Otrzymywanie etanolu ze słomy rzepakowej w procesie symultanicznej hydrolizy i fermentacji w systemie półciągłym

• Autorzy: Swiatek K. , Lewandowska M. , Juszczuk A. , Kordala N.

Warianty tytułu

EN

Obtaining of ethanol from rape straw in the process of simultaneous hydrolysis and fermentation in fed-batch system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania, których celem było określenie wpływu zastosowania półciągłego systemu hydrolizy i fermentacji polisacharydów zawartych w słomie rzepakowej na wydajność produkcji etanolu w systemie SSF. Słomę rzepakową po alkalicznej obróbce wstępnej poddano detoksykacji poprzez dwukrotne przepłukanie wodą. Po 24 i 48 h jednoczesnej hydrolizy i fermentacji do prób dodawano substrat poddany obróbce wstępnej i suszeniu, każdorazowo w ilości 25% początkowej zawartości substratu w zawiesinie. Porównawczo przeprowadzono symultaniczną hydrolizę i fermentację bez dodatkowego zasilania substratem (kontrolną). Efekty procesu fermentacji wyrażono ilością wytworzonego etanolu w medium pofermentacyjnym. W kontrolnym doświadczeniu hydrolizy i fermentacji uzyskano 1,60% (v/v) etanolu w medium. Natomiast w półciągłym systemie ilość uzyskanego alkoholu wynosiła 1,81% (v/v), co oznacza zwiększenie stężenia etanolu o 13%. Biorąc pod uwagę stężenie surowca w medium reakcyjnym, można stwierdzić, że zastosowana modyfikacja procesu symultanicznej hydrolizy i fermentacji nie wpłynęła na poprawę wydajności procesu biokonwersji.

EN

The research was carried out with the aim to determine the impact of the application of the fed-batch system of simultaneous saccharification and fermentation of polysaccharides contained in rape straw on the production of ethanol in SSF system. Rape straw after alkaline pretreatment was subjected to detoxification by double rinsing with water. After 24 and 48 hours of simultaneous hydrolysis and fermentation, pretreated and dried substrate was added to the samples, each in an amount of 25% of the initial amount of substrate in the slurry. Comparatively simultaneous hydrolysis and fermentation without additional supply of substrate was carried out. The effects of the fermentation were expressed as the amount of ethanol produced in a fermentation medium. In the control experiment of hydrolysis and fermentation 1.60% (v/v) of ethanol was obtained. However, in the fed-batch system, ethanol concentration was 1.81% (v/v), which represented an increase in ethanol concentration of 13%.

Słowa kluczowe

PL

lignoceluloza; sloma rzepakowa; hydroliza enzymatyczna; fermentacja etanolowa; bioetanol; biopaliwa; technologia SSF; alternatywne zrodla energii

• Wydawca: -
• Czasopismo: Nauki Inżynierskie i Technologie
• Rocznik: 2014
• Numer: 4(15)
• Opis fizyczny: s.112-125,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Swiatek K.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

autor

Lewandowska M.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

autor

Juszczuk A.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

autor

Kordala N.

• Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Olsztyn

Bibliografia

• Adapa P., Tabil L., Schoenau G., 2009, Compaction characteristics of barley, canola, oat and wheat straw, Biosyst. Eng., no. 104 (3), s. 335-344.
• Anderson W.F., Akin D.E., 2008, Structural and chemical properties of grass lignocelluloses related to conversion for biofuels, J. Ind. Microbiol. Biotechnol., no. 35, s. 355–366.
• AOAC International, 1990, Official methods of analysis of AOAC International, 15. edycja, Association of Official Analytical Chemists International, Arlington, Virginia, 22201, USA.
• Balat M., 2011, Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review, Energ. Convers. Manage., no. 52, s. 858-875.
• Cantarella M., Cantarella L., Gallifuoco A., Spera A., Alfani F., 2004, Comparison of different detoxification methods for steam-exploded poplar wood as a substrate for the bioproduction of ethanol in SHF and SSF, Process Biochem., no.39, s. 1533-1542.
• Díaz M.J., Cara C., Ruiz E., Romero I., Moya M., Castro E., 2010, Hydrothermal pre-treatment of rapeseed straw, Bioresour. Technol., no. 101, s. 2428-2435.
• Gasparatos A., Stromberg P., Takeuchi K., 2011, Biofuels, ecosystem services and human wellbeing: Putting biofuels in the ecosystem services narrative, Agr. Ecosyst. Environ., no. 142, s. 111-128.
• Huang J., Yang J., Msangi S., Rozelle S., Weersink A., 2012, Biofuels and the poor: Global impact pathways of biofuels on agricultural markets, “Food Policy”, no. 37, s. 439-451.
• Kachel-Jakubowska M., Kraszkiewicz A., Szpryngiel M., Niedziółka I., 2011, Możliwości wykorzystania odpadów poprodukcyjnych z rzepaku ozimego na cele energetyczne, Inż. Rol., nr 6, s. 61-68.
• Keshwani D.R., Cheng J.J., 2009, Switchgrass for bioethanol and other value-added applications: a review, Bioresour. Technol., no. 100, s. 1515-1523.
• Kim S., Dale B.E., 2004, Global potential bioethanol production from wasted crops and crop residues, Biomass Bioenerg., no. 26, s. 361-375.
• Kim T.H., Choi C.H., Oh K.K., 2013, Bioconversion of sawdust into ethanol using dilute sulfuric acid-assisted continuous twin screw-driven reactor pretreatment and fed-batch simultaneous saccharification and fermentation, Bioresour. Technol., no. 130, s. 306-313.
• Kłosowski G., Czupryński B., Wolska M., 2006, Characteristics of alcoholic fermentation with the application of Saccharomyces cerevisiae Yeats: As-4 strain and I-7-43 fusant with amylolytic properties, J. Food Eng., n0. 76, s. 500-505.
• Leja K., Lewandowicz G., 2009, Biopaliwo z biomasy lignocelulozowej, „Ekonatura”, nr 11, s. 20-21.
• Lewandowska M., Piotrowicz-Cieślak A., 2008, Ocena zdolności drożdży Saccharomyces cerevisiae do fermentacji monosacharydów pochodnych laktozy, Acta Sci. Pol. Biotechnologia, nr 7, s. 3-16.
• Liu K., Lin X., Yue J., Li X., Fang X., Zhu M., Lin J., Qua J., Xiao L., 2010, High concentration ethanol production from corncob residues by fed-batch strategy, Bioresour. Technol., no. 101, s. 4952-4958.
• Lu X., Xi B., Zhang Y., Angelidaki I., 2011, Microwave pretreatment of rape straw for bioethanol production: Focus on energy efficiency, Bioresour. Technol., no. 102, s. 7937-7940.
• Mathew A.K., Chaney K., Crook M., Humphries A.C., 2011, Alkaline pre-treatment of oilseed rape straw for bioethanol production: evaluation of glucose yield and pre-treatment energy consumption, Bioresour. Technol., no. 102, s. 6547-6553.
• McIntosh S., Vancov T., 2010, Enhanced enzyme saccharification of Sorghum bicolor straw using dilute alkali pretreatment, Bioresour. Technol., no. 101, s. 6718-6727.
• Miller G.L., 1959, Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar, Anal. Chem., no. 31 (3), s. 426-428.
• Olofsson K., Bertilsson M., Lidén G., 2008, A short review on SSF – an interesting process option for ethanol production from lignocellulosic feedstocks, Biotechnol. Biofuels, no. 1 (7), s. 1-14.
• Pedersen M., Meyer A.S., 2009, Influence of substrate particle size and wet oxidation on physical surface structures and enzymatic hydrolysis of wheat straw, Biotechnol. Progr., no. 25, s. 399-408.
• PN-