΤΑΦΥΛΙΚΗ ΖΥΜΩΣΗ ηµιουργία γλυκερόλης ως υ ο ροϊόντος (Α ευθείας αναγωγή της φωσφορυλιωµένης δι-υδροξυακετόνης)

9 Dunaliella salina orange-colored water of the salt lake Syvash

10 Παραγωγή βιοτεχνολογικών ροϊόντων µέσω αναερόβιας α οικοδόµησης της γλυκερόλης Χρήση ροκαρυωτικών µικροοργανισµών Εµ λοκή της Οµάδας Βιοδιεργασιών Τροφίµων και Βιοδιυλιστηρίων του Γ.Π.Α. και των συνεργατών της σε σχέση µε τη διεθνή βιβλιογραφία

11 Γενικευµένο σχήµα α οικοδόµησης της γλυκερόλης υ ό αναεροβίωση Enterobacteriaceae Clostridium sp. Enterobacteriaceae

12 1) ΠΑΡΑΓΩΓΗ 1,3-ΠΡΟΠΑΝΟ ΙΟΛΗΣ Κυριότερες εφαρµογές: εφαρµογή στη σύνθεση βιοα οικοδοµήσιµων ολυµερών, χρήση ως λι αντική ουσία, βελτιωτικό σε διαλύτες και κόλλες Βιοτεχνολογική αραγωγή α ό φυσικά στελέχη, ό ου υ οχρεωτικά θα υ άρχει η γλυκερόλη ως υ όστρωµα (ή συν-υ όστρωµα) της ζύµωσης Τα φυσικά στελέχη αραγωγής ανήκουν στα γένη Klebsiella, Clostridium, Citrobacter, Enterobacter και Lactobacillus

13 Κινητική του βακτηρίου Clostridium butyricum F2b σε µονοβάθµιο συνεχές σύστηµα καλλιέργειας(d=,4 h -1 )για καταστάσεις δυναµικής ισορρο ίας Υψηλή αραγωγή 1,3- ρο ανοδιόληςµε ολύ υψηλό συντελεστή α όδοσης Glol g/l X g/l Glol g/l PD g/l Ac g/l But g/l Y PD/Glol g/g 2,59, 11,,25 2,4,55 4 1,1,9 21,1,43 4,8,54 5 1,21 1,7 26,7,53 6,2,55 6 1,32 1,9 33,6,69 7,3,58 7 1,4 2,2 37,3,88 8,1,55 8 1,5 5,5 41,2,97 9,9,55 9 1,95 3,2 44, 1,2 11,1,51

14 Υψηλή αραγωγή 1,3- ρο ανοδιόλης α ό το βακτήριο Clostridium butyricum VPI 1718 υ ό µη-αση τικές συνθήκες 2 Biomass Glycerol 1,3-Propanediol 7 Biomass [X, g/l] 1,5 1, Glycerol [Glyc, g/l], 1,3-Propanediol [PDO, g/l] Time [h]

15 Ε ίδραση του τύ ου αναεροβίωσης στην αραγωγή 1,3- ρο ανοδιόλης α ό το βακτήριο Clostridium butyricum VPI 1718 (a) (b) Biomass (g/l) , , Time (h) PDO formation (, g/l) Glycerol, 1,3-PDO, Butyric acid, Lactic acid (g/l) Biomass (g/l) ,8 25,6 2,4 15 1, Time (h) Lactic acid formation (, g/l) Glycerol, 1,3-PDO, Butyric acid, Lactic acid (g/l)

16 Πολύ υψηλή αραγωγή 1,3- ρο ανοδιόλης α ό το βακτήριο Citrobacter freundii FMCC-B 294 υ ό µη-αση τικές συνθήκες

19 2) ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ Κυριότερες εφαρµογές: αρασκευή οινο νευµατωδών οτών, χρήση ως διαλύτης, χρήση ως βιοκαύσιµο Βιοτεχνολογική αραγωγή: α ό την ζύµωση σακχάρων κυρίως α ό την ζύµη Saccharomyces cerevisiae και το βακτήριο Zymomonas mobilis Αυξανόµενο ενδιαφέρον αραγωγής αιθανόλης α ό γλυκερόλη τα τελευταία χρόνια

