ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΕΡΓΙΣΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΝΟΛΥΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΜΥΛΟΛΥΤΙΚΩΝ ΕΝΖΥΜΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΔΙΑΤΡΟΦΙΚΑ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΑ.

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΝΕΡΓΙΣΤΙΚΗΣ ΔΡΑΣΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΝΟΛΥΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΜΥΛΟΛΥΤΙΚΩΝ ΕΝΖΥΜΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΔΙΑΤΡΟΦΙΚΑ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΑ. Δ. Αλαμάνου, Δ. Μαμμά, Δ. Κέκος Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας Σχολή Χημικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, 1578, Αθήνα *e-mail: kekos@chemeng.ntua.gr Α. Σωτηρόπουλος, Δ. Μαλαμής, Μ. Λοϊζίδου. Μονάδα Περιβαλλοντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας Σχολή Χημικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, 1578, Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η επίδραση κυτταρινολυτικών και αμυλολυτικών εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων σε διαφορετικές ενεργότητες κατά τη διεργασία ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης (SSF) διατροφικών απορριμμάτων τα οποία έχουν υποστεί οικιακή ξήρανση, για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Πριν από τη διεργασία βιομετατροπής τα ξηρά διατροφικά απορρίμματα υπέστησαν υδροθερμική προκατεργασία στους ο C παρουσία αραιού θειικού οξέος (1g/g ξηρού υποστρώματος) σε συγκέντρωση % (β/ο). Τα χρησιμοποιηθέντα ενζυμικά σκευάσματα ήταν: (α) Liquozyme SC DS (ααμυλάση), (β) Spirizyme Fuel (γλυκοαμυλάση), (γ) μίγμα Celluclast 1.5L-Novozyme 188 5:1 (o/o) (κυτταρινολυτικό σκεύασμα) και (δ) Cellic Ctec2 (κυτταρινολυτικό σκεύασμα). Από τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης φαίνεται ότι η αύξηση της ενεργότητας της α- αμυλάσης οδηγεί σε αύξηση της παραγόμενης αιθανόλης, ο συνδυασμός α-αμυλάσης/γλυκοαμυλάσης βελτιώνει περαιτέρω την παραγωγή αιθανόλης λόγω αποτελεσματικότερης υδρόλυσης του αμύλου. Επίσης, η χρήση μίγματος αμυλολυτικών/κυτταρινολυτικών ενζύμων οδηγεί στη μέγιστη επιτευχθείσα παραγωγή αιθανόλης 29.11g/L (.6g αιθανόλης/g ξηρών διατροφικών απορριμμάτων, 62.81% της μέγιστης θεωρητικής απόδοσης με βάση τα μη δομικά και τα δομικά σάκχαρα). Τέλος, η εναπομένουσα ποσότητα αναγωγικών σακχάρων κατά τη λήξη της ζύμωσης καταδεικνύει ότι η εφαρμοζόμενη ενεργότητα γλυκοαμυλάσης (Spirizyme Fuel, 5.6U/g αμύλου) είναι χαμηλή για την επίτευξη μέγιστης παραγωγής αιθανόλης. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Καθώς, η τιμή της ενέργειας που προέρχεται από ορυκτές πηγές αυξάνεται και τα αποθέματα σε ορυκτά καύσιμα μειώνονται, αυξάνοντας τη ζήτηση για εναλλακτικές πηγές καυσίμων, η βιοαιθανόλη αποτελεί το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο βιοκαύσιμο για μεταφορά σε όλο τον κόσμο. Η παραγωγή βιοαιθανόλης πρώτης γενιάς επιδρά στο κόστος παραγωγής τροφίμων. Από την άλλη πλευρά, η βιοαιθανόλη δεύτερης γενιάς είναι μια πιο βιώσιμη λύση, δεδομένου ότι για την παραγωγή της δε χρησιμοποιούνται διατροφικές καλλιέργειες. Σύμφωνα με την οδηγία της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας που εκδόθηκε τον Ιανουάριο του 27 τίθεται υποχρεωτικός στόχος συμμετοχής κατά 2% ενέργειας που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές (Α.