hrvatski

Matematičko modeliranje hidrolize polisaharida

U ovom je radu proučavan proces saharifikacije kao jedan od integralnih dijelova procesa proizvodnje bioetanola iz kukuruznog zrna. Saharifikacija je proces u kojem hidrolizom viših ugljikohidrata nastaju molekule glukoze, a kataliziran je enzimom glukoamilazom. Korištena je glukoamilaza komercijalnog naziva Dextrozyme, koja u svom sastavu sadrži malu koncentraciju pululanaze. U svrhu ispitivanja aktivnosti, specifičnosti i stabilnosti enzima glukoamilaze proveden je niz eksperimenata. Pronađeni su optimalni pH i temperatura za aktivnost enzima: pH 5, 5 (0, 1 mol dm-3 fosfatni pufer) i temperatura 40 °C. Ispitana je aktivnost enzima na sljedeće supstrate: maltozu, amilozu, amilopektin, škrob, te dekstrin. Određena je kinetika reakcije metodom početnih brzina za svaki od navedenih supstrata. Razvijen je matematički model reaktora u kojem su procijenjene vrijednosti kinetičkih konstanti korištenjem paket programa SCIENTIST. Za svaki supstrat je proveden i šaržni eksperiment u kojem je mjerena koncentracija nastale glukoze. Obzirom da je maltoza primarni produkt procesa likvefakcije-prvog stupnja hidrolize škroba u procesu dobivanja bioetanola, ovaj je supstrat odabran za detaljnija istraživanja. Pokazalo da je enzim ujedno i najspecifičniji na ovaj supstrat. Hidroliza maltoze u glukozu je provedena u različitim tipovima reaktora: šaržnom, ponovljivom šaržnom, protočno kotlastom enzimskom membranskom reaktoru, te u kotlastom reaktoru sa dotokom supstrata. Cilj ovih eksperimenata je utvrđivanje stabilnosti i aktivnosti enzima u eksperimentalnim reaktorskim uvjetima. Pokazalo se da je moguće postići gotovo potpunu konverziju maltoze u glukozu u svim tipovima reaktora, te prilikom toga nije došlo do deaktivacije enzima. Za svaki od navedenih procesa je razvijen matematički model, kojem je ocijenjena valjanost reaktorskim eksperimentom. Prilikom hidrolize drugih supstrata nije uvijek došlo do potpune konverzije u glukozu. Provedena hidroliza škroba u kotlastom reaktoru je pokazala da nije moguće konvertirati sav supstrat u glukozu u reakciji kataliziranoj glukoamilazom. U ovoj reakciji je došlo i do deaktivacije enzima.

glukoamilaza; matematičko modeliranje; reaktor

nije evidentirano