Enhanced Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulose in Bioethanol Production Substrate Interactions with Surfactants and Polymers

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Ett av dagens stora miljöproblem är de höga halter av koldioxid som ackumuleras i atmosfären. En stor del av samhällets koldioxidutsläpp kommer från förbränning av fossila bränslen som kol, olja eller bensin. Ett av de mest lovande alternativa bränslen som kan ersätta dagens stora bensinförbrukning är bioetanol. Cellulosainnehållande restprodukter från skogsbruk (t.ex. grenar, toppar och rötter) och jordbruk (t.ex. halm) ger en riklig tillgång på råmaterial för tillverkning av bioetanol. Den största potentialen för att skapa en konkurrenskraftig industri och bioetanolprodukt ligger i att utveckla en bioteknikbaserad tillverkning. Produktionen av bioetanol sker då med hjälp av en blandning av olika cellulosanedbrytande enzymer (cellulaser) som bryter ner cellulosapolymerer till socker (glukos), vilket sedan fermenteras (jäses) till etanol. Effektiva enzymproducenter är svampar som står för en stor del av den naturliga nedbrytningen av växtmaterial. I Sverige utgör rester från granskog (biomassa) den största delen av tillgängligt råmaterial. För att få högre utbyte vid hydrolys och fermentation förbehandlas biomassan så att endast lignin och cellulosa återstår (lignocellulosa). Den mest tidskrävande och kostsamma delprocessen är den enzymatiska hydrolysen av lignocellulosa. Ett av problemen består i förluster av dyra enzymer genom adsorption till lignindelen i lignocellulosa. De studier som presenteras i denna avhandling visar att tillsater av ytaktiva ämnen (detergenter eller polymerer) kan avsevärt öka hastigheten vid nedbrytningen samt utbytet av glukos. Detta sker genom att de ytaktiva ämnena konkurrerar ut enzymerna från ligninytor på lignocellulosan. En större mängd enzymer finns på det sättet tillgängligt för hydrolys av cellulosa. Tillsatser av detergenter har även undersökts i en processutformning med samtidig hydrolys och jäsning; även då med positiv effekt på processen. Genom förståelse av lignocellulosans interaktioner med enzymer och ytaktiva ämnen kan förändringar göras vid hydrolysprocessen samt enzymer utvecklas med förbättrade ytegenskaper. För att vidareuveckla de enzymblandningar som skall användas vid etanolproduktion behövs mer kunskap kring dessa. I denna studie har även ett nytt effektivt enzymsystem med intressanta egenskaper undersökts. Förekomsten av proteinnedbrytande enzymer (proteaser) i enzymblandningar är ett förekommande problem. En av de mest använda och studerade enzymblandningarna produceras av svampen Hypocrea jecorina. Ett tidigare okänt proteas från denna svamp har indentifierats och dess egenskaper undersökts.