Π.Ε.) στο συνολικό μίγμα ενέργειας της Ε.Ε. μέχρι το 22. Τον Απρίλιο του 29 η Ε.Ε. υιοθέτησε την οδηγία 29/28/EC η οποία θέτει στόχους για κάθε κράτος-μέλος ξεχωριστά. Σύμφωνα με την οδηγία αυτή, η Ελλάδα δεσμεύεται να επιτύχει ένα στόχο της τάξεως του 18% συμμετοχής ενέργειας από ΑΠΕ στο συνολικό μίγμα ενέργειας της χώρας, ποσοστό το οποίο αυξήθηκε από την Ελληνική Κυβέρνηση σε 2% στο σχετικό Νόμο 3851/2 [1]. Παρ όλα αυτά καμία μονάδα παραγωγής βιοαιθανόλης δεν έχει κατασκευαστεί ακόμη. Τα βιοαπόβλητα αποτελούν των νέα πολλά υποσχόμενη πρώτη ύλη για την παραγωγή αιθανόλης. Σύμφωνα με στοιχεία της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ), ως βιοαπόβλητα νοούνται τα βιοαποδομήσιμα απόβλητα κήπων και πάρκων, τα απορρίμματα τροφών και μαγειρείων νοικοκυριών, εστιατορίων, μονάδων εστίασης και καταστημάτων λιανικής πώλησης, και παρεμφερή απόβλητα εγκαταστάσεων επεξεργασίας τροφίμων. Η συνολική ετήσια παραγωγή βιοαποδομήσιμων αποβλήτων στην ΕΕ, υπολογίζεται σε 88Mt και αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα κλάσματα των Αστικών Στερεών Αποβλήτων (ΑΣΑ) (π.χ. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση), τα βιοαπόβλητα αποτελούν το 32% β/β ενώ στην περίπτωση της Ελλάδος, είναι περίπου 44% β/β [2,3]. Η παραγωγή βιοαποβλήτων από οικίες, αποτελεί το μεγαλύτερο κομμάτι (περίπου το 38% των Αστικών Στερεών Αποβλήτων) (ΑΣΑ) μεταξύ των διαφορετικών τομέων παραγωγής βιοαποβλήτων (εστιατορίων, μονάδων εστίασης και καταστημάτων λιανικής πώλησης). H ανάγκη μείωσης των ποσοτήτων των βιοαποβλήτων που οδηγούνται στους

ΧΥΤΑ αφενός και η προσπάθεια παραγωγής εναλλακτικών μορφών ενέργειας από είδη βιομάζας τα οποία δεν επηρεάζουν την διατροφικές καλλιέργειες, οδήγησε στη χρήση βιομάζας προερχόμενη από οικίες προκειμένου να παραχθεί βιοαιθανόλη δεύτερης γενιάς. Η οικιακή ξήρανση των διατροφικών αποβλήτων αποτελεί μια καινοτόμο τεχνολογία διαχείρισης και προκατεργασίας των διατροφικών απορριμμάτων στην πηγή. Η απομάκρυνση της περιεχόμενης στα τρόφιμα υγρασίας, σε επίπεδο οικίας, έχει ως αποτέλεσμα την διατήρηση του ποσοστού υδατανθράκων του υλικού λόγω αναστολής της μικροβιακής δραστηριότητας μέχρι την τελική τους διάθεση. Η διακύμανση της σύστασης των διατροφικών απορριμμάτων ανάλογα με την εποχή και τις κοινωνικοοικονομικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή συλλογής κατέστησε αναγκαία την εύρεση του βέλτιστου συνδυασμού κυτταρινολυτικών και αμυλολυτικών ενζύμων η οποία θα είναι ικανή ανεξαρτήτως διακυμάνσεων σύστασης, να αποδώσει τη βέλτιστη βιομετατροπή της πρώτης ύλης σε βιοαιθανόλη. Για τις ανάγκες της πειραματικής διαδικασίας χρησιμοποιήθηκαν βιοαπόβλητα από 82 οικίες των Δήμων Ασπροπύργου και Παπάγου-Χολαργού τα οποία είχαν διαχειριστεί με τη μέθοδο της αποκεντρωμένης ξήρανσης οικιακών διατροφικών αποβλήτων. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ξήρανση και διάθεση πρώτης ύλης Η επεξεργασία και διάθεση της ξηρής πρώτης ύλης για τις ανάγκες της πειραματικής διαδικασίας έγινε από τη Μονάδα Περιβαλλοντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Σχολής Χημικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π. Ανάλυση της σύστασης των διατροφικών απορριμμάτων Ο προσδιορισμός υγρασίας, τέφρας, λιπαρών, ολικού αζώτου πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με τις μεθόδους της AOAC [4]. Τα ποσοστά κυτταρίνης εκτιμήθηκαν σύμφωνα με τη μέθοδο που περιγράφεται από τους Mamma et al.[5]. Το περιεχόμενο άμυλο (διαλυτό και μη) προσδιορίστηκε με εφαρμογή των μεθόδων AOAC (Method 996.11) και AACC (Method 76.11) [6,7]. Υδροθερμική προκατεργασία διατροφικών απορριμμάτων Η υδροθερμική κατεργασία ή υδροθερμόλυση (hydrothermolysis, liquid hot-water treatment) περιλαμβάνει την κατεργασία σε νερό σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί ενισχυθεί με την προσθήκη ενός καταλύτη, συνήθως οξέος. Η υδροθερμόλυση των διατροφικών απορριμμάτων πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με τη μέθοδο που περιγράφεται από τους Dogaris et al [8]. Οι συνθήκες προκατεργασίας ήταν: συγκέντρωση του στερεού % (β/ο), θερμοκρασία o C, χρόνος προκατεργασίας 6 min. Η προκατεργασία πραγματοποιήθηκε παρουσία θειικού οξέος (1 g Η 2 SO 4 / g στερεού). Παραγωγή βιοαιθανόλης από διατροφικά απορρίμματα Η ζύμωση του υδροθερμικά προκατεργασμένου υλικού πραγματοποιήθηκε σε κωνικές φιάλες τύπου Erlenmeyer, όγκου ml στις οποίες τοποθετήθηκε ποσότητα προκατεργασμένου ή μη υλικού, κατάλληλη ώστε η συγκέντρωση στερεών να είναι % (β/ο). Ακολουθούσε ρύθμιση του ph στην τιμή 5. (κοινό βέλτιστο για τα χρησιμοποιούμενα ένζυμα). Ανάλογα με την εξεταζόμενη συνθήκη ακολουθούσε προσθήκη κατάλληλης ποσότητα ενζυμικών σκευασμάτων ώστε οι ενεργότητα της α- αμυλάσης (Liquozyme SC DS) να είναι.53 και 5.3U/g αμύλου, της αμυλογλυκοζιδάσης (Spirizyme Fuel) 5.6U/g αμύλου, μίγματος 5:1 (ο/ο) Celluclast 1.5L και Novozyme 188 και Cellic CTec2, έτσι ώστε η ολική ενεργότητα κυτταρινασών σε κάθε περίπτωση να είναι FPU/g κυτταρίνης. Κατά την εφαρμογή της μη ισοθερμοκρασιακής ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης το προκατεργασμένο υλικό υφίστατο τρία διαδοχικά στάδια προϋδρόλυσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Συγκεκριμένα, min στους 85 C με α-αμυλάση, έπειτα min και 65 C με αμυλογλυκοζιδάση και τέλος 6h με κυτταρινάσες σε θερμοκρασία 5 C. Τέλος, μετά την προσθήκη 15 mg ξηρής μαγιάς αρτοποιίας/g αρχικού ξηρού υλικού (Yiotis, Athens, Greece) οι φιάλες τοποθετούνταν σε θερμοστατούμενο αναδευτήρα (8±2 rpm) θερμοκρασίας ±.5 o C. Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν εις διπλούν. Σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές λαμβάνονταν δείγματα από τις καλλιέργειες και μετρούνταν η αιθανόλη και τα εναπομείναντα σάκχαρα. Αναλύσεις Η απελευθέρωση των αναγωγικών σακχάρων προσδιορίστηκε με την μέθοδο του 3,5- δινιτροσακυλικού οξέως (DNS) [9]. Τα αναγωγικά σάκχαρα εκφράστηκαν μέσω καμπύλης αναφοράς σε ισοδύναμα γλυκόζης.