20 Παραγωγή αιθανόλης α ό το βακτήριο Citrobacter freundii FMCC-27 µε ολύ υψηλό συντελεστή α όδοσης

21 Υψηλή αραγωγή αιθανόλης (α ό τις υψηλότερες της βιβλιογραφίας) (και σχετικά υψηλή αραγωγή 1,3- ρο ανοδιόλης) α ό το βακτήριο Klebsiella oxytoca FMCC-197 Gly (g/l) PD (g/l) X (g/l) EtOH (g/l) Lac (g/l) Form (g/l) Ace (g/l) Glycerol (Gly, g/l) ,3-Propanediol (PD, g/l) Biomass (X, g/l), By-product formation (g/l) Time (h) Time (h)

23 Παραγωγή βιοτεχνολογικών ροϊόντων µέσω αερόβιας α οικοδόµησης της γλυκερόλης Χρήση ευκαρυωτικών µικροοργανισµών Εµ λοκή της Οµάδας Βιοδιεργασιών Τροφίµων και Βιοδιυλιστηρίων του Γ.Π.Α. και των συνεργατών της σε σχέση µε τη διεθνή βιβλιογραφία

24 Γενικευµένο σχήµα αραγωγής λι ιδίων, κιτρικού οξέος, ολυσακχαριτών και κυτταρικής µάζας α ό τη γλυκερόλη

25 1) ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ ΑΠΌ Ε Ω ΙΜΟΥΣ Ή/ΚΑΙ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΟΥΣ ΜΥΚΗΤΕΣ (C - καλλιέργεια) Χρήση µυκήτων του είδους Lentinula edodes Το µυκήλιο και τα καρ οσώµατα του µικροοργανισµού εριέχουν αντικαρκινικούς ολυσακχαρίτες Ελάχιστες εργασίες αναφέρουν χρήση γλυκερόλης ως υ όστρωµα της διεργασίας για αραγωγή µυκηλιακής µάζας α ό εδώδιµα ή φαρµατικά µανιτάρια

26 Υψηλή αραγωγή ξηράς µυκηλιακής µάζας µεε ίσης υψηλό συντελεστή α όδοσης (,5 g/g) α ό το µύκητα Lentinula edodes AMRL 121

27 2) ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ ΑΠΌ ΜΥΚΗΤΕΣ ΚΑΙ ΖΥΜΕΣ (Ν - καλλιέργεια) ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΛΙΠΙ ΙΑ ΣΕ ΠΟΣΟΣΤΟ >2% κ.β. ΕΠΙ ΤΗΣ ΜΑΖΑΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ ΣΥΣΤΑΣΗ ΣΕ ΛΙΠΑΡΑ ΟΞΕΑ ΟΜΟΙΑΖΟΥΣΑ ΑΥΤΗΣ ΦΥΤΩΝ Α) ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΠΡΟΣ ΖΩΟΤΡΟΦΗ Β) ΧΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΠΑΝΙΩΝ ΛΙΠΩΝ 1. ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΑ ΕΞΩΤΙΚΩΝ ΛΙΠΩΝ 2. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΛΙΠΟΥΣ ΜΕ ΑΣΥΝΗΘΗ ΠΟΛΥΑΚΟΡΕΣΤΑ ΛΙΠΑΡΑ ΟΞΕΑ (γ-λινολενικο ΟΞΥ, ΑΡΑΧΙ ΟΝΙΚΟ ΟΞΥ κλ ) Γ) ΧΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΩΝ ΛΙΠΙ ΙΩΝ ΓΙΑ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ 2ης ΓΕΝΙΑΣ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ

28 Υψηλή αραγωγή λι ιδίων το ο οίο εριέχει το διατρο-φαρµακευτικώς σηµαντικό γ-λινολενικό οξύ α ό το µύκητα Thamnidium elegans CCF 1465 Biomass (X) (g/l); Lipid (L) (g/l) X (g/l) L (g/l) Time (h) Glycerol (Glol) (g/l); Lipid in dry weight (Y L/X ) (%, wt/wt) Glol (g/l) Y (%, wt/wt) L/X Time (h) Glol Growth phase (h) C16: 9 C16:1 C18: 9 C18:1 9,12 C18:2 6,9,12 C18:3 UI LΕ (166) g/l ES (234) S (286) LΕ (147) g/l ES (214) S (286) LΕ (166) g/l ES (236) S (332)

Υψηλή αραγωγή λι ιδίων α ό το µύκητα Mortierella isabellina ATHUM 2935 X (g/l) Glol (g/l) Lipid in DCW N (mg/l) 14 L(g/ L) 4 7 12 Biomass (X, g/l); Lipid

29 Υψηλή αραγωγή λι ιδίων α ό το µύκητα Mortierella isabellina ATHUM 2935 X (g/l) Glol (g/l) Lipid in DCW N (mg/l) 14 L(g/ L) Biomass (X, g/l); Lipid (L, g/l) Glycerol (Glol, g/l) Lipid in DW (%, w/w) Nitrogen (mg/l) Time (h) Time (h)

30 Υψηλή αραγωγή λι ιδίων (και σχετικά υψηλή αραγωγή βιοµάζας και ενδο ολυσακχαριτών) α ό τη ζύµη Lipomyces starkeyi DSM DCW (g l -1 ) L (g l -1 ) IPS (g l -1 ) 1 5 Y L/DCW (%, w/w) Y IPS/DCW (%, w/w) Glol (g l -1 ) 12 Dry cell weight (DCW, g l -1 ); Lipid (L, g l -1 ) Intra-cellular polysaccharides (IPS, g l -1 ) Y L/DCW (%, w/w); Y IPS/DCW (%, w/w) Glycerol (Glol, g l -1 ) Time (h) Time (h) Glol Time Glol cons DCW L Y L/DCW Y DCW/Glol Y L/Glol (g /L) (g /L) (g/l) (g/l) (%, w/w) (g/g) (g/g)

31 Υψηλή αραγωγήβιοµάζας και λι ιδίων α ό τη ζύµη Rhodosporidium toruloides DSM X (g/l) L (g/l) Glol (g/l) 14 6 NH 4 + (mg/l) DOT (%, v/v) Lipid in DCW (% w/w) 1 Biomass (g/l); Lipid (g/l) Glycerol (g/l) Ammonium ions (mg/l) Dissolved oxygen tension (%, v/v); Lipid in dry cell weight (%, w/w) Time (h) Time (h) Glol (g/l) Time (h) C16: C18: 9C18:1 9,12C18: , 12,8 58,4 6, ,1 18,9 54,9 3, ,4 19,1 53,8 2, ,7 17,6 54, 2, , 17,7 53,3 2,8 Rapeseed Oil

isabellina ATHUM 2935 Lane 1: mix of neutral lipid standards (cholesterol-cl, oleic acid-ffa, glyceryl

32 Μικροβιακά λι ίδια συνιστάµενα κυρίως α ό τριγλυκερίδια TLC analysis of the crude Folch extract before (lane 3) and after washing with saturated KCl solution (lane 2) of the cellular lipid by Mortierella isabellina ATHUM 2935 Lane 1: mix of neutral lipid standards (cholesterol-cl, oleic acid-ffa, glyceryl trioleate-tag, cholesteryl linoleate, CE) TLC analysis performed when lipid in DCW presented its highest value.

33 Μικροβιακά λι ίδια του Rhodosporidium toruloides ου αράχθηκαν κατά την καλλιέργεια στη γλυκερόλη µετατρά ηκαν σε βιοντήζελ Glol (g/l) % w/w C16: C18: 9C18:1 9,12C18:2 Total lipid N 88 G+S 1 P 2 PROPERTY UNIT RESULTS LIMITS METHOD Iodine value g iode /1 g 81, 12 max EN14111 EN163 CFPP C -5 max EN116 FAMEs %(m/m) 98,5 >97 EN1413 Flash point C min EN ISO 3679 PUFA methylesters %(m/m) <1 1 max EN Cetane number % min EN ISO 5165 Viscosity at 4 C mm 2 /s <5 mm 2 /s, 3,5-5, EN ISO 314 Density at 15 C kg/m EN ISO 3675

