Food or fuel Flashcards
Biobrandstoffen
Een brandstof die gemaakt wordt uit biomassa
Bio-ethanol
Ethanol dat gemaakt wordt met behulp van fermentatie (vergisting).
Bio-diesel
Naam voor een groep stoffen.
Eerste generatie biobrandstoffen
Suiker uit suikerriet en suikerbiet, zetmeel en olie
Marginale gronden
Grond dat niet geschikt is voor landbouw. Het is geërodeerd (afslijpen) en het is 13% van beschikbare grond.
Nadelen bio-ethanol
Kost energie en neemt landbouwgrond in.
Fotosynthese
6 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O8
Saccharomyces cerevisiae
Bakkergist.
Gist
Gebruikt glucose als voedsingsbron. Als er voldoende
zuurstof is heeft de gistcel de mogelijkheid om via volledige verbranding veel energie uit de glucose te halen. Dan zullen de cellen zich snel vermenigvuldigen. Maar als er te weinig zuurstof is dan zal de gistcel zijn toevlucht nemen tot een andere omzetting waarbij slechts een gedeelte van de energie worden vrijgemaakt. Hierbij produceert de cel ethanol uit de glucose. Ethanol bevat de energie die de gistcel niet kom gebruiken
Glucose (C6H12O6) als bouwsteen
Voor suiker, zetmeel en cellulose
Sucrose
Bestaat uit glucose en fructose
Zetmeel
Polymeer van glucose
Cellulose
Cellulose bestaat uit lange polymeren (ketens) van β-D-glucose-moleculen.
a-D-glucose
Glucose waar hydroxylgroep (OH) naar beneden staat
β-D-glucose
Glucose waar hydroxylgroep (OH) naar boven staat
Enzymen in plantencellen
Zorgen dat a-D-glucose kunnen omzetten in zetmeel en sucrose en β-glucose kunnen omzetten in cellulose (bia hydrolyse)
Hemicellulose
Onderdeel van celwand wat glucose als belangrijk bouwmateriaal heeft. Bestaat uit hexosen (c6-suikers) en pentosen (c4-suikers).
Lignine
Lignine is een groot macromolecuul met veel aromatische ringen. Vormt samen met de hemicellulose een netwerk waarin de microfibrillen liggen ingebed.
Microfibrillen
Streng van polymeren. Zorgt voor de sterke structuur van plantcellen.
Productieproces ethanol
Voorbewerking, hydrolyse, vergisting en opwerking
Mechanische verwerking
Verkleinen van materiaal door versnipperen, te malen of te stampen. Onderdeel van voorbewerking. Dit kost veel energie.
Zuur gekatalyseerde hydrolyse
Geconcentreerde zurenworden gebruikt om lignocellulose
te behandelen. In principe kunnen sterke zuren de cellulose zelfs meteen hydrolyseren. Maar zuur tast de reactor aan en de biomassa moet weer geneutraliseerd worden. Het zuur levert giftige residuen op die schadelijk zijn voor de latere fermentatie. Deze moeten worden verwijderd. Er ontstaat een grote afvalstroom met zout. En kost veel energie.
Enzymatische hydrolyse
Cellulase is een enzym dat cellulose afbreekt. Dit zorgt ervoor dat cellulose afgeknipt wordt tot losse glucosemoleculen. Er zijn drie soorten: endoβ-glucanasen, exo-β-glucanasen en glucosidasen.
Endo-β-glucanasen
Deze enzymen breken de lange polymeren open op willekeurige plaatsen door de binding tussen twee glucosemoleculen te hydrolyseren. Zo ontstaan er meer uiteinden waar andere enzymen op kunnen aangrijpen.
Exo-β-glucanasen
Exo-β-glucanasen zetten zich vast op de beschikbare uiteinden van de polymeerketens en knippen korte stukjes (disachariden en oligosachariden) af van de losse uiteinden. De disachariden worden cellobiosen genoemd.
Glucanasen
Grote eiwitten die bestaan uit twee functionele eenheden. Met het ene deel vindt de katalyse plaats. Met het andere deel
bindt het eiwit zich aan de koolwaterstofketen (CBM).
Glucosidasen
Deze enzymen knippen losse glucosecomponenten van oligosachariden en knipt de cellobiosen.
Problemen met enzymatische hydrolyse
Het beschikbare oppervlak voor de glucanasen is gering. te veel
glucose remt de werking van de β-glucosidasen. Daardoor stagneert de omzetting van de cellobiosen. De exo-β-glucanasen moeten zich binden aan de celluloseketen om de uiteinden er af te kunnen breken. Soms binden deze eiwitten zich op de verkeerde plaats. Ze zijn dan improductief maar hinderen ook de endoglucanasen. De enzymen kunnen zich ook hechten aan lignine-deeltjes en worden daardoor improductief. Enzymen kunnen gemakkelijk beschadigd raken door thermische of chemische activiteit.
Enzymactiviteit factoren.
Als de temperatuur te hoog wordt, denatureren de proteïnen (eiwitten). dN = −k(evenredigheidsfactor) *N(afname) *dt(tijd)
Snelheid enzymactiveit
V = dP(omzet in product) / dt
Tweetrapsproces
Het reactiecentrum, waar de hydrolyse plaatsvindt, ligt in het molecuul. Van der Waalskrachten trekken een sucrosemolecuul in het reactiecentrum. Het molecuul moet wel dichtbij genoeg komen.
Cytosol
De vloeistof waar mee een gistcel is gevuld. Hierin spelen zich ook belangrijke processen af. De belangrijkste is de glycolyse.
Glycolyse
Het proces waarbij glucose
wordt omgezet in alcohol.
Lipiden
Lipiden zijn moleculen met lange ketens. Vetten (energie) en fosfolipiden (celwand).
Koolhydraten
Cellulose, zetmeel en glycogeen. Ze zijn opgebouwd uit soort bouwstof. Ze hebben een functie.
Eiwitten
Eiwitten zijn ketens van aminozuren. Eiwitten zijn als het ware de werkpaarden in de cel en verrichten tal van taken. Ze kunnen bouw-, transportfuncties hebben of een katalysator zijn.
Nucleïnezuren
DNA en RNA
Adenosinefosfaten
AMP, ADP en ATP
ATP –> ADP
Er wordt een fosfaatgroep afgesplitst. Daarna komt energie bij vrij. Dit soort dat de cel niet overhit raakt.
Alcoholvergisting
Tijdens de afbraak van een glucosemolecuul worden er in gist dan ongeveer 32 ATP-moleculengevormd. Maar vaak gebruikt de gistcel bij voorkeur de anaerobe gisting. Netto levert deze maar 2 ATP op. Hiermee zal de gistcel het onder de meeste omstandigheden
moeten doen. De overige energie zit nu deels in het ethanolmolecuul. Als de alcoholconcentratie te hoog wordt, gaan de gistcellen dood. Dat gebeurt al bij ongeveer 14 procent.
Aantal gistcellen formule
dN = constante * N * dt
Filtratie
Haalt vaste bestanddelen uit het mengsel. Onderdeel van opwerking.
Destilatie
Scheiden water en ethanol (78,5 C)