Η γλυκόζη προσδιορίστηκε με τη χρήση εμπορικού ενζυμικού σκευάσματος αντιδραστηρίων (Biosis, Ελλάς). Η αιθανόλη προσδιορίστηκε με Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης (HPLC) με εφαρμογή της μεθόδου που περιγράφεται από τους Dogaris et al [8]. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Σύσταση διατροφικών απορριμμάτων Με εφαρμογή των πειραματικών πρωτοκόλλων ανάλυσης που προαναφέρθηκαν έγινε ο προσδιορισμός της σύστασης των διατροφικών απορριμμάτων. Στον πίνακα που ακολουθεί (πίνακας 1) φαίνεται η περιεκτικότητα σε υδατοδιαλυτά συστατικά και ολικού πολυσακχαρίτες της πρώτης ύλης. Πίνακας 1. Σύσταση διατροφικών απορριμμάτων. Συστατικό Περιεκτικότητα g/g ξ.σ. stdev Υδατοδιαλυτά 35.996.85 Ολικά αναγωγικά σάκχαρα 14.1.353 Γλυκόζη 3.46.2 Σακχαρόζη 3.47.68 Φρουκτόζη 4.38.9 Κυτταρίνη 11.2.22 Άμυλο 6.67.46 Διακριτή δράση αμυλολυτικών και κυτταρινολυτικών ενζύμων. Ταυτόχρονη Σακχαροποίηση και Ζύμωση (SSF) και Μη Ισοθερμοκρασιακή Ταυτόχρονη Σακχαροποίηση και Ζύμωση (NSSF) Διατροφικών Απορριμμάτων. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης και μη ισοθερμοκρασιακής ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης με χρήση μόνο αμυλολυτικών ενζύμων σε ξηρά διατροφικά απορρίμματα με παραπλήσιες περιεκτικότητες αμύλου και κυτταρίνης. Οι πειραματικές συνθήκες παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Πίνακας 2. Ταυτόχρονη Σακχαροποίηση και Ζύμωση και μη Ισοθερμοκρασιακή Ταυτόχρονη Σακχαροποίηση και Ζύμωση Διατροφικών Απορριμμάτων σε συνθήκες διαλείποντος έργου. Αμυλολυτικά ένζυμα Liquozyme SC DS Spirizyme Fuel Κυτταρινολυτικά ένζυμα Celluclast 1.5L/ Novozyme 188 (5/1 o/o) (FPU/g κυτταρίνης) Cellic CTec2 (FPU/g κυτταρίνης) -- -- -- --.53 -- -- -- 5.3 -- -- -- -- 5.6 -- -- -- -- -- -- -- --.53 5.6 -- -- 5.3 5.6 -- -- Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι μέγιστες επιτευχθείσες τιμές αιθανόλης, καθώς και τα ποσοστά επί των θεωρητικών αποδόσεων που προέκυψαν από τη διακριτή δράση των χρησιμοποιηθέντων αμυλολυτικών και κυτταρινολυτικών ενζύμων κατά τόσο κατά την ισοθερμοκρασιακή όσο και κατά τη μη ισοθερμοκρασιακή ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση.

