Od sacharydów do prekursorów bioplastików i biopaliw - efektywne zastosowanie procesów hydrotermicznych do waloryzacji odpadów przetwórstwa spożywczego

Abstract

Rozprawa doktorska dotyczy opracowania nowej technologii konwersji odpadów spożywczych do użytecznych bioproduktów, mogących stanowić półprodukty dla przemysłu petrochemicznego. W części literaturowej przedstawiono metody waloryzacji wytłoków owocowo-warzywnych, szczególnie struktury sacharydów, metod ich izolacji i konwersji do związków platformowych wykorzystywanych do syntezy biotworzyw, biopaliw i innych chemikaliów. Celem badań było opracowanie efektywnego sposobu waloryzacji wytłoków jabłkowych poprzez maksymalizację odzysku sacharydów oraz ich przekształcenie w 5-hydroksymetylofurfural (5-HMF), furfural i kwas lewulinowy. Badania prowadzono dwuetapowo, w pierwszym kroku optymalizując odzysk monosacharydów, a następnie przekształcając je do związków platformowych. Zgodnie z zasadami zielonej chemii zastosowano wodę jako ekologiczne medium reakcji. Przeprowadzone badania dostarczyły wiedzy o przebiegu reakcji depolimeryzacji struktur biomasy, mechanizmach konwersji monosacharydów oraz aspektach technologicznych kluczowych dla skalowania procesu. W skali laboratoryjnej i pilotażowej uzyskano 44,9% sacharydów rozpuszczalnych w wodzie, z których otrzymano ok. 7,4% 5-HMF i 2,5% furfuralu (w przeliczeniu na suchą masę surowca). Wyniki potwierdziły skuteczność i zrównoważony charakter opracowanego procesu, stanowiącego alternatywę dla tradycyjnych metod produkcji petrochemikaliów. The doctoral dissertation focuses on developing the development of a novel technology for converting food industry waste into value-added bioproducts that can serve as intermediates for the petrochemical sector. The literature review discusses methods for valorising fruit and vegetable pomace, with a particular emphasis on saccharide structures, methods for their isolation, and conversion into platform chemicals used in the synthesis of bioplastics, biofuels, and green chemicals. The research aimed to establish an efficient method for apple pomace valorization by maximizing sugar recovery and converting obtained sugars into 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), furfural, and levulinic acid. The study was conducted in two stages: first, optimizing monosaccharide recovery, and second, converting them into platform compounds. In line with green chemistry principles, water was used as an eco-friendly reaction medium. The research provided insights into biomass depolymerization reactions, monosaccharide conversion mechanisms, and technological aspects crucial for process scale-up. At the laboratory and pilot scale, 44.9 wt.% of water-soluble saccharides were recovered, yielding approximately 7.4 wt.% 5-HMF and 2.5 wt.% furfural (dry basis). The results confirmed the efficiency and sustainability of the developed process as a viable alternative to conventional petrochemical production methods.