A biomassza melléktermékek felhasználása komoly lehetőségeket rejt magában mind környezeti, mind gazdasági szempontok alapján. A lignocellulóz alapú melléktermékekből számos, értéknövelt termékeket előállíthatunk elő.
Munkám során egy malomipari melléktermék, a cirok maghéj kémiai előkezelését és enzimes hidrolízisét vizsgáltam. Különböző előkezelések (savas, lúgos) hatékonyságát vizsgáltam meg az előkezelést követő enzimes hidrolízisben felszabadítható cukrok mennyiségének tekintetében.
Meghatároztam a cirok maghéj összetételét. A szakirodalomban talált gabonafélékhez képest kiemelkedően nagy – 51,0% a száraz tömegre vonatkoztatva – a cirok maghéj glükán tartalma. Xilán tartalma 2,3%, az arabinán tartalma pedig 1,3%, amelyek más gabonafélékhez képest kis értékek. Ezen kívül 4,3% szervetlen anyagot és 21,1% Klason lignint tartalmaz. Ezek alapján 1 g szárazanyagból 0,547 g cukor szabadítható fel maximálisan. Az enzimes hidrolízishez használt enzimoldat aktivitását szűrőpapír-bontó aktivitás-méréssel határoztam meg. Az eredeti enzim oldat szűrőpapír-bontó aktivitása 144,9 FPU / ml.
A kutatómunkám elsődleges célja a különböző kémiai előkezeléseknek a celluláz-enzimes hidrolízis hatékonyságára gyakorolt hatásának összehasonlítása volt. Savas és lúgos előkezeléseket végeztem különböző koncentrációkkal, az ezt követő enzimes hidrolízisben pedig különböző enzimdózisokat alkalmaztam. Az elvégzett kísérletek közül a nátrium-hidroxiddal végzett előkezelések nem bizonyultak hatékonynak, viszont a savvakkal végzett előkezelések esetén kiemelkedően nagy cukorhozamokat sikerült elérni. Nátrium-hidroxiddal történő előkezelés és enzimes hidrolízis során elérhető legnagyobb cukorhozam 20% volt. Foszforsavas előkezelés és enzimes hidrolízis során 89%-os cukorhozamot sikerült elérni, habár az eredmények nagy szórása bizonytalanná teszi ezt az eredményt. Az oldatba vitt cukrok jelentős mennyisége már az előkezelés felszabadult. Kénsavval végzett előkezelés során az elméletileg felszabadítható cukrok (glükóz, xilóz, arabinóz) 75%-át sikerült oldatba vinni. A kénsavas előkezelést követően azonban az enzimes hidrolízis során már nem szabadult fel további cukor, így ebben az esetben nem szükséges enzimes hidrolízist is végezni.
Az oldatba került cukrok mennyiségét minden esetben redukáló cukor tartalom mérésével és nagy-hatékonyságú folyadék kromatográfia segítségével is meghatároztam. A folyadék kromatográfiás mérések értékei minden esetben kisebbek voltak a redukáló cukor-mérésekhez képest, hiszen a folyadék kromatográfiával a glükóz, xilóz és arabinóz mennyiségét határoztam meg, míg a redukáló cukor-mérés az összes redukáló komponens mennyiségét méri. A cukor mennyiségének változásában megfigyelhető trendek azonban a kétféle mérés során megegyeznek, így a redukáló cukor mérés jól használhatónak bizonyult a folyamat gyors és egyszerű követésére.
Az adott előkezelések eredményei közötti különbségek ellenőrzésére statisztikai számításokat, F-próbát és T-próbát végeztem. Azt tapasztaltam, hogy a savkoncentráció emelése foszforsavas előkezelés esetén szignifikáns különbséget okozott az elérhető cukorhozamban. Az enzimdózis emelése viszont nem eredményezett jelentős különbséget, még hatszoros enzimmennyiség esetében sem. A foszforsavas és a kénsavas előkezelés eredményei nem bizonyultak szignifikánsan eltérőnek. Kénsavas előkezelést követően az enzimes hidrolízis során nem szabadul fel további cukor, így ebben az esetben nem érdemes enzimes hidrolízist is végezni az előkezelés után. Ez alapján a foszforsavas előkezeléssel és az azt követő enzimes hidrolízissel, valamint a kénsavas előkezeléssel hasonló eredményeket lehet elérni.
A szakirodalomhoz képest kifejezetten nagy cukorhozamokat sikerült elérni. Kénsavas előkezeléssel hatékonyan lehet redukáló cukrokat előállítani cirok maghéjból enzimes hidrolízis nélkül is.
Dr. Fehér Csaba, Egyetemi adjunktus, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék
- Január. 30.