Πίνακας 3. Παραγωγή βιοαιθανόλης από διατροφικά απορρίμματα με εφαρμογή της διεργασίας SSF και NSSF. Ενζυμικό Φορτίο Παραγωγή αιθανόλης (g/l) Παραγωγικότητα αιθανόλης (g/l h) % της μέγιστης θεωρητικής απόδοσης a % της μέγιστης θεωρητικής απόδοσης b Απομάκρυνση Αμύλου (%) Απομάκρυνση Κυτταρίνης (%) SSF No enzymes 16.98.9 96.37 35.34 37.13. Liquozyme (.53 U/g αμύλου) 17.67.86 2.44 37.57 69.81. Liquozyme (5.3 U/g αμύλου) 19.69 2. 9 114.18 41.87 79.81. Spirizyme (5.6 U/g αμύλου) 22.45 1.15 131.38 48.18 76.65. Celluclast/Novozyme ( FPU/g κυτταρίνης) 24. 1.13 141.84 52.2 83.16 23.7 Cellic ( FPU/g κυτταρίνης) 18.75.99 8.72 39.87 63.9 35.11 Liquozyme (.53 U/g αμύλου)/spirizyme (5.6 U/g Αμύλου) 24.82.95 145.44 53.34 72.98. Liquozyme (5.3 U/g αμύλου)/spirizyme (5.6 U/g) 26.28 2.6 154.3 56.49 84.61 1.91 ΝSSF Liquozyme (.53 U/g αμύλου) 16.91 2.4 98.5 35.96 73.85. Liquozyme (5.3 U/g αμύλου) 19.5 2.2 1.47.51 88.16. Spirizyme (5.6 U/g αμύλου) 22.89 2.64 1.93 49.11 73.41. Celluclast/Novozyme ( FPU/g κυτταρίνης) 23.13 2.47 154.56 56.68 43. 51.89 Cellic ( FPU/g κυτταρίνης) 25.51 2.73 1.33 51.46 42.23 31.62 Liquozyme (.53 U/g αμύλου)/spirizyme (5.6 U/g Αμύλου) 26.59 2.95 138.18 5.67 84.29. Liquozyme (5.3 U/g αμύλου)/spirizyme (5.6 U/g) 24.2 2.5 15.81 55.31 9.39. a Με βάση τη μέγιστη θεωρητική απόδοση αιθανόλης από τη βιομετατροπή των μη δομικών σακχάρων. b Με βάση τη μέγιστη θεωρητική απόδοση αιθανόλης από τη βιομετατροπή των μη δομικών σακχάρων και της κυτταρίνης (Y αιθανόλης/σακχάρου =.511)

Συνεργιστική δράση αμυλολυτικών και κυτταρινολυτικών ενζύμων. Ταυτόχρονη Σακχαροποίηση και Ζύμωση (SSF) Διατροφικών Απορριμμάτων. Όπως περιγράφηκε παραπάνω ακολούθησε μελέτη της συνεργιστικής δράσης των αμυλολυτικών και των κυτταρινολυτικών ενζύμων στη βιομετατροπή των προκατεργασμένων ξηρών διατροφικών απορριμμάτων. Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι ενζυμικές ενεργότητες που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διεργασία ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης που εφαρμόστηκε. Πίνακας 4: Ταυτόχρονη Σακχαροποίηση και Ζύμωση Διατροφικών Απορριμμάτων σε συνθήκες διαλείποντος έργου. Εφαρμοζόμενες ενζυμικές ενεργότητες. Liquozyme SC DS Αμυλολυτικά ένζυμα Spirizyme Fuel Κυτταρινολυτικά ένζυμα Celluclast 1.5L/ Novozyme 188 (5/1 o/o) (FPU/g κυτταρίνης) Cellic CTec2 (FPU/g κυτταρίνης).53 5.6 -- 5.3 5.6 --.53 5.6 -- 5.3 5.6 -- Διάγραμμα 1: Χρονική μεταβολή αιθανόλης ( ), γλυκόζης ( ) και συνολικών αναγωγικών σακχάρων ( ) κατά την SSF υδροθερμικά προκατεργασμένου υλικού με διεργασία διαλείποντος έργου. Συνδυασμός αμυλολυτικών και κυτταρινολυτικών ενζύμων: (α) Liquozyme.53U/g αμύλου, Spirizyme 5.6 U/g αμύλου, Celluclast/Novozyme (5/1, o/o) FPU/g κυτταρίνης, (β) Liquozyme 5.3U/g αμύλου, Spirizyme 5.6 U/g αμύλου, Celluclast/Novozyme (5/1 o/o) FPU/g κυτταρίνης. 