Biyoetanol Üretimi için Ultrasonik Destekli Fermantasyon

Ultrasonik destekli fermantasyon, karmaşık karbonhidratların daha basit şekerlere parçalanmasını teşvik ederek biyoetanol üretimini artırabilir ve bu şekerleri mayanın etanole dönüştürmesi için daha kolay kullanılabilir hâle getirebilir. Aynı zamanda sonikasyon, maya hücre duvarı geçirgenliğinin etkinliğini de artırarak etanolün daha hızlı salınmasını ve toplam üretimin artmasını sağlar. Böylece ultrasonik destekli biyoetanol fermantasyonu, daha yüksek dönüşüm oranları ve daha fazla verim sağlar.

Fermantasyon

Fermantasyon, organik materyali bakteri, mantar veya diğer biyolojik hücre kültürleri ya da enzimler aracılığıyla dönüştürmek için biyoteknolojik uygulamalarda kullanılan aerobik (= oksidatif fermantasyon) veya anaerobik bir süreç olabilir. Fermantasyon yoluyla, karbonhidratlar gibi organik bileşiklerin oksidasyonundan enerji elde edilir.
Şeker, fermantasyonun en yaygın substratıdır ve fermantasyon sonrasında laktik asit, laktoz, etanol ve hidrojen gibi ürünler oluşur. Alkollü fermantasyonda, özellikle yakıt olarak kullanılmak üzere, ancak alkollü içecekler için de etanol fermantasyon yoluyla üretilir. Örneğin Saccharomyces cerevisiae gibi belirli maya suşları şekeri metabolize ettiğinde, maya hücreleri başlangıç materyalini etanole ve karbondioksite dönüştürür.

Aşağıdaki kimyasal denklemler dönüşümü özetlemektedir:

Başlangıç materyali, örneğin mısırdan elde edilen nişasta ise, önce nişastanın şekere dönüştürülmesi gerekir. Yakıt olarak kullanılan biyoetanol için nişasta dönüşümünde hidroliz gereklidir. Hidroliz tipik olarak asidik veya enzimatik işlemle ya da her ikisinin birlikte uygulanmasıyla hızlandırılır. Fermantasyon normalde yaklaşık 35–40 °C sıcaklıkta gerçekleştirilir.
Çeşitli fermantasyon süreçlerine genel bakış:

Gıda :

• üretim & muhafaza
• süt ürünleri (laktik asit fermantasyonu), örneğin yoğurt, yayık ayranı, kefir
• laktik fermantasyon uygulanmış sebzeler, örneğin kimchi, miso, natto, tsukemono, lahana turşusu
• aromatik bileşenlerin geliştirilmesi, örneğin soya sosu
• tabaklama maddelerinin parçalanması, örneğin çay, kakao, kahve, tütün
• alkollü içecekler, örneğin bira, şarap, viski

İlaçlar :

• tıbbi bileşiklerin üretimi, örneğin insülin, hiyalüronik asit

Biyogaz/ Etanol :

• biyogaz/ biyoetanol üretiminin iyileştirilmesi

Çeşitli araştırma makaleleri ve tezgâh üstü ve pilot ölçekteki testler, ultrasonun enzimatik fermantasyon için daha fazla biyokütleyi kullanılabilir hâle getirerek fermantasyon sürecini iyileştirdiğini göstermiştir. Aşağıdaki bölümde ultrasonun bir sıvıdaki etkileri ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

