馬鈴薯廢物處理可能是改善食物垃圾轉(zhuǎn)化的途徑

賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，可以更有效地將馬鈴薯廢棄物轉(zhuǎn)化為乙醇，因此賓夕法尼亞州有超過二十家公司生產(chǎn)馬鈴薯片。這一過程可能會(huì)降低未來生物燃料的生產(chǎn)成本，并為芯片制造商增加額外的價(jià)值。

利用來自賓夕法尼亞州食品加工廠的果皮和馬鈴薯殘?jiān)瞥傻鸟R鈴薯泥，研究人員引發(fā)了同時(shí)糖化 - 將復(fù)合碳水化合物淀粉分解成單糖的過程 - 以及發(fā)酵 - 糖類通過酵母或糖轉(zhuǎn)化為乙醇的過程生物反應(yīng)器中的其他微生物。

農(nóng)業(yè)和生物工程學(xué)教授阿里·德米爾奇(Ali Demirci)表示，這一過程的同步性是創(chuàng)新的。模具和酵母 -黑曲霉和釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的生物反應(yīng)器的添加分別催化馬鈴薯廢物轉(zhuǎn)化為生物乙醇。

生物反應(yīng)器具有塑料復(fù)合支撐物以促進(jìn)和增強(qiáng)生物膜形成并增加微生物群體。

生物膜是將微生物細(xì)胞固定在固體支持材料上的自然方式。在生物膜環(huán)境中，微生物細(xì)胞豐富并且更耐環(huán)境壓力，從而導(dǎo)致更高的生產(chǎn)率。在這種應(yīng)用中，這些益處特別重要，因?yàn)槊咕富钚孕枰叩臏囟榷湍副仨毮褪苓@一點(diǎn)。

研究人員評(píng)估了生物膜反應(yīng)器中溫度，pH和通氣速率的影響，發(fā)現(xiàn)最佳條件為95華氏度，pH值為5.8，沒有曝氣。72小時(shí)后，研究人員實(shí)現(xiàn)了每升37.93克的最大乙醇濃度。產(chǎn)量為每克淀粉0.41克或乙醇。

“這些結(jié)果是有希望的，因?yàn)楣才囵B(yǎng)生物膜反應(yīng)器提供了類似的乙醇產(chǎn)量 - 每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者37.93克 - 與常規(guī)乙醇生產(chǎn)相比 - 每升37.05克 - 需要在更高溫度下添加商業(yè)酶進(jìn)行預(yù)處理，” Demirci解釋道。“因此，消除外部添加的酶和能源成本肯定會(huì)降低生物乙醇生產(chǎn)的成本。”

研究人員還在研究農(nóng)業(yè)和生物工程博士生Gulten Izmirlioglu時(shí)，研究人員還使用掃描電子顯微鏡評(píng)估了塑料復(fù)合支架上共培養(yǎng)的生物膜形成。“掃描電子顯微鏡圖像顯示，當(dāng)霉菌和酵母被允許形成生物膜時(shí)，霉菌的菌絲(細(xì)絲)為酵母的附著提供了表面區(qū)域，”她說。“這是好事。”

研究結(jié)果表明，塑料復(fù)合載體可用于生產(chǎn)乙醇的生物膜反應(yīng)器中的共同培養(yǎng)同時(shí)糖化和發(fā)酵過程，發(fā)表在Fuel中。Izmirlioglu認(rèn)為結(jié)果對(duì)于工業(yè)來說意義重大。

“總體而言，生物膜反應(yīng)器的應(yīng)用可以改善淀粉工業(yè)廢物的生物乙醇生產(chǎn)，同時(shí)通過同步糖化和發(fā)酵過程以及共培養(yǎng)的方式降低生產(chǎn)成本，”她說。

Demirci指出，需要更高效的生物乙醇生產(chǎn)來滿足對(duì)可再生能源的需求，并減少石油燃料對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。為了使乙醇生產(chǎn)具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，價(jià)格低廉且易于獲得，需要諸如馬鈴薯泥的原料，以及具有更高生產(chǎn)率的改進(jìn)的加工技術(shù)。

“這項(xiàng)研究對(duì)賓夕法尼亞州Hegins的Keystone Potato Products非常感興趣，該公司是Sterman Masser Inc.的子公司，”Demirci說。“該公司正在關(guān)注這個(gè)項(xiàng)目，希望這種新方法可以幫助它為廢土豆泥增加更多價(jià)值。工業(yè)食品廢棄物可能是生產(chǎn)增值產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)，可以降低成本，同時(shí)管理廢物經(jīng)濟(jì)和環(huán)境。“

John Cantolina還參與了賓夕法尼亞州哈克生命科學(xué)研究所的顯微鏡和細(xì)胞計(jì)數(shù)設(shè)施。

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