PROEVEN PRODUCTIE MELKZUUR

In April 2017 is er een batch van ca. 200 L glucose-oplossing uit de pilot plant naar de WUR gestuurd, toen nog in de veronderstelling dat er meer glucose in zat dan er werkelijk in zat. Er zijn een aantal proeven uitgevoerd op labschaal om te testen of en hoe melkzuur produ-cerende organismen groeiden op het materiaal uit de hydrolyse-tank; de resultaten daarvan worden hieronder weergegeven. De labschaal experimenten zijn niet verder opgeschaald vanwege de hygiëne-problemen die eerder uitvoerig besproken zijn.

De glucose-oplossing uit de hydrolysetank is in de pilot plant gefilterd en in 4 flessen via een koerier opgestuurd naar Wageningen. In Wageningen is het in de koeling gezet en de volgende dag zijn de experimenten ingezet.

Het materiaal is eerst 5x ingedikt in 20 uur met behulp van een filmverdamper. Daarna is het materiaal kort gesteriliseerd op 120 °C om de aanwezige bacteriën te doden. Daarna zijn er verschillende experimenten ingezet met 5 verschillende culturen (bacteriën, schimmels e.d. die melkzuur produceren):

• Niet pH gecorrigeerd: het opgestuurde glucosewater had een pH van 4.

• pH gecorrigeerd: hier werd de pH gecorrigeerd naar ca. 7, de optimale pH voor de culturen om te groeien

• Met toevoeging van voeding: bij de helft van de culturen werd een gistextract toegevoegd om te kunnen bepalen of het glucosewater uit de pilot plant voldoende voeding bevat of niet.

FIGUUR 8.37 LINKS GEFILTERDE GLUCOSE-OPLOSSING UIT DE HYDROLYSETANK, RECHTS 5X INGEDIKT

FIGUUR 8.38 LINKS EEN CULTUUR MET PH-CORRECTIE, ZONDER GISTEXTRACT (LINKS) EN MET GISTEXTRACT. DE WITTE LAAG BOVENOP DE VLOEISTOF IS DE GROEIENDE CULTUUR. RECHTS EEN CULTUUR ZONDER PH-CORRECTIE, ACHTER MET GISTEXTRACT, VOOR ZONDER

Daarna werden de mengsels een week lang geïncubeerd. Het resultaat van dit onderzoek was dat er groei van culturen was bij alle pH-gecorrigeerde mengsels (dus ook zonder voeding) maar geen groei bij de oorspronkelijke pH (zie Figuur 8.38). Na twee dagen was al het glucose in het medium omgezet. Er bleek dat in het ingedikte glucosewater 2,7 g/L glucose zat en 16 g/L melkzuur voor de start van de culturen, terwijl aangenomen was dat er 6 g/L glucose

in het niet ingedikte glucosewater zat, oftewel dat er 30 g/L glucose in het ingedikte glucose-water zou moeten zitten. Het glucosegehalte was dus ruim een factor 10 lager dan verwacht. Na de fermentatie van de culturen was er 23 g/L melkzuur aanwezig. Er werd dus meer melk-zuur geproduceerd dan er glucose voorhanden was. Dit kan er op duiden dat er cellobiose en andere oligosachhariden aanwezig waren na de hydrolyse, dat wil zeggen dat er halfpro-ducten tussen cellulose en glucose aanwezig waren, die door de melkzuurvormende orga-nismen omgezet konden worden (en juist niet door B. Cereus en L. Fusiformis in de hydroly-setank).

8.8 INDIKKEN

Na filtratie is er een heldere vloeistof met glucose in oplossing. Uit literatuuronderzoek zijn drie geschikte technieken voor het indikken van de glucose naar voren gekomen:

• MDR verdamper (mechanische damprecrompressie). • GaLiCoS (Gas liquid contacting system).

• Reverse Osmosis (RO).

De technieken worden hieronder kort uitgelegd. Alle drie de technieken werken onder 100 °C, wat belangrijk is voor tegengaan van degradatie van de glucose. In Tabel 8.8 staat een over-zicht met voor- en nadelen van elke techniek. De technieken zijn niet op pilotschaal getest en daardoor is niet aan te geven welke van deze technieken het beste zal presteren voor glucose-water.

TABEL 8.8 VOOR- EN NADELEN VAN DE ONDERZOCHTE TECHNIEKEN

Techniek Voordelen Nadelen

MDR Relatief lage energiekosten Relatief hoge investeringskosten

Weinig monitoring door personeel vereist Lange opstarttijd

GaLiCos Lage investeringskosten (?) Duurt relatief lang

Minder gevoelig voor vervuiling Makkelijke bediening

RO Continue productie mogelijk Relatief hoge drukken

Geen warmtebron nodig

MDR of mechanische damprecompressie werkt volgens hetzelfde principe als een warmte-pomp. Er wordt warmte onttrokken aan de omgeving bij een lage temperatuur en deze wordt gecomprimeerd. Hierdoor stijgt de druk en daarmee ook de temperatuur en verzadigingstem-peratuur van de damp. Bij een MDR is de damp afkomstig van het proces zelf; een verdamper is daarom niet nodig. Een MDR wordt daarom ook een open warmtepomp genoemd. Dit alles gebeurt vaak onder een lichte onderdruk zodat er relatief minder energie moet worden toege-voegd. De warmte die hierbij vrij komt kan weer worden ingezet in het proces en kan in serie worden geschakeld voor optimale benutting van energie. Figuur 8.39 illustreert een MDR-systeem. De oplossing die geconcentreerd moet worden komt via de toevoerleiding binnen onder een bepaalde druk. De vloeistof in het vat verdampt door warmtewisseling met warmte uit de condensor en wordt via de bovenkant via de compressor opgenomen en in druk verhoogd. De elektromotor drijft de compressor aan. De damp staat de warmte af in de condensor en condenseert vervolgens. De overgebleven warmte in het condensaat kan vervol-gens opnieuw worden gebruikt in dezelfde MDR of een ander proces.

FIGUUR 8.39 SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN MDR

GaLiCos (Figuur 8.40) is een nieuwe gepatenteerde techniek voor het indikken van oplos-singen. Waterstromen kunnen met afval- of restwarmte uit ventilatielucht of zelfs buiten-lucht worden ingedikt tegen lage kosten. De vloeistof loopt over een aflopende plaat via zwaartekracht naar beneden en zorgt voor een lichte onderdruk in de naar beneden gerichte uitstekende openingen in de plaat. Deze onderdruk zorgt ervoor dat de lucht door de plaat gaat als langgerekte bellen en in contact komt met de vloeistof. Hierdoor ontstaat turbulentie aan het oppervlak waardoor de lucht meteen wordt verzadigd met damp. De verdamping is afhankelijk van de temperatuur en de luchtvochtigheid in de luchtstroom. Deze verza-digde luchtstroom kan vervolgens in de atmosfeer worden afgevoerd. In dit geval gaat het om onschadelijke stoffen (waterdamp), dus zijn hier geen extra maatregelen voor nodig.

FIGUUR 8.40 SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN GALICOS

Osmose is het proces dat is gebaseerd op diffusie waarbij een vloeistof met een bepaalde concentratie van stoffen, door een semipermeabele (halfdoorlatend) wand stroomt die de vloeistof wel doorlaat maar niet de opgeloste stoffen (Figuur 8.41). Dit gaat door tot er een balans is waarbij de osmotische druk gelijk wordt. De stromingsrichting bij osmose is van hoge concentratie naar lage concentratie. Bij omgekeerde osmose is dit het tegenovergestelde. Dit gebeurt doormiddel van druk uit te oefenen op de te concentreren vloeistof in de tegen-gestelde richting. Hierdoor ontstaat er enerzijds een ‘ontwaterde oplossing’ en anderzijds puur water (mits het membraan een poriegrootte heeft die alleen watermoleculen doorlaat.). Het verwijderingsrendement wordt niet alleen bepaald door de grootte van de te verwijderen stoffen ten opzichte van het membraan, maar ook door de polariteit en de lading van de stoffen, het oplosmiddel en het membraan. Over het algemeen laat het alleen water door

afhankelijk van het membraan. Osmose verbruikt ten opzichte van verdamping minder energie, zie Figuur 8.42.

FIGUUR 8.41 VERSCHILLENDE OSMOSEPRINCIPES