美國(guó)賓夕法尼亞州有二十多家公司生產(chǎn)薯片,也難怪賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員會(huì)發(fā)明一種可以將馬鈴薯廢料更有效地轉(zhuǎn)化為乙醇的新方法。這或許可以降低未來生物燃料的生產(chǎn)成本,并為薯片制造商帶來額外的收益。
近日發(fā)表于《燃料》的一項(xiàng)研究表明,塑料復(fù)合載體可用于乙醇生產(chǎn)中生物膜反應(yīng)器的同步糖化和發(fā)酵過程。
利用從薯片生產(chǎn)者那里獲得的刮皮處理剩下的土豆泥和殘?jiān)?,研究人員同步觸發(fā)了糖化和發(fā)酵過程。糖化是打破復(fù)雜的碳水化合物,將淀粉轉(zhuǎn)化為單糖;發(fā)酵是通過生物膜反應(yīng)器里的酵母和其他微生物,把糖轉(zhuǎn)化為乙醇。
農(nóng)業(yè)與生物工程教授Ali Demirci表示,進(jìn)程的同步性具有創(chuàng)新意義。除了反應(yīng)器里的霉菌(黑曲霉)和酵母菌(釀酒酵母)能催化馬鈴薯廢料,促使其轉(zhuǎn)化為能源乙醇,生物膜反應(yīng)器還具有塑料復(fù)合載體,以促進(jìn)和增強(qiáng)生物膜的形成并增加微生物種群。
生物膜是一種以在固體載體材料上固定微生物細(xì)胞的自然方法。在生物膜環(huán)境中,微生物細(xì)胞很豐富,而且更耐環(huán)境壓力,所以有更高的生產(chǎn)力。而在這個(gè)新工藝中,共同培養(yǎng)讓如上好處尤其突出。
研究人員用掃描式電子顯微鏡評(píng)估了共同培養(yǎng)生物膜在塑料復(fù)合載體的形成。農(nóng)業(yè)和生物工程博士生、項(xiàng)目參與者Gulten Izmirlioglu表示,“圖像顯示,當(dāng)霉菌和酵母菌被允許形成生物膜時(shí),霉菌的菌絲為酵母菌的附著提供了表面積,這是件好事。”
研究人員重點(diǎn)評(píng)估了生物膜反應(yīng)器里的溫度、pH值和曝氣量的影響,發(fā)現(xiàn)最佳條件是華氏95度、pH值為5.8、無曝氣。72個(gè)小時(shí)后,研究人員獲得了每升37.93克的最大酒精濃度。也就是每克淀粉生產(chǎn)0.41克乙醇。
“這些結(jié)果讓人感覺很有希望,因?yàn)楣餐囵B(yǎng)生物膜提供了與傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)相似的乙醇量,37.93克與37.05克(傳統(tǒng)方法)相差無幾。”Demirci解釋道,“此外,傳統(tǒng)方法需要在較高溫度下添加預(yù)處理的商業(yè)酶,而新工藝消除了來自外部的能量成本,肯定會(huì)降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本。”
Izmirlioglu相信這項(xiàng)成果對(duì)工業(yè)應(yīng)用而言意義非凡,“總的來說,從淀粉廢棄物中生產(chǎn)生物乙醇這一思路可以通過應(yīng)用生物膜反應(yīng)器來變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。同步糖化和發(fā)酵工藝以及共同培養(yǎng)的創(chuàng)新點(diǎn),讓生產(chǎn)成本降低了”。
更高效的生物乙醇生產(chǎn)可滿足人們對(duì)可再生資源的需求,并減少化石燃料對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。Demirci指出,為了讓乙醇生產(chǎn)具有低成本的競(jìng)爭(zhēng)力、價(jià)格適宜、容易獲得,像土豆泥這樣的原料就很需要,提高加工技術(shù)使其具備更高生產(chǎn)力就更需要了。
“賓夕法尼亞州希金斯的Keystone土豆產(chǎn)品公司對(duì)這項(xiàng)研究很感興趣。他們希望這種新穎的方法可以幫助自己增加其廢棄土豆泥的價(jià)值。實(shí)際上,工業(yè)食品廢棄物是生產(chǎn)附加值產(chǎn)品以降低成本的一個(gè)重要基質(zhì),先進(jìn)的工藝能幫助廠商同時(shí)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境上管理廢物。”Demirci補(bǔ)充道。