Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

gamze gamze

sdff
by

gamze turk

on 11 January 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of gamze gamze

AYÇİÇEĞİ SAPINA UYGULANAN FARKLI ÖN İŞLEM METOTLARININ
ENZİMATİK HİDROLİZE ETKİSİ

17573448290 Gamze TÜRK
68113123948 Mustafa YAVUZ

Doç. Dr. Berrin BOZAN
Biyokütle, doğrudan veya bir çevrim prosesi sonrası yakıt olarak kullanılabilecek, fosil yakıtlar hariç, yaşayan veya bir zamanlar yaşamış organizmaların oluşturduğu malzeme şeklinde tanımlanabilir.
Yakıt kaynağı olarak biyokütle kullanımı, 460000 yıl öncesine dayanmakta ve bu biyokütlenin ısı, ışık ve yiyecek hazırlanmasında yakıt kaynağı olarak kullanılması insan türü için evrim merkezi olmuştur Biyokütle ve Biyokütle Enerjisi Mevcut enerji kaynaklarına ek olarak son yıllarda biyokütle enerjisi üretimi ile bu soruna alternatif çözümler aranmıştır. Biyokütle enerjisi çevre ile dost sürdürülebilir enerji üretimini ve çevre yönetimini sağlayan, kalkınmayı hedefleyen özellikleri ile tüm dünyada geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bu sebeple Türkiye’de de biokütlenin enerji üretiminde değerlendirilmesi konusu önem kazanmıştır Türkiye’de biyokütle potansiyeli OGM, 1978 yılında ilk kez 5030 hektar alanda enerji ormanı kurulmasından 2008 yılına kadar toplam 562513 hektar enerji ormanı tesis etmiştir. Türkiye’de yılda 50-65 MTEP (milyon ton eşdeğer petrol) tarımsal atık ve 11,05 MTEP hayvansal atık üretilmesine rağmen, üretilen bu atıkların sadece %60’ı enerji üretimi için kullanılabilir niteliktedir. Lignoselülozik Biyokütle Odunsu ve lifli bitkilerin yapısında bulunan lignoselülozik malzemeler üç ana polimerden oluşur :

Selüloz (C6H10O5)n
Hemiselüloz (C5H8O4)n
Lignin [(C9H10O3)(OCH3)0.9-1.7]n 1.GİRİŞ Selüloz, lignoselülozik biyokütlenin ana bileşeni olup odunun ağırlıkça %40-50’sini oluşturmaktadır. Selüloz Hemiselüloz Hemiselülozlar yapı taşı olarak pentoz (ksiloz ve arabinoz), heksoz (mannoz, glikoz, galaktoz) ve üronik asitlerinden oluşan heterojen polimerlerdir.Hemiselülozlar lignoselülozik odunsu biyokütlenin yaklaşık %30’unu oluşturan selülozdan sonra ikinci en önemli odun polisakkkarit kısmıdır Lignin Lignin polisakkaritlerden sonra hücre çeperinde en fazla miktarda bulunan dallanmış yapıdaki fenolik bileşendir.Lignin polimeri yapıtaşları p-kumaril alkol, koniferil alkol ve sinapil alkol olarak adlandırılan birimlerinden oluşmaktadır. Her bir ünite bir diğeriyle birçok tipte bağlantı yaparak lignin polimerini oluşturmaktadır. Biyoetanol Biyoetanol; tarımsal materyalden, atıkları da dahil olmak üzere elde edilmektedir . Renksiz ve yanıcı bir kimyasal sıvı olup formülü C2H5OH şeklindedir Biyoetanolün fosil yakıtlara göre üstünlükleri şöyle özetlenebilir • Çevre ve iklim korumalı oluşu
• Benzine nazaran 2-3 oktan daha yüksek enerji vermesi ve daha temiz bir enerji maddesi olması
•Bileşiminde daha az formaldehit bulunması, kükürt bulunmaması
•Biyolojik parçalanabilirliği, suda çözünebilirliği, daha ucuz oluşu, ayrıca tarıma katkı sağlamasıdır Dünyada Biyoetanol Üretimi Etanol üretiminde dünya ülkeleri arasında lider konumunda olan Brezilya’da 2008 yılı verilerinde göre 16500 milyon litre dünyadaki toplam üretimin % 45,2 lik dilimine sahiptir.1 milyon kişi istihdam edilmektedir. Taşıma amaçlı kullanılan yakıtın % 40’ının etanol olduğu ülkede trafikteki araçların yarısı etanol kullanabilen özel motorlu araçlardır. Türkiye de Biyoetanol Üretimi Ülkemizde bulunan 30 şeker fabrikasından 4’unde (Erzurum, Eskişehir, Malatya, Turhal) alkol üretim birimi bulunmaktadır. Ayçiçeği Sapı Günçiçeği olarak da bilinen ayçiçeği yıllık bir bitkidir. Anayurdu Kuzey ve Güney Amerikadır.


