Synthèse de bio-alcool à partir de la fermentation de déchets organiques

Abstract

L’objectif de cette étude est de synthétiser du bioéthanol à partir des déchets de pain dans un bioréacteur cylindrique en mode batch en utilisant la levure Saccharomyces Cerevisiae. Afin de maximiser le rendement en sucres totaux (ST) extraient des déchets de pain, une optimisation statistique des prétraitements enzymatiques et thermochimiques a été réalisée en utilisant l'outil de conception plan centré composite (CC) de la méthodologie de surface de réponse (MSR). Quatre facteurs sont optimisés à savoir : la concentration en déchets de pain, la concentration en alpha-amylase, la température et le pH, avec le rendement en sucres totaux comme variable de réponse. Il a été constaté que les conditions optimales pour un rendement maximal de ST étaient à une concentration de déchets de pain de 0.03 g/mL, une concentration d'alpha-amylase de 0.2 mL/L, une température de 100 °C et un pH de 5.3. Sous ces conditions, le rendement en sucres a atteint 90 %, avec une concentration en bioéthanol d'environ 85.8 g/L après 72 h de fermentation. En outre, Un prétraitement ultrasonique a été réalisé sur les déchets de pain afin de déterminer le temps optimal de sonication, montrant qu'une concentration en sucres totaux de 188 g/L a été obtenue après 20 minutes de traitement. L'étude a également examiné l'effet du biochar sur la fermentation alcoolique en utilisant l'hydrolysat optimisé, révélant qu'une concentration maximale de bioéthanol de 110 g/L a été observée avec l'ajout de 12g de biochar. Enfin, une étude sur le comportement rhéologique de la suspension des déchets de pain a été effectuée, et ceci en phase d’hydrolyse, et en phase de fermentation alcoolique, en modifiant la vitesse d'agitation. La viscosité de l’hydrolysat était de à 4.4 mP.s en fin de traitement et variait entre 3.2 mP.s et 6.5 mP .s en phase de fermentation à trois vitesses d'agitation différentes, indiquant que l'hydrolysat peut être considéré comme un fluide non newtonien Abstract The objective of this study is to synthesize bioethanol from bread waste in a cylindrical bioreactor in batch mode using Saccharomyces Cerevisiae. In order to maximize the yield of total sugars (TS) extracted from bread waste, statistical optimization of enzymatic and thermochemical pretreatments was performed using the central composite design (CCD) tool of Response Surface Methodology (RSM). Four factors are optimized: the bread waste ratio, the concentration of alpha-amylase, the temperature and the pH, with the yield of reducing sugars as a response variable. The optimal conditions for maximum yield of TS were found to be at a bread waste ratio of 0.03 g/mL, an alpha-amylase concentration of 0.2 mL/L, a temperature of 100° C and a pH of 5.3. Under these conditions, the sugar yield reached 90%, with a bioethanol concentration of approximately 85.8 g/L after 72 hours of fermentation. In addition, an ultrasonic pretreatment was performed on bread waste to determine the optimal sonication time, showing that a total sugar concentration of 188 g/L was obtained after 20 minutes of treatment. The study also examined the effect of biochar on alcoholic fermentation using the optimized hydrolysate, revealing that a maximum bioethanol concentration of 110 g/L was observed with the addition of 12 g of biochar. Finally, a study on the rheological behavior of the bread waste suspension was performed, both in the hydrolysis phase and in the alcoholic fermentation phase, by modifying the agitation speed. The viscosity of the hydrolysate was 4.4 mP.s at the end of treatment and varied between 3.2 mP.s and 6.5 mP.s in the fermentation phase at three different agitation speeds, indicating that the hydrolysate can be considered a non-Newtonian fluid. ملخص الهدف من هذه الدراسة هو تصنيع الإيثانول الحيوي من نفايات الخبز في مفاعل حيوي أسطواني باستخدام الخمير . Saccharomyces Cerevisiae من أجل تعظيم عائد السكريات المستخرجة (TS) من قصاصات الخبز، تم إجراء التحسين الإحصائي للمعالجات الإنزيمية والكيميائية الحرارية باستخدام أداة تصميم المستوى المركب (CCD) لمنهجية سطح الاستجابة . (RSM). تم تحسين أربعة عوامل، وهي: تركيز نفايات الخبز، تركيز alpha-amylase ، درجة الحرارة ودرجة الحموضة pH ، مع مردود السكريات المختزلة كمتغير استجابة. تم العثور على الظروف المثلى للحصول على أقصى إنتاجية ل TS في تركيز نفايات الخبز 0.03 جم / مل، تركيز alpha-amylase 0.2 مل / لتر، درجة حرارة 100 درجة مئوية ودرجة حموضة 5.3 . في ظل هذه الظروف، وصل محصول السكر إلى 90 ٪، مع تركيز إيثانول حيوي يبلغ حوالي 85.8 جم / لتر بعد 72 ساعة من التخمير . بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء معالجة مسبقة بالموجات فوق الصوتية على نفايات الخبز لتحديد وقت المعالجة الأمثل، تم الحصول على تركيز سكر يبلغ 188 جم / لتر بعد 20 دقيقة من المعالجة. كما درس تأثير الفحم الحيوي على التخمير الكحولي باستخدام التحلل الأمثل، حيث كشفت عن وجود تركيز أقصى للإيثانول الحيوي يبلغ 110 جم / لتر عند إضافة 12 جم من الفحم الحيوي. أخيرًا، تم إجراء دراسة على السلوك الريولوجي لنفايات الخبز، سواء في مرحلة التحلل الهيدروليكي أو في مرحلة التخمير الكحولي، من خلال تعديل سرعة التحريك. كانت لزوجة المحلل 4.4 mP.s في نهاية المعالجة، وتراوحت بين 3.2 mP.s و 6.5 mP.s في مرحلة التخمير بثلاث سرعات تحريك مختلفة، مما يشير إلى أن المحلل يمكن اعتباره سائلًا غير نيوتوني.