2 2 2 6 8 2 6 8 (α) (β) Διάγραμμα 2: Χρονική μεταβολή αιθανόλης ( ), γλυκόζης ( ) και συνολικών αναγωγικών σακχάρων ( ) κατά την SSF υδροθερμικά προκατεργασμένου υλικού με διεργασία διαλείποντος έργου. Συνδυασμός αμυλολυτικών και κυτταρινολυτικών ενζύμων: (α) Liquozyme.53U/g αμύλο, Spirizyme 5.6 U/g αμύλου, Cellic CTec2 FPU/g κυτταρίνης, (β) Liquozyme 5.3U/g αμύλου, Spirizyme 5.6 U/g αμύλου, Cellic CTec 2 FPU/g κυτταρίνης. 2 2 2 6 8 2 6 8 (α) (β)

Στον πίνακα 5 παρατίθενται οι μέγιστες επιτευχθείσες τιμές αιθανόλης. Πίνακας 5: Αποτελέσματα παραγωγής βιοαιθανόλης από διατροφικά απορρίμματα με εφαρμογή της διεργασίας SSF (ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση) σε συνθήκες διαλείποντος έργου. Ενζυμικό Φορτίο % της % της Παραγωγή Παραγ/τητα μέγιστης μέγιστης αιθανόλης αιθανόλης θεωρητικής θεωρητικής (g/l) (g/l h) απόδοσης a απόδοσης b Liquozyme (.53)/Spirizyme (5.6)/ Celluclast/Novozyme (( FPU/g κυτταρίνης) 28.9 1.39 17.1 62.35 Liquozyme (5.3)/Spirizyme (5.6) /Celluclast/Novozyme ( FPU/g κυτταρίνης) 29.11 2.86 171.28 62.81 Liquozyme (.53)/Spirizyme (5.6)/Cellic( FPU/g κυτταρίνης) 27.21 2.54 159.66 58.55 Liquozyme (5.3)/Spirizyme (5.6)/Cellic ( FPU/g κυτταρίνης) 27.67 2.8 162.42 59.57 a Με βάση τη μέγιστη θεωρητική απόδοση αιθανόλης από τη βιομετατροπή των μη δομικών σακχάρων. b Με βάση τη μέγιστη θεωρητική απόδοση αιθανόλης από τη βιομετατροπή των μη δομικών σακχάρων και της κυτταρίνης (Y αιθανόλης/σακχάρου =.511). Πίνακας 6. Ποσοστιαία απομάκρυνση πολυσακχαριτών μετά από την εφαρμογή της διεργασίας SSF (ταυτόχρονη σακχαροποίηση και ζύμωση) σε συνθήκες διαλείποντος έργου. Υπολογισμός πολυσακχαριτών στο ξηρό υπόλειμμα της διεργασίας. % Απομάκρυνση % Απομάκρυνση Αμύλου Κυτταρίνης 79.44 36.34 86.38.26 74.85 26.73 84.75 35.11 Από τα διαγράμματα 1 και 2 εξάγεται το συμπέρασμα ότι η ζύμωση εξελίσσεται με αυξημένο ρυθμό τις πρώτες 12h ενώ ακολούθως ο ρυθμός αυτός ελαττώνεται και η διεργασία ολοκληρώνεται στις 24h. Η γλυκόζη καταναλώνεται εξ ολοκλήρου στις 12 πρώτες ώρες της διεργασίας. Όπως ήταν αναμενόμενο η αύξηση της ενζυμικής ενεργότητας της α-αμυλάσης όταν δρα σε συνδυασμό με την αμυλογλυκοζιδάση, οδηγεί σε μεγαλύτερη παραγωγή αιθανόλης. Η παραγωγικότητα της διεργασίας κυμαίνεται από.9 2.86 g/l. h. ειδικότερα μίγματος Liquozyme SC DS/Spirizyme Fuel/Celluclast 1.5L-Novozyme 188 (5.3 Units/g αμύλου/5.6 Units/g αμύλου/ FPU/g κυτταρίνης) Αναφορικά με τα κυτταρινολυτικά σκευάσματα, το μίγμα Celluclast 1.5L-Novozyme 188 είναι αποτελεσματικότερο έναντι του Cellic Ctec2. Είναι φανερό τόσο από τον πίνακα 3 ότι η επίδραση της προυδρόλυσης στη συνολική διεργασία δεν είναι σημαντική. Πρέπει να σημειωθεί όμως ότι το στάδιο της προυδρόλυσης βοηθά στην παραγωγή άμεσα ζυμώσιμων σακχάρων με αποτέλεσμα η διαδικασία έναρξης της ζύμωσης από τον μύκητα να είναι ευκολότερη. Κατά τις 8 πρώτες ώρες της διεργασίας SSF παρατηρήθηκε καθυστέρηση στην έναρξη κατανάλωσης των θρεπτικών. Όμοια συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν και από την παρατήρηση των τιμών των παραγωγικοτήτων των δύο διαφορετικών διεργασιών ζύμωσης. Τα αποτελέσματα όμως συσχετιζόμενα με τις ενεργειακές ανάγκες (επί παραδείγματι μείωση της θερμοκρασίας προϋδρόλυσης σε τρία στάδια) των δύο διεργασιών οδηγούν στο συμπέρασμα πως η καθυστέρηση στην έναρξη κατανάλωσης των θρεπτικών κατά την SSF δεν καθιστά τη διεργασία συνολικά χρονοβόρα, αφού επιτυγχάνεται ισάξιο αποτέλεσμα με την NSSF. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας είναι ικανοποιητικά συγκρινόμενα με αυτά της διεθνούς βιβλιογραφίας. Ρευστοποίηση και ζύμωση εφαρμόστηκε από τους Moon et al.[]. Ρευστοποίησαν διατροφικά απορρίμματα με χρήση carbohydrases και αμυλογλυκοζιδασών. Η ρευστοποίηση διήρκεσε 3 ώρες και η παραγόμενη αιθανόλη ανήλθε στα 29,1g/L τιμή η οποία είναι χαμηλότερη από αυτή που επιτεύχθηκε στην παρούσα μελέτη. Οι Man et al.[11], ανέφεραν παραγωγή αιθανόλης της τάξης των 24.17 g/l από τη ζύμη Kluyveromyces marxianus σε εκπλύματα διατροφικών αποβλήτων. Οι Wang et al.[12], ανάφεραν παραγωγή αιθανόλης της τάξης των 33.5 g/l από οικιακά απορρίμματα (kitchen waste) όπου βέβαια η αρχική περιεκτικότητα σε ολικά σάκχαρα ήταν πολύ υψηλή (63.88 % β/β). Από την άλλη πλευρά οι

Walker et al.[13], χρησιμοποίησαν απορρίμματα τροφών με υψηλή περιεκτικότητα σε άμυλο αλλά η παραγόμενη αιθανόλη ήταν εξαιρετικά χαμηλή (8 g/l). ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα διατροφικά απορρίμματα περιέχουν μία σημαντική ποσότητα μη δομικών (ελεύθερων) σακχάρων καθώς και δομικών πολυσακχαριτών (κυτταρίνης, αμύλου). Ενώ τα σάκχαρα μπορούν να βιομετραπούν άμεσα σε αιθανόλη, η κυτταρίνη και το άμυλο θα πρέπει αρχικά να υδρολυθούν προς γλυκόζη με τη χρήση κατάλληλου ενζυμικού συστήματος. Σημαντική επίσης παράμετρος στην υδρόλυση της κυτταρίνης και το αμύλου είναι και η προκατεργασία του υλικού. Η χρήση στην παρούσα εργασία του μίγματος Celluclast 1.5L και Novozyme 188 (δύο εμπορικών κυτταρινολυτικών σκευασμάτων) σε συνδυασμό με μίγμα Liquozyme SC DS με Spirizyme Fuel (δύο εμπορικών αμυλολυτικών σκευασμάτων) και με υδροθερμική προκατεργασία του υλικού οδήγησε σε ποσοστά άνω του 79% αποικοδόμησης του αμύλου και έως 36% της κυτταρίνης (πίνακας 6), αποτελέσματα που καταδεικνύουν ότι με μικρή αύξηση της ποσότητας της αμυλογλυκοζιδάσης και των κυτταρινολυτικών ενζύμων μπορεί να επιτευχθεί περαιτέρω αύξηση της παραγόμενης αιθανόλης. Ωστόσο, με δεδομένο ότι σημαντική συνεισφορά στο συνολικό κόστος παραγωγής αιθανόλης έχει και το χρησιμοποιηθέν ενζυμικό φορτίο, φαίνεται ότι μπορεί η βιομετατροπή των διατροφικών απορριμμάτων να είναι αποτελεσματική και σε χαμηλά ενζυμικά φορτία. Η βιομετατροπή των διατροφικών απορριμμάτων σε αιθανόλη πραγματοποιήθηκε με εφαρμογή της τεχνολογίας ταυτόχρονης σακχαροποίησης και ζύμωσης. Το πλεονέκτημα της εν λόγω τεχνολογίας είναι η συνεχής υδρόλυση του υλικού και η ταυτόχρονη απομάκρυνση των προϊόντων υδρόλυσης από το μικροοργανισμό που επιτελεί τη ζύμωση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την άρση της παρεμπόδισης των ενζύμων από τα προϊόντα υδρόλυσης. Η παραγόμενη αιθανόλη ανήλθε σε ικανοποιητικά επίπεδα, συγκρινόμενη και με αντίστοιχα αποτελέσματα της διεθνούς βιβλιογραφίας. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Τα αποτελέσματα της εργασίας βασίζονται σε έρευνα η οποία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του LIFE+ έργου με τίτλο: «Ανάπτυξη και επίδειξη μιας καινοτόμου μεθόδου μετατροπής των απορριμμάτων σε βιοαιθανόλη» Waste2Bio, (LIFE 11 ENV/GR/949, 212 215), το οποίο συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν την εταιρεία Novozymes A/S (Δανία) για την προσφορά των ενζυμικών σκευασμάτων που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1]. Voumvoulakis E, Asimakopoulou G, Danchev S, Maniatis, Tsakanikas A. Energy Policy, 5:161-173 (212). [2]. GREEN PAPER on the management of bio-waste in the European Union, Brussels, 3.12.28 COM (28) 811 final, {SEC(28) 2936} on line available on: http://eurlex.europa.eu/en/tools/about.htm, (28). [3]. Position paper of the Bio-waste alliance, on line available on: http://www.biowaste.eu/ (29). [4]. AOAC, 15th ed. AOAC Inc., USA (199). [5]. Mamma D., Kourtoglou E., Christakopoulos P. Bioresource Technology, 99 (7), (28) pp. 2373-2383. [6]. American Association of Cereal Chemists: Approved Methods of the AACC. Method 76-11, approved October 1976. [7]. McCleary, B. V., Gibson, T. S. and Mugford, D. C. (1997). Measurement of total starch in cereal products by amyloglucosidase - α-amylase method: Collaborative study. J. AOAC Int. 8, 571-579. [8]. Dogaris I., Karapati S., Mamma, D., Kalogeris, E. & Kekos, D., Bioresource Technology,, (29), pp.6543 6549. [9]. Miller, G. L., Anal. Chem. 31, 1959, pp.426 428. []. Moon H.C., Song I.S., Kim J.C., Shirai, Y., Lee, D.H., Kim, J.K., Chung, S.O., Kim, D.H., Oh, K.K., Cho, Y.S., Int. J. of Energy Research 33, (29), pp.164 172. [11]. Man H.L., Behera S.K., Park H.S., Int. J. of Env. Sci. and Tech. 7, (2) pp.157-64. [12]. Wang Q., Ma H., Xu W., Gong, L., Zhang, W., Zou, D. Biochem. Eng. J. 39(1), (28) pp.64-. [13]. Walker K., Vadlani P., Madl R., Ugorowski P., Hohn K.L. (212). Environmental Progress and Sustainable Energy, 27, DOI:.2/ep.117.