Ultrasonik Sıvı İşlemenin Etkileri

Yüksek güçlü/ düşük frekanslı ultrason ile yüksek genlikler oluşturulabilir. Böylece yüksek güçlü/ düşük frekanslı ultrason, sıvıların karıştırılması, emülsifiye edilmesi, disperse edilmesi ve deaglomerasyonu ya da öğütülmesi gibi işlemler için kullanılabilir.
Sıvılara yüksek şiddette sonikasyon uygulandığında, sıvı ortamda yayılan ses dalgaları, frekansa bağlı hızlarda birbirini izleyen yüksek basınç (sıkışma) ve düşük basınç (seyrelme) döngülerine neden olur. Düşük basınç döngüsü sırasında yüksek şiddetli ultrasonik dalgalar, sıvıda küçük vakum kabarcıkları veya boşluklar oluşturur. Kabarcıklar artık enerji absorbe edemeyecekleri bir hacme ulaştığında, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetle çökerler. Bu olguya kavitasyon adı verilir. Kavitasyon, yani “bir sıvıda kabarcıkların oluşması, büyümesi ve içe doğru patlayarak çökmesi. Kavitasyon kaynaklı çökme, yoğun yerel ısınma (~5000 K), yüksek basınçlar (~1000 atm) ve son derece yüksek ısınma ve soğuma hızları (>109 K/sec)” ve sıvı jet akımları (~400 km/h) oluşturur”. (Suslick 1998)

Kavitasyon oluşturmak için yüksek basınçlı nozullar, rotor-stator karıştırıcılar veya ultrasonik işlemciler gibi farklı araçlar vardır. Bu sistemlerin tümünde girdi enerjisi sürtünmeye, türbülansa, dalgalara ve kavitasyona dönüştürülür. Girdi enerjisinin kavitasyona dönüştürülen kısmı, kavitasyon oluşturan ekipmanın sıvı içindeki hareketini tanımlayan çeşitli faktörlere bağlıdır. İvmelenmenin şiddeti, enerjinin verimli biçimde kavitasyona dönüştürülmesini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Daha yüksek ivmelenme, daha yüksek basınç farkları oluşturur. Bu da sıvı içinde yayılan dalgaların oluşması yerine vakum kabarcıklarının oluşma olasılığını artırır. Dolayısıyla ivmelenme ne kadar yüksekse, enerjinin kavitasyona dönüştürülen kısmı da o kadar yüksek olur.
Bir ultrasonik dönüştürücüde, salınımın genliği ivmelenmenin şiddetini tanımlar. Daha yüksek genlikler, kavitasyonun daha etkili biçimde oluşturulmasını sağlar. Şiddetin yanı sıra sıvı, türbülans, sürtünme ve dalga oluşumu açısından kayıpları en aza indirecek biçimde ivmelendirilmelidir. Bunun için en uygun yol, tek yönlü bir harekettir. Sonikasyon sürecinin şiddeti ve parametreleri değiştirilerek ultrason çok sert veya çok yumuşak uygulanabilir. Bu, ultrasonu çeşitli uygulamalar için çok yönlü bir araç hâline getirir.

Ilımlı koşullarda hafif sonikasyon uygulanan yumuşak uygulamalar arasında gaz giderme, emülsifikasyon ve enzim aktivasyonu bulunur. Yüksek şiddetli/ yüksek güçlü ultrasonla (çoğunlukla yüksek basınç altında) gerçekleştirilen sert uygulamalar ise yaş öğütme, deaglomerasyon ve parçacık boyutunun küçültülmesi ile dispersiyondur. Örneğin ekstraksiyon, parçalama veya sonokimya gibi birçok uygulamada gerekli ultrasonik şiddet, sonikasyon uygulanacak belirli materyale bağlıdır. Her bir sürece uyarlanabilen çeşitli parametreler sayesinde ultrason, her bir süreç için en uygun çalışma noktasının bulunmasını sağlar.
Üstün güç dönüşümünün yanı sıra ultrasonikasyon, en önemli parametreler olan Genlik, Basınç, Sıcaklık, Viskozite ve Konsantrasyon üzerinde tam kontrol gibi büyük bir avantaj sunar. Bu, her bir materyal için ideal işleme parametrelerini bulmak amacıyla tüm bu parametrelerin ayarlanmasına olanak tanır. Böylece daha yüksek etkinlik ve optimize edilmiş verimlilik sağlanır.