Ayçiçeği gerek dünyada, gerekse ülkemizde genelde kurak şartlarda yetiştirilmektedir. ayçiçeği sapının kimyasal yapısına ve 100 gram hammadde için içerdiği bileşen kompozisyonlarına baktımızda:

glukan (%33.8)
ksilan (%23,9)
araban (%0,37)
asetil grupları (%4.32)
lignin (%19.9) şeklindedir. % Ağırlık
Karbon Hidrojen Oksijen Azot Kükürt Kül Nem
48,2 5,7 38,3 1,1 0,1 7,6 10,5 Ayçiçeği sapının kimyasal bileşimi Lignoselülozik bir madde olarak ayçiçeği sapı, fermantasyon yoluyla şeker üretiminde, bazı kimyasallara ve değerli bileşiklere dönüşümünde oldukça ucuz bir kaynaktır. BileşenlerKompozisyon - Kuru madde (%)
Selüloz 33,8
Hemiselüloz 20,2
Ksiloz 16,1
Mannoz 1,7
Galaktoz 1,4
Arabinaz
Asitte çözünmeyen lignin 14,6
Asitte çözünebilen lignin 2,7
Asetil grupları 2,5
Ekstraktif 6,9
Kül 9,6
Diğer bileşenler 15 Ayçiçeği Sapı Hammaddesinin Bileşen Kompozisyonu Lignoselülozik Biyokütleye Uygulanan Önişlemler Önişlem selülozik biyokütlenin yapısını değiştirerek enzimler açısından daha kolay ulaşılabilir bir yapıya dönüştürmekte ve karbonhidratların fermente edilebilir şekerlere ve selülaz üretici mikroorganizmalar tarafından dönüşümünü kolaylaştırmaktadır Ön işlemin başarılı olabilmesi için:

•Şekerlerin formasyonunu artırmalı ya da şekerleri daha sonraki hidroliz işlemleri için uygun yapıya dönüştürebilmeli
•Karbonhidratların degradasyonunu ve kaybını önlemeli
•Sonraki hidroliz ve fermantasyon işlemlerinde yan ürün inhibitörlerinin oluşumunu önlemeli
•Maliyeti olumsuz etkilememelidir. Lignoselülozik malzeme üzerine önişlem etkileri Fiziksel Önişlemler Fiziksel önişlemler, biyokütlenin boyut ve kristalliğinin öğütme ve taşlama işlemleriyle parçalanmasını içerir. Biyolojik önişlemler Biyolojik önişlemler ise, genellikle mikroorganizma ortamında lignin ve hemiselülozu uzaklaştırmak amaçlı kullanılmaktadır. Bu yöntemde ligninin ve hemiselülozun uzaklaştırılması, mantarın salgıladığı bir tür enzim ile sağlanır. Kimyasal önişlemler Önişlem Metotları Avantajları Dezavantajları Alkali i.Etkili lignin uzaklaştırılması
ii.Düşük inhibitör oluşumu i.Yüksek alkali katalizör maliyeti
ii.Lignin yapısında bozunmalar Asit i.Yüksek glikoz verimi
ii.Hemiselüloz çözünülebilirliği i.Yüksek asit maliyeti
ii.Asidin geri kazananım maliyeti
iii.İnhibitör oluşumu Buhar i.Düşük maliyetli
ii.Lignin uzaklaştırılması
iii.Hemiselüloz çözünülebilirliği
iv.Yüksek glikoz ve hemiselüloz verimi (iki basamaklı proses) i.Parçalı hemiselüloz degredasyonu
ii.Asit katalizör gerektirmesi
iii.Zehirli komponent oluşumu Alkali önişlem Alkali kullanımlı bu metot ile lignin, yapısal değişikliklere uğratılarak içerisindeki ester ve glikozit bağlarının bozundurulması ve bunun yanı sıra selülozun şişmesi ve parçalı kristalizasyonu sağlanır. Aynı zamanda da hemiselülozun bir miktar çözünmesi gerçekleşir Asit önişlem Asit önişlem, lignoselülozik malzeme içerisindeki yapıların seyreltik veya derişik asit kullanılarak ayrıştırılmasını içerir. Asidik hidroliz, hemisellüloz ile selüloz arasındaki bağları koparabilmek amacıyla uygulanan ön işlemdir. Hidroliz Önişlem tamamlandıktan sonra açığa çıkan selüloz, hidrolize hazırlanır. Hidroliz işlemi yapıdan bir molekül koparılarak yerini bir su molekülü alması işlemidir.

Verilen reaksiyona göre yürüyen hidroliz işlemi seyreltik asit, derişik asit veya enzimler ile katalizlenir. Bunlardan enzim ile hidroliz işlemi, düşük konsantrasyonlarda ( pH=4,8 ve T=25-500C ) bile yüksek verim elde edilebilmesi açısından diğer yöntemlere göre daha üstün bir yöntemdir. (C6H10O5)n + nH2O ==> nC6H12O6 Selülozun hidrolize uğratılarak indirgen şekere(glikoz) dönüşümü için birçok proses geliştirilmiştir. Bu proseslerden büyük bir çoğunluğu enzimatik hidroliz veya derişik konsantrasyonlarda sülfürik asit kullanımıyla gerçekleştirilmektedir Enzimatik Hidroliz Doğal bitki proteinlerinden elde edilen enzimler, hidroliz için gerekli belli reaksiyonları gerçekleştirir. Hammaddeye yapılacak önişlem teknolojisi seçiminde, birçok faktör göz önünde bulundurulur. Yapılan Deneysel Çalışmalar Hammadde hazırlanması Trakya bölgesinden sağlanan ayçiçeği sapları, öğütücüde öğütüldükten sonra, belirli mesh numaralarına göre elek cihazından geçirilip elenmiştir. Nem tayini

Nem tayini sonucunda ayçiçeği sapının %10.3 neme sahip olduğu belirlenmiştir. Kül tayini

Kül tayini sonucu ayçiçeği sapının % 2.03 kül miktarına sahip olduğu görülmüştür. Lignin tayini

300 mg analizi yapılacak hammadde kapaklı tüpe tartılmıştır. %72’lik sülfürik asit eklenmiş ve 1 dakika boyunca karıştırılmıştır. Son olarak 575C’de ayarlanan kül fırınında 24 saat yakılmış ve krozede kalan kül tartılıp kaydedilmiştir. Lignin miktarı aşağıda verilen formül ile hesaplanmaktadır. Lignin miktarı (%)=(m1-m2)/m0 x10 m0 = başlangıçtaki hammadde
m1= 105 0C ‘ de kurutulduktan sonra kalan miktar
m2 = 575 0C de yakıldıktan sonra kalan miktar Hammaddeye uygulanan asit ön işlem