36 Προγράµµατα γλυκερόλης της Οµάδα Βιοδιεργασιών Τροφίµων και Βιοδιυλιστηρίων 2-21: Αύξηση και συσσώρευση λί ους σε ελαιογόνους µύκητες και ζύµες: κινητικές και βιοχηµικές µελέτες, Μεταδιδακτορική έρευνα Ι.Κ.Υ : 5ΠΑΒ 15 (Π.Α.Β.Ε.Τ. 25) µε τίτλο Αξιο οίηση γεωργο-βιοµηχανικών υ ολειµµάτων µε την καλλιέργεια του µύκητα Lentinulaedodesγια αραγωγή µεταβολικών ροϊόντων βιοτεχνολογικού ενδιαφέροντος, Γ.Γ.Ε.Τ : Integrated bioconversion of glycerineinto value-added products and biogas at pilot plant scale (ακρωνύµιο: Propanergy), (Collaborative project, Theme 5: ENERGY, AREA ENERGY: Topic Energy ), FP7 E.E : Ανά τυξη βιοδιυλιστηρίου για την αξιο οίηση υ ολειµµάτων αραγωγής βιοντήζελ ρος βιοα οικοδοµήσιµα ολυµερή και ροϊόντα υψηλής ροστιθέµενης αξίας (ακρωνύµιο: Bioref), ράση Εθνικής εµβέλειας ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ Πράξη Ι, Γ.Γ.Ε.Τ./Ε.Ε : Production of hydrolase enzymes and bifunctional monomers (1,3-PDO, 2,3-BDO and fumaric acid) in order to produce petrochemicals, Βιοµηχανία Petrobras(Brazil) : Νέες βιοδιεργασίες αραγωγής µικροβιακών λι ιδίων χρησιµο οιώντας ακάθαρτη γλυκερόλη και κυτταρινούχα σάκχαρα (ακρωνύµιο: Bio4oil), ιµερής Ε. & Τ. Συνεργασία Ελλάδας-Γερµανίας , Γ.Γ.Ε.Τ./Ε.Ε. 217-τώρα: Βιοτεχνολογική ε εξεργασία και αξιο οίηση µιγµάτων υγρών α οβλήτων ελαιουργίας και ακάθαρτη βιοµηχανικής γλυκερόλης ρος αραγωγή ροϊόντων ροστιθέµενης αξίας µε χρήση στελεχών του ζυµοµύκητα Yarrowia lipolytica, Μεταδιδακτορική έρευνα Ι.Κ.Υ.

37 Οµάδα Βιοδιεργασιών Τροφίµων και Βιοδιυλιστηρίων του Γ.Π.Α. Ε ίκουρος Καθηγητής Α οστόλης Κουτίνας ρ Νικόλαος Κοψαχείλης ρ Αφροδίτη Χατζηφράγκου ρ ηµήτριος Σαρρής ρ Sidoine Sadjeu Tchakouteu ρ Βασιλική Καχριµανίδου ρ Μαρία Μετσοβίτη Glycerol conversions (to be) continued by: Υ Σοφία Μάϊνα Υ Ευάγγελος Ξενό ουλος Υ Ρoζανίνα Φιλι ούση

38 Συνεργάτες οµάδας Βιοδιεργασιών Τροφίµων και Βιοδιυλιστηρίων του Γ.Π.Α. Καθηγητής Γεώργιος Αγγελής Καθηγητής An-Ping Zeng ρ Wael Sabra Τακτικός Ερευνητής Αντώνης Φιλι ούσης

Σχετικά έγγραφα

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα (Τ.Ε.Ι.) Θεσσαλίας Επεξεργασία & Αξιοποίηση Αγρο-Διατροφικών Αποβλήτων Μέρος ΙΙΙ: Βιοτεχνολογικές μέθοδοι αξιοποίησης Ενότητα ΙIΙ.2: Μικροβιακή