Fermantasyon Süreçlerini İyileştirmek için Ultrasonun Biyoetanol Üretimi Örneğiyle Açıklanması

Biyoetanol, biyokütlenin veya atıkların biyolojik olarak parçalanabilen maddelerinin anaerobik ya da aerobik bakteriler tarafından parçalanmasıyla oluşan bir üründür. Üretilen etanol esas olarak biyoyakıt olarak kullanılır.  Bu, biyoetanolü doğal gaz gibi fosil yakıtlara yenilenebilir ve çevre dostu bir alternatif hâline getirir.
Biyokütleden etanol üretmek için şeker, nişasta ve lignoselülozik materyal hammadde olarak kullanılabilir. Endüstriyel üretim ölçeğinde, ekonomik açıdan avantajlı oldukları için günümüzde şeker ve nişasta ağırlıklı olarak kullanılmaktadır.
Ultrasonun, belirli koşullar altında belirli bir hammaddeyle müşteriye özel bir süreci nasıl iyileştirdiği, fizibilite testleriyle çok kolay biçimde denenebilir. İlk adımda, az miktarda hammadde bulamacına ultrasonik bir laboratuvar cihazıyla sonikasyon uygulanması, ultrasonun hammaddeyi etkileyip etkilemediğini gösterecektir.

Fizibilite Testleri

İlk test aşamasında, küçük bir sıvı hacmine nispeten yüksek miktarda ultrasonik enerji vermek uygundur; çünkü bu, herhangi bir sonuç elde edilip edilemeyeceğini görme olasılığını artırır. Küçük bir numune hacmi, laboratuvar cihazının kullanım süresini de kısaltır ve ilk testlerin maliyetlerini azaltır.
Ultrason dalgaları, sonotrotun yüzeyinden sıvıya iletilir. Ultrasonun şiddeti, sonotrot yüzeyinin altında en yüksek düzeydedir. Bu nedenle sonotrot ile sonikasyon uygulanan materyal arasındaki mesafenin kısa olması tercih edilir. Küçük bir sıvı hacmine sonikasyon uygulandığında, sonotrotta olan mesafe kısa tutulabilir.
Aşağıdaki tablo, optimizasyon sonrasında sonikasyon süreçleri için tipik enerji/hacim düzeylerini göstermektedir. İlk denemeler optimum yapılandırmada gerçekleştirilmeyeceğinden, tipik değerin 10 ila 50 katı sonikasyon şiddeti ve süresi, sonikasyon uygulanan materyal üzerinde herhangi bir etki olup olmadığını gösterecektir.

Süreç	Enerji/ Hacim	Numune Hacmi	Güç	Süre
Basit	< 100Ws/mL	10mL	50W	< 20 sec
Orta	100Ws/mL ila 500Ws/mL	10mL	50W	20 ila 100 sec
Sert	> 500Ws/mL	10mL	50W	>100 sec

Tablo 1 – Süreç optimizasyonu sonrasında tipik sonikasyon değerleri

Testlerin gerçek güç girdisi, entegre veri kaydı (UP200Ht ve UP200St), PC arayüzü veya güç ölçer aracılığıyla kaydedilebilir. Genlik ayarı ve sıcaklık için kaydedilen verilerle birlikte her bir denemenin sonuçları değerlendirilebilir ve enerji/hacim için bir temel değer belirlenebilir.
Testler sırasında optimum bir yapılandırma seçilmişse, bu yapılandırmanın performansı bir optimizasyon adımında doğrulanabilir ve son olarak ticari düzeye ölçeklendirilebilir. Optimizasyonu kolaylaştırmak için belirli formülasyonlarda sonikasyonun sıcaklık, genlik veya enerji/hacim gibi sınırlarının da incelenmesi önemle tavsiye edilir. Ultrason hücreler, kimyasallar veya parçacıklar üzerinde olumsuz etkiler oluşturabileceğinden, sonraki optimizasyonu olumsuz etkilerin gözlenmediği parametre aralığıyla sınırlamak için her bir parametrenin kritik düzeylerinin incelenmesi gerekir. Bu tür denemelerde ekipman ve numune giderlerini sınırlamak için fizibilite çalışmasında küçük laboratuvar veya tezgâh üstü üniteler önerilir. Genellikle 100 ila 1.000 watt gücündeki üniteler, fizibilite çalışmasının amaçlarına çok iyi hizmet eder. (bkz. Hielscher 2005)