Asit ön işlemi için %0.4, %1.2 ve %2’lik farklı konsantrasyonlardaki sülfürik asit çözeltisi kullanılmıştır. Bu işlemler 90ºC sıcaklıkta 30 dakika boyunca uygulanmıştır. Katı sıvı oranı 1/10 olarak sabit tutulmuştur. Katı madde süzülüp saf su ile yıkandıktan sonra kurutulmuş ve toplam gravimetrik geri kazanım hesaplanmıştır. Ayrıca ön işlem gören tüm ayçiçeği saplarına lignin, selüloz ve hemiselüloz miktar tayini yapılmıştır. Hammaddeye uygulanan alkali ön işlem

Alkali ön işlemi için %0,5, %2,25 ve %4’lük farklı konsantrasyonlardaki sodyum hidroksit çözeltisi kullanılmıştır. Bu işlemler 60 ºC sıcaklıkta 30 dakika boyunca uygulanmıştır. Ayrıca hammaddeye farklı sıcaklıklarda (60-90-120 ºC) ön işlemlerde uygulanmıştır. Ayrıca ön işlem gören tüm ayçiçek saplarına lignin, selüloz ve hemiselüloz miktar tayini yapılmıştır. Enzimatik hidroliz
İndirgen şeker analizi
DENEYSEL BULGULAR Farklı konsantrasyonlarda asit ön işlem uygulanmış hammaddenin kimyasal içeriği Bu işlemde en uygun asit çözeltisi olarak, % 1.2 konsantrasyonundaki sülfürik asit çözeltisi söylenebilir Farklı konsantrasyonlarda alkali ön işlem uygulanmış hammaddenin kimyasal içeriği Bu işlemde en uygun baz miktarı olarak %0,5 oranındaki sodyum hidroksit çözeltisini söyleyebiliriz Farklı konsantrasyonlardaki asit ön işlem sonrası enzimatik hidroliz uygulanan ayçiçeği sapının indirgen şeker içerikleri (mg indirgen şeker/g ayçiçeği sapı) En yüksek indirgen şeker verimi, %0,4 konsantrasyonunda asit ön işlemi uygulanmış hammaddenin 48 saatlik enzimatik hidrolizi sonucunda elde edilmiştir. Farklı konsantrasyonlardaki alkali ön işlem sonrası enzimatik hidroliz uygulanan ayçiçeği sapının indirgen şeker içerikleri (mg indirgen şeker/g ayçiçeği sapı) Zamana göre en yüksek indirgen şeker miktarı Şekilde görüldüğü üzere; %0,5 konsantrasyonunda alkali ön işlem uygulanmış hammaddenin 72 saatlik enzimatik hidrolizi sonucunda elde edilmiştir. Farklı ön işlem uygulanmış hammaddenin enzimatik hidroliz (%2 enzim miktarı ile) sonucunda elde edilen indirgen şeker içerikleri (mg indirgen şeker/g ayçiçeği sapı) Bu sonuçlardan da görüldüğü üzere; en yüksek indirgen şeker verimi, alkali ön işlemi uygulanmış hammaddenin enzimatik hidrolizi sonucu elde edilmiştir Sıcaklığın enzimatik hidrolize olan etkisi Aynı konsantrasyonda, farklı sıcaklıklarda alkali ön işlem uygulanmış hammaddenin enzimatik hidrolizi sonucunda elde edilen indirgen şeker miktarı, düşük işlem sürelerinde düşük sıcaklıkta daha iyi verim alınırken, 72 saat gibi uzun işlem sürelerinde yüksek sıcaklıklarda daha iyi verim elde edilmiştir. Enzimatik hidroliz deneyleri Shelab marka çalkalamalı inkübatör içerisinde 50 0C sıcaklıkta ve 100 rpm karıştırma hızında gerçekleştirilmiştir. 3, 6, 12, 24, 36, 48 ve 72 saatlik enzimatik hidroliz sonrası numuneler alınıp, 1 içermiş olduğu çözünen indirgen şeker içerikleri spektrofotometrik yöntem ile belirlenmiştir. Enzimatik hidroliz sonucunda sıvıda çözünen indirgen şeker miktarı, DNS metodu ile belirlenmiştir.540 nm dalga boyunda Optima SP3000 marka UV ile absorbans değerleri okunur TEŞEKKÜRLER
Full transcript