Zeitschrift für Erdöl- und Umweltbiotechnologie

Abstrakt

Optimierung der Fermentationsparameter für die Biokonversion von Mais zu Ethanol mithilfe der Response Surface Methodology

Navpreet Kaur Walia*, Kamaljeet Kaur Sekhon, Swaranjit Singh Cameotra, Dharam Paul Chaudhary, Pallavi Srivastava und Anil Dutta

Die Welt steht vor dem Problem der Erdölkrise und braucht dringend Lösungen. Die Auffassung von nachhaltiger Entwicklung als Mittel zur Integration der ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Ziele der Gesellschaft hat sich stark weiterentwickelt, um das menschliche Wohlergehen im gegenwärtigen System zu maximieren, ohne die Fähigkeiten künftiger Generationen zu gefährden. Eine nicht nachhaltige Entwicklung wird unweigerlich negative soziale, wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen haben (OECD 2001). Energie ist das entscheidende Bedürfnis der Menschheit und darüber hinaus ein unbezahlbares Geschenk der Natur. Der kontinuierliche Anstieg der Nutzung fossiler Brennstoffe und die schwindenden Erdölvorräte haben uns dazu gebracht, über die Nutzung erneuerbarer Energiequellen nachzudenken, die auch die Kohlendioxidemissionen (CO2) reduzieren werden. Biokraftstoffe wie Ethanol werden allgemein als erneuerbar angesehen, da das in die Atmosphäre abgegebene CO2 im nächsten Wachstumszyklus von der wachsenden Pflanze wieder aufgenommen wird. Die wichtigsten Fragen bei der Umwandlung von Kohlenhydraten in Ethanol sind die Kosten und die Verfügbarkeit des Substrats. Folglich ist es sinnvoll, einen wirtschaftlichen Prozess zu entwickeln, der die Verwendung billiger Substrate für die sukzessive Umwandlung in Ethanol ermöglicht. Daher besteht weiterhin Bedarf an Spitzenforschung für einen effektiven, wirtschaftlichen und effizienten Umwandlungsprozess. Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um das Ethanolproduktionspotenzial von Mais (Zea mays) zu optimieren. Um eine maximale Ethanolproduktion zu erreichen, wurden die Experimente durchgeführt, indem drei Fermentationsvariablen optimiert wurden, nämlich pH-Wert, Temperatur und Substratkonzentration, die unter verschiedenen Bedingungen mithilfe der Response Surface Methodology (RSM) durch Design-Expert-Software (Version 8. 0.7.1 Stat-Ease Inc; USA) optimiert wurden. Die Parameter wurden durch ein zentrales zusammengesetztes Design optimiert, wobei die Wirkung der Kombination zweier Variablen beobachtet und die eine Variable auf die Ethanolproduktion konstant gehalten wurde. Während der Experimente betrug die maximale Ethanolproduktion 74,6 g/l unter folgenden Bedingungen: pH-Wert 5,8, Temperatur 31 °C und Substratkonzentration 160 g/l. Die RSM ist eine bessere Methode zur Optimierung der Parameter, da sie weniger arbeitsintensiv und genauer ist als die klassischen Methoden. Sie reduziert die Anzahl der Fermentationschargen. Die Angemessenheit aller Modelle wurde mit 99 % als signifikant befunden, da die Determinationskoeffizienten (0,9923) (0,9735) (0,9662) betrugen.