Optimizasyon

Fizibilite çalışmalarında elde edilen sonuçlar, işlenen küçük hacme göre oldukça yüksek bir enerji tüketimi gösterebilir. Ancak fizibilite testinin amacı öncelikle ultrasonun materyal üzerindeki etkilerini göstermektir. Fizibilite testinde olumlu etkiler ortaya çıkmışsa, enerji/hacim oranını optimize etmek için daha fazla çalışma yapılmalıdır. Bu, süreci ekonomik açıdan mümkün olan en makul ve verimli hâle getirmek üzere mümkün olan en az enerjiyi kullanarak en yüksek verimi elde etmek için ultrason parametrelerinin ideal yapılandırmasını araştırmak anlamına gelir. Optimum parametre yapılandırmasını bulmak – minimum enerji girdisiyle amaçlanan faydaları elde etmek – için en önemli parametreler olan genlik, basınç, sıcaklık ve sıvı bileşimi arasındaki ilişkinin araştırılması gerekir. Bu ikinci adımda, önemli bir parametre olan basınç kesikli sonikasyonda değiştirilemediği için kesikli sonikasyondan akış hücresi reaktörlü sürekli sonikasyon düzeneğine geçiş önerilir. Kesikli sonikasyon sırasında basınç, ortam basıncıyla sınırlıdır. Sonikasyon süreci basınçlandırılabilir bir akış hücresi odasında gerçekleşiyorsa, basınç artırılabilir (veya azaltılabilir); bu da genel olarak ultrasonik kavitasyonu önemli ölçüde etkiler. Bir akış hücresi kullanılarak basınç ile süreç verimliliği arasındaki ilişki belirlenebilir. Gücü 500 watt ile 2000 watt arasında olan ultrasonik işlemciler, bir süreci optimize etmek için en uygun cihazlardır.

Ticari Üretime Ölçek Büyütme

Optimum yapılandırma bulunduğunda, ultrasonik süreçler doğrusal ölçekte tamamen tekrarlanabilir olduğundan daha fazla ölçek büyütmek kolaydır. Bu, ultrason aynı sıvı formülasyonuna aynı işleme parametresi yapılandırması altında uygulandığında, işleme ölçeğinden bağımsız olarak aynı sonucu elde etmek için birim hacim başına aynı enerjinin gerekli olduğu anlamına gelir. (Hielscher 2005). Böylece ultrasonun optimum parametre yapılandırması tam ölçekli üretim boyutuna uygulanabilir. Ultrasonik olarak işlenebilecek hacim, pratik olarak sınırsızdır. Ünite başına 16.000 watt güce kadar ticari ultrasonik sistemler mevcuttur ve kümeler hâlinde kurulabilir. Bu tür ultrasonik işlemci kümeleri paralel veya seri olarak kurulabilir. Yüksek güçlü ultrasonik işlemcilerin kümeler hâlinde kurulmasıyla toplam güç neredeyse sınırsız olur ve böylece yüksek hacimli akışlar sorunsuz biçimde işlenebilir. Ultrasonik sistemin uyarlanması gerekiyorsa, örneğin parametrelerin değiştirilmiş bir sıvı formülasyonuna göre ayarlanması için, bu çoğunlukla sonotrot, güçlendirici veya akış hücresi değiştirilerek gerçekleştirilebilir. Ultrasonun doğrusal ölçeklenebilirliği, tekrarlanabilirliği ve uyarlanabilirliği, bu yenilikçi teknolojiyi verimli ve uygun maliyetli hâle getirir.

