우리 세계의 화석 연료 매장량은 고갈되고 있습니다. 대부분의 정부 기관은 바이오 알코올, 바이오 디젤 등과 같은 화석 연료 대안의 연구 및 개발에 자금을 지원하고 바람직하게는 녹색 기술을 사용하여 생산됩니다. 알코올 인 에탄올은 효모 또는 박테리아와 같은 미생물을 사용하는 설탕을 발효시켜 생산됩니다. 설탕의 공급원에는 식품 작물 (사탕 수수, 옥수수, 밀 등) 및 리그 노 셀러스 작물 잔류 물 (사탕 수수 바가스, 옥수수 흉부, 밀짚, 쌀 빨대 등).
식품 작물의 에탄올 생산은 매우 간단하며 에너지 나 비용 집약적 인 과정이 포함되지 않습니다. 그러나 인간 음식을 연료 생산으로 전환하는 것은 윤리적으로 잘못된 것입니다. 반대로, 농업 잔류 물은 충분히 이용 가능하며 북인도 대부분의 주에서 심각한 대기 오염 정도까지 화상을 입었습니다. 대규모 리그 노 셀룰로스 에탄올 생산에 대한 유일한 장애는 공정 복잡성에 의해 기여하는 엄청난 생산 비용입니다.
리그 노 셀룰로스는 리그닌, 셀룰로오스, 헤미 셀룰로스, 무기 및 추출 물질로 구성됩니다. 셀룰로오스 및 헤미 셀룰로스는 당을 구성하며, 이는 가수 분해되어 에탄올로 발효 될 수있다. 그러나 리그닌은 가수 분해 가능한 설탕을 둘러싸고 에탄올로의 후속 전환을 위해 사용할 수 없습니다. 따라서, 리그 노 셀룰로오스를 에탄올로의 전환은 4 단계를 포함한다. (a) 전처리, 리그닌과 가수 분해 가능한 당 사이의 결합이 느슨해지는 전처리; (b) 포도당, 자일 로스 등과 같은 단순한 당이 셀룰로스 및 헤미 셀룰로스에서 방출되는 saccharification/highcaryission; (c) 가수 분해로부터 방출 된 당이 미생물에 의해 에탄올로 발효되는 발효; 및 (d) 발효 된 에탄올이 정제되어 품질을 향상시키는 정제.
Irena 보고서에 따르면 발효 단계만으로는 장비 비용의 23%와 총 비용의 16%를 구성합니다. 전처리 된 리그 노 셀룰로오스의 가수 분해는 6- 탄소 및 5- 탄소 설탕 (포도당과 같은 헥사, 자일 로스와 같은 펜 토스)을 방출합니다. 베이커 효모, 즉 Saccharomyces cerevisiae , 펜 토스를 자연스럽게 발효시킬 수 없습니다. 따라서 Scheffersomyces stipitis 와 같은 다른 효모가 필요합니다. 또는 zymomonas mobilis와 같은 박테리아 , 펜 토스 발효 및 에탄올의 수율을 향상시킵니다.
설탕의 효율적인 전환을 위해 둘 이상의 미생물을 사용하는 것은 다양한 대사 패턴, 배양 조건, 행동 및 상호 작용으로 인해 복잡합니다. 예를 들어, s. Cerevisiae 산소가없는 상태에서 에탄올을 생성하는 반면, 반면. 지염 산소의 미세 농도가 필요합니다 (미세 오리 유성 조건). 산소의 존재하에, s. Cerevisiae 세포 바이오 매스를 증가시키기 위해 신진 대사를 전환합니다. s. 지염 육각형과 펜 토스를 모두 발효시키는 능력이 있습니다. hexoses 뒤에 펜 토스가 이어 지므로 와 경쟁합니다. Cerevisiae 육각형을 소비합니다. 이러한 이유로 인해 시에 어떤 일이 발생하는지 예측하기가 어렵습니다. Cerevisiae 그리고 s. 지염 공동 배양됩니다.
종이“Saccharomyces cerevisiae에 의한 포도당과 자일 로스의 공동 발효를위한 수학적 모델링, 시뮬레이션 및 검증 및 scheffersomyces stipitis” 바이오 매스 및 바이오 에너지 에 출판되었습니다 2018 년 3 월, 설탕, 에탄올, s의 농도를 예측하기위한 수학적 모델의 발달에 대해 설명합니다. Cerevisiae, 그리고 s. 지염 이 효모의 공동 문화 동안. 이 모델은 미생물의 성장률을 예측하기 위해 가장 간단한 수학적 모델 인 MONOD 모델에서 개발되었습니다.
이 연구에서 수학적 모델은 를 고려하여 개발되었습니다. 지염 논문에 설명 된 다른 가정뿐만 아니라 용존 산소 농도에 대한 성장률의 의존성. 알려진 및 알려지지 않은 운동 파라미터를 계산하기 위해 시뮬레이션 및 실험을 동시에 수행 하였다. T- 검정을 수행하고 계약 지수를 평가하여 모델을 통계적으로 검증했습니다. 의 농도 프로파일을 예측하는 모델에 대한 Willmott의 일치 지수. Cerevisiae, S. stipitis , 포도당, 자일 로스, 에탄올 및 산소는 모델 예측 값과 실험 값 사이의 "매우 높은"계약 기준을 충족시키는 0.867, 0.929, 0.980, 0.995, 0.910 및 0.850이었다.
.발효 실험은 포도당 및 자일 로스를 함유 한 합성 배지에서 수행되었다. 이 모델은 리그 노 셀룰로스 에탄올 생산 동안 배양 역학을 예측하는 데 수정 및 사용될 수 있습니다. 연구의 그래픽 초록은 다음과 같습니다.
이러한 결과는 Saccharomyces Cerevisiae 및 Scheffersomyces stipitis의 포도당 및 자일 로스의 공동 발효를위한 수학적 모델링, 시뮬레이션 및 검증이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 저널 biomass and bioenergy 에 발표되었습니다. . 이 작품은 Siddhi Sreemahadevan, Varsha Singh, Pradip Kumar Roychoudhury 및 인도 기술 연구소의 Shaikh Ziauddin Ahammad에 의해 수행되었습니다.
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