Mykotoksiineilla kontaminoituneen vehnän oljen fermentointi bioetanoliksi
Westerholm, Taru (2019)
Westerholm, Taru
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019100919752
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019100919752
Tiivistelmä
Insinöörityö tehtiin osana Euroopan komission rahoittamaa MycoKey-projektia, jonka tavoitteena oli erilaisten metodien avulla vähentää homemyrkkyjen eli mykotoksiinien määrää ruoan- ja rehuntuotantoketjuissa sekä löytää turvallisia käyttövaihtoehtoja kontaminoituneille erille. Insinöörityö keskittyi jälkimmäiseen tavoitteeseen eli löytämään turvallisia vaihtoehtoja homemyrkyillä kontaminoituneille viljaerille.
Insinöörityössä tutkittiin lignoselluloosan ja mykotoksiinien yhteisvaikutuksia bioetanolin fermentoinnissa vehnän oljesta, sillä mykotoksiinit ja lignoselluloosaperäinen materiaali voivat mahdollisesti inhiboida Saccharomyces cerevisiae -hiivan etanolin tuottokykyä. Lisäksi insinöörityössä vertailtiin eri prosessikonsepteja, joita ovat SHF ja SSF. Lakkaasientsyymin tiedetään pystyvän hajottamaan mykotoksiineja, joten muuntogeenistä S. cerevisiae -hiivakantaa tutkittiin myös bioetanolin fermentointiprosessissa.
Vesilukkokasvatusten avulla seulottiin eri hiivakantoja ja seulonnan perusteella valittiin hiivakanta, joka pystyi fermentoimaan tehokkaasti etanolia mykotoksiineilla kontaminoituneesta lignoselluloosaperäisestä biomassasta. Valitun hiivakannan etanolin tuottokykyä tutkittiin bioreaktoreissa tehdyissä fermentoinneissa ilman toksiinilisäyksiä ja toksiinilisäysten kanssa. Ennen fermentointeja vehnän oljen lignoselluloosan rakenne piti rikkoa. Vehnän oljen rakenne rikottiin aluksi höyryräjäytyksellä, minkä jälkeen pitkäketjuiset sokerit pilkottiin Cellic CTec2 -entsyymillä fermentoitaviksi sokereiksi. Viime satokautena ei ollut otollisia olosuhteita mykotoksiinien muodostumiseen ja tästä syystä tutkitun vehnän olkierän mykotoksiinipitoisuus ei ollut tarpeeksi korkea mykotoksiinien aiheuttamien vaikutusten tutkimiseksi bioetanolin fermentoinnissa. Korkeamman mykotoksiinipitoisuuden saavuttamiseksi materiaaliin lisättiin Fusarium sporotrichioides -toksiineja.
Insinöörityön tuloksena todettiin, että tutkitut hiivat pystyvät käyttämään vehnän olkea bioetanolin fermentoimiseen jopa mykotoksiinien läsnä ollessa. Bioetanolin valmistuksessa on täten siis mahdollista käyttää hyödyksi nykyään jätteeksi luokiteltavaa mykotoksiineilla voimakkaasti kontaminoitunutta lignoselluloosaperäistä biomassaa. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia maatalousjäämien hyötykäytössä sekä bioenergian tuotossa ilman suoranaista kilpailua ruoan- ja rehuntuotannon kanssa.
Insinöörityössä tutkittiin lignoselluloosan ja mykotoksiinien yhteisvaikutuksia bioetanolin fermentoinnissa vehnän oljesta, sillä mykotoksiinit ja lignoselluloosaperäinen materiaali voivat mahdollisesti inhiboida Saccharomyces cerevisiae -hiivan etanolin tuottokykyä. Lisäksi insinöörityössä vertailtiin eri prosessikonsepteja, joita ovat SHF ja SSF. Lakkaasientsyymin tiedetään pystyvän hajottamaan mykotoksiineja, joten muuntogeenistä S. cerevisiae -hiivakantaa tutkittiin myös bioetanolin fermentointiprosessissa.
Vesilukkokasvatusten avulla seulottiin eri hiivakantoja ja seulonnan perusteella valittiin hiivakanta, joka pystyi fermentoimaan tehokkaasti etanolia mykotoksiineilla kontaminoituneesta lignoselluloosaperäisestä biomassasta. Valitun hiivakannan etanolin tuottokykyä tutkittiin bioreaktoreissa tehdyissä fermentoinneissa ilman toksiinilisäyksiä ja toksiinilisäysten kanssa. Ennen fermentointeja vehnän oljen lignoselluloosan rakenne piti rikkoa. Vehnän oljen rakenne rikottiin aluksi höyryräjäytyksellä, minkä jälkeen pitkäketjuiset sokerit pilkottiin Cellic CTec2 -entsyymillä fermentoitaviksi sokereiksi. Viime satokautena ei ollut otollisia olosuhteita mykotoksiinien muodostumiseen ja tästä syystä tutkitun vehnän olkierän mykotoksiinipitoisuus ei ollut tarpeeksi korkea mykotoksiinien aiheuttamien vaikutusten tutkimiseksi bioetanolin fermentoinnissa. Korkeamman mykotoksiinipitoisuuden saavuttamiseksi materiaaliin lisättiin Fusarium sporotrichioides -toksiineja.
Insinöörityön tuloksena todettiin, että tutkitut hiivat pystyvät käyttämään vehnän olkea bioetanolin fermentoimiseen jopa mykotoksiinien läsnä ollessa. Bioetanolin valmistuksessa on täten siis mahdollista käyttää hyödyksi nykyään jätteeksi luokiteltavaa mykotoksiineilla voimakkaasti kontaminoitunutta lignoselluloosaperäistä biomassaa. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia maatalousjäämien hyötykäytössä sekä bioenergian tuotossa ilman suoranaista kilpailua ruoan- ja rehuntuotannon kanssa.