Ultrasonik İşlemenin Parametreleri

Ultrasonik sıvı işleme, bir dizi parametreyle tanımlanır. En önemlileri genlik, basınç, sıcaklık, viskozite ve konsantrasyondur. Belirli bir parametre yapılandırması için parçacık boyutu gibi süreç sonuçları, işlenen birim hacim başına enerjinin bir fonksiyonudur. Fonksiyon, tek tek parametrelerdeki değişikliklerle değişir. Ayrıca, bir ultrasonik ünitenin sonotrotunun birim yüzey alanı başına gerçek güç çıkışı parametrelere bağlıdır. Sonotrotun birim yüzey alanı başına güç çıkışı, yüzey şiddetidir (I). Yüzey şiddeti; genlik (A), basınç (p), reaktör hacmi (VR), sıcaklık (T), viskozite (η) ve diğer parametrelere bağlıdır.

Oluşturulan kavitasyonun etkisi yüzey şiddetine bağlıdır. Süreç sonucu da aynı şekilde bununla ilişkilidir. Bir ultrasonik ünitenin toplam güç çıkışı, yüzey şiddeti (I) ile yüzey alanının (S) çarpımıdır:

P [W] I [W / mm²]* S[mm²]

Genlik

Salınımın genliği, sonotrot yüzeyinin belirli bir sürede (örneğin 20kHz frekansta 1/20.000s) katettiği yolu (örneğin 50 µm) tanımlar. Genlik ne kadar büyükse, her harekette basıncın düşme ve artma hızı da o kadar yüksek olur. Buna ek olarak, her harekette yer değiştiren hacim artar ve bunun sonucunda daha büyük bir kavitasyon hacmi (kabarcık boyutu ve/veya sayısı) oluşur. Dispersiyonlara uygulandığında, daha yüksek genlikler katı parçacıklar üzerinde daha yüksek bir tahrip etkisi gösterir. Tablo 1, bazı ultrasonik süreçler için genel değerleri göstermektedir.

Basınç

Bir sıvının kaynama noktası basınca bağlıdır. Basınç ne kadar yüksekse, kaynama noktası da o kadar yüksek olur; bunun tersi de geçerlidir. Yüksek basınç, kaynama noktasına yakın veya bunun üzerindeki sıcaklıklarda kavitasyona olanak tanır. Ayrıca, statik basınç ile kabarcığın içindeki buhar basıncı arasındaki farkla ilişkili olan içe doğru patlamanın şiddetini artırır (bkz. Vercet et al. 1999). Ultrasonik güç ve şiddet, basınç değişimleriyle hızla değiştiğinden, sabit basınçlı bir pompa tercih edilir. Bir akış hücresine sıvı verilirken, pompa ilgili sıvı akışını uygun basınçlarda sağlayabilmelidir. Diyafram veya membran pompalar; esnek tüplü, hortumlu veya sıkıştırmalı pompalar; peristaltik pompalar ya da pistonlu veya plancırlı pompalar, dönüşümlü basınç dalgalanmaları oluşturur. Sonikasyon uygulanacak sıvıyı sürekli olarak kararlı bir basınçta sağlayan santrifüj pompalar, dişli pompalar, spiral pompalar ve eksantrik vidalı pompalar tercih edilir. (Hielscher 2005)

Sıcaklık

Bir sıvıya sonikasyon uygulandığında, ortama güç aktarılır. Ultrasonik olarak oluşturulan salınım türbülansa ve sürtünmeye neden olduğundan, sonikasyon uygulanan sıvı – termodinamik yasasına uygun olarak – ısınır. İşlenen ortamın yüksek sıcaklıkları materyale zarar verebilir ve ultrasonik kavitasyonun etkinliğini azaltabilir. Yenilikçi ultrasonik akış hücreleri bir soğutma ceketiyle donatılmıştır (resme bakınız). Böylece ultrasonik işleme sırasında materyalin sıcaklığı tam olarak kontrol edilebilir. Daha küçük hacimlere beher içinde sonikasyon uygulanırken, ısıyı uzaklaştırmak için bir buz banyosu önerilir.

Viskozite ve Konsantrasyon

Ultrasonik öğütme ve dispersiyon sıvı ortamda gerçekleştirilen işlemlerdir. Parçacıkların, örneğin su, yağ, çözücüler veya reçineler içinde bir süspansiyon hâlinde bulunması gerekir. Ultrasonik sürekli akış sistemleri kullanılarak çok viskoz, macun kıvamındaki materyale sonikasyon uygulanması mümkün olur.
Yüksek güçlü bir ultrasonik işlemci, oldukça yüksek katı madde konsantrasyonlarında çalıştırılabilir. Ultrasonik öğütme etkisi parçacıklar arası çarpışmadan kaynaklandığından, yüksek konsantrasyon ultrasonik işlemenin etkinliğini sağlar. Araştırmalar, silikanın parçalanma hızının ağırlıkça %50’ye kadar katı madde konsantrasyonundan bağımsız olduğunu göstermiştir. Yüksek konsantrasyonda materyal içeren masterbatch’lerin işlenmesi, ultrasonikasyon kullanılan yaygın bir üretim yöntemidir.

Güç ve Şiddetin Enerjiyle Karşılaştırılması

Yüzey şiddeti ve toplam güç, yalnızca işlemenin şiddetini tanımlar. Bir sonikasyon sürecini ölçeklenebilir ve tekrarlanabilir kılacak şekilde tanımlamak için sonikasyon uygulanan numune hacmi ve belirli bir şiddete maruz kalma süresi dikkate alınmalıdır. Belirli bir parametre yapılandırması için parçacık boyutu veya kimyasal dönüşüm gibi süreç sonuçları, birim hacim başına enerjiye (E/V) bağlı olacaktır.

Sonuç = f (E /V )

Burada enerji (E), güç çıkışı (P) ile maruz kalma süresinin (t) çarpımıdır.

E[Ws] = P[W]*t[s]

Parametre yapılandırmasındaki değişiklikler, sonuç fonksiyonunu değiştirir. Bu da belirli bir sonuç değerini elde etmek için belirli bir numune hacminde (V) gereken enerji miktarını (E) değiştirir. Bu nedenle, bir sonuç elde etmek için bir sürece belirli bir ultrason gücü uygulamak yeterli değildir. Gereken gücü ve bu gücün süreç materyaline aktarılması gereken parametre yapılandırmasını belirlemek için daha gelişmiş bir yaklaşım gereklidir. (Hielscher 2005)

Ultrasonik Destekli Biyoetanol Üretimi

Ultrasonun biyoetanol üretimini iyileştirdiği zaten bilinmektedir. Sıvının, hâlâ pompalanabilir olan yüksek viskoziteli bir bulamaç hâline gelene kadar biyokütleyle koyulaştırılması önerilir. Ultrasonik reaktörler oldukça yüksek katı madde konsantrasyonlarını işleyebilir; böylece sonikasyon süreci en verimli biçimde yürütülebilir. Bulamaçta ne kadar fazla materyal bulunursa, sonikasyon sürecinden fayda sağlamayacak taşıyıcı sıvı o kadar az işlenir. Termodinamik yasasına göre bir sıvıya enerji girdisi sıvının ısınmasına neden olduğundan, bu, ultrasonik enerjinin mümkün olduğunca hedef materyale uygulandığı anlamına gelir. Böylesine verimli bir süreç tasarımıyla, fazla taşıyıcı sıvının gereksiz yere ısıtılması önlenir.
Ultrason, hücre içi materyalin ekstraksiyonuna yardımcı olur ve böylece bu materyali enzimatik fermantasyon için kullanılabilir hâle getirir. Hafif ultrason uygulaması enzimatik aktiviteyi artırabilir, ancak biyokütle ekstraksiyonu için daha yüksek şiddetli ultrason gerekecektir. Bu nedenle enzimler biyokütle bulamacına sonikasyondan sonra eklenmelidir; çünkü yüksek şiddetli ultrason enzimleri inaktive eder ve bu istenmeyen bir etkidir.

Bilimsel araştırmalarla elde edilen güncel sonuçlar:

Yoswathana et al. (2010) tarafından pirinç samanından biyoetanol üretimi üzerine yapılan çalışmalar, enzimatik işlem öncesinde asitle ön işlemin ve ultrasonun birlikte uygulanmasının %44’e kadar artmış şeker verimi sağladığını (pirinç samanı bazında) göstermiştir. Bu, lignoselülozik materyalin şekere enzimatik hidrolizinden önce fiziksel ve kimyasal ön işlemin birlikte uygulanmasının etkinliğini göstermektedir. 

Grafik 2, pirinç samanından biyoetanol üretimi sırasında ultrasonik ışınlamanın olumlu etkilerini grafiksel olarak göstermektedir. (Asit/ enzim ön işlemi ve ultrasonik ön işlem uygulanan numunelerin detoksifikasyonu için odun kömürü kullanılmıştır.)

Yakın zamanda yapılan başka bir çalışmada, ultrasonikasyonun β-galaktosidaz enziminin hücre dışı ve hücre içi düzeyleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sulaiman et al. (2011), Kluyveromyces marxianus (ATCC 46537) mayasının büyümesini teşvik eden kontrollü bir sıcaklıkta ultrason kullanarak biyoetanol üretiminin üretkenliğini önemli ölçüde artırabilmiştir. Makalenin yazarları, ≤%20 görev döngülerinde güç ultrasonuyla (20 kHz) uygulanan aralıklı sonikasyonun, nispeten yüksek olan 11,8Wcm² sonikasyon şiddetinde K. marxianus’ta biyokütle üretimini, laktoz metabolizmasını ve etanol üretimini teşvik ettiğini özetlemektedir. En iyi koşullar altında sonikasyon, son etanol konsantrasyonunu kontrole kıyasla yaklaşık 3,5 kat artırmıştır. Bu, etanol üretkenliğinde 3,5 katlık bir artışa karşılık gelmiş, ancak sonikasyon yoluyla kültür sıvısının metreküpü başına 952W ek güç girdisi gerektirmiştir. Bu ek enerji gereksinimi, biyoreaktörler için kesinlikle kabul edilebilir işletim normları içindeydi ve yüksek değerli ürünler için artan üretkenlikle kolayca karşılanabilirdi.

Sonuç: Ultrasonik Destekli Fermantasyonun Faydaları

Ultrasonik işlemin, biyoetanol verimini artırmak için verimli ve yenilikçi bir teknik olduğu gösterilmiştir. Ultrason öncelikle mısır, soya fasulyesi, saman, lignoselülozik materyal veya bitkisel atık materyaller gibi biyokütleden hücre içi materyali ekstrakte etmek için kullanılır.

• Biyoetanol veriminde artış
• Parçalama/ Hücre tahribi ve hücre içi materyalin salınması
• İyileştirilmiş anaerobik parçalanma
• Hafif sonikasyonla enzimlerin aktivasyonu
• Yüksek konsantrasyonlu bulamaçlarla süreç verimliliğinin iyileştirilmesi

Basit testler, tekrarlanabilir ölçek büyütme ve kolay kurulum (mevcut üretim akışlarında da), ultrasoniği kârlı ve verimli bir teknoloji hâline getirir. Ticari işleme için güvenilir endüstriyel ultrasonik işlemciler mevcuttur ve pratik olarak sınırsız sıvı hacimlerine sonikasyon uygulanmasını mümkün kılar.