Noi oportunități pentru utilizarea subproduselor din cultivarea și prelucrarea porumbului

BUDAPEST UNIVERSITATEA DE TEHNOLOGIE ȘI ECONOMIE Disertație de doctorat Noi posibilități de utilizare a subproduselor de cultivare și prelucrare a porumbului Autor: Gergely Kálmán Supervizor: Dr. Istvánné Réczey Facultatea de Inginerie Chimică

Mulțumiri În primul rând, aș dori să mulțumesc conducătorului meu, Dr. Katalin Réczey. El mi-a susținut în mod continuu munca și dezvoltarea din punct de vedere profesional și uman și am putut să apelez întotdeauna la el pentru sfaturi sau ajutor în timpul studiilor. Mulțumesc consultanților Dr. Enikő Varga și Dr. Zsolt Szengyel, care au oferit ajutor remarcabil cu sfaturile și experiența lor, mai ales la începutul activităților mele departamentale, ceea ce a făcut mult mai ușor să încep activitatea de cercetare și publicare, dar ar putea conta pe ele mai târziu. Mulțumesc dr. Katalin Recseg, dr. Sándor Tömösközi și dr. Béla Simándi pentru că mi-au împărtășit cele mai bune cunoștințe profesionale de fiecare dată când le-am vizitat. Mulțumesc lui Miklós Babics, inestimabilul nostru tehnician, pentru că mi-a facilitat activitatea de laborator cu experiența sa practică. Aș dori să mulțumesc tuturor angajaților mei care lucrează în grup pentru că m-au ajutat cu ideile, sfaturile și construirea unei comunități de încredere. În cele din urmă, aș dori să le mulțumesc părinților și fraților mei pentru că mi-au fost alături și m-au sprijinit pentru ca această disertație să se nască o dată. 2

Declarație Eu, subsemnatul, Gergely Kálmán, declar că am pregătit eu însămi această lucrare de doctorat și că am folosit doar sursele furnizate. Orice parte pe care am luat-o dintr-o altă sursă, fie textual, fie în același conținut, dar reformulată, a fost clar marcată cu sursa. Budapesta, 27 februarie 2008 semnătura 4

Cuprins Lista publicațiilor. 3 1. Introducere. 6 2. Contextul literar. 10 2.1. Cultivarea și prelucrarea industrială a porumbului. 10 2.2. Lignocelulozele. 14 2.2.1. Celuloză. 15 2.2.2. Hemiceluloză. 15 2.2.3. Lignină. 16 2.2.4. Bioetanol din lignoceluloză. 17 2.3. Amidon. 21 2.3.1. Bioetanol din amidon. 21 2.4. Ulei din fibre de porumb. 22 2.5. Ulei de făină de germeni de porumb. 26 2.6. Proteină. 26 3. Obiectiv. 27 4. Materiale și metode. 28 4.1. Materiale folosite. 28 4.2. Metode utilizate. 29 5. Rezultate și evaluarea lor. 36 5.1. Utilizarea tulpinilor de porumb. 36 5.2. Utilizarea fibrelor de porumb. 47 5.2.1. Extracția și hidroliza amidonului. 49 5.2.2. Se diluează tratamentul cu acid sulfuric. 54 5.2.3. Hidroliza cu complex enzimatic celulazic. 56 5.3. Utilizarea ciupercilor germinale. 63 5.4. Dezvoltarea metodelor analitice. 66 5.4.1. Determinarea conținutului de amidon. 66 5.4.2. Determinarea conținutului de hemiceluloză. 67 5.4.3. Determinarea conținutului de lignină. 67 5.4.4. Factor de recuperare a zahărului (SRF). 68 5.4.5. Determinarea conținutului de polizaharide după extracție. 68 6. Rezumat, teze. 70 Referințe. 72 5

1. Introducere Cantitatea și utilizarea subproduselor provenite din cultivarea și prelucrarea porumbului depind de obiectivele viitoare ale agriculturii și silviculturii pe de o parte și de utilizarea biomasei pe de altă parte. Atât gestionarea terenurilor, cât și tratarea biomasei au un impact semnificativ asupra emisiilor de carbon și metan uman, astfel încât aceste activități vor avea un rol major în conservarea climei și a naturii în viitor. Conform raportului IPCC din 2007 al Grupului interguvernamental privind schimbările climatice (IPCC, 2007), este foarte probabil ca XX. Cauza încălzirii globale observată încă de la mijlocul anului creșterea concentrației de gaze cu efect de seră (dioxid de carbon, metan, oxid de azot etc.) observată în aceeași perioadă. Creșterea concentrațiilor de gaze cu efect de seră poate fi atribuită activităților umane, în primul rând arderii combustibililor fosili și eradicarea vegetației naturale (Villach-Bellagio, 1987, VAHAVA, 2002, www.ipcc.ch, Figurile 1, 2). numarul 1 Figura 2: Concentrația atmosferică a gazelor cu efect de seră Figura 1: Abaterea temperaturii medii a atmosferei de la media perioadei 1961-90 Fi figura 3. 1 6

1985). De asemenea, au fost lansate cercetări privind bioconversia ligninei, dar nu au fost raportate rezultate. 2.2.4. Bioetanol din lignoceluloză Conținutul de polizaharide al lignocelulozelor poate fi hidrolizat în două moduri: cu acizi minerali sau enzime. Dintre acizii minerali, acidul sulfuric este cel mai eficient. Când este utilizat la concentrații mari (> 5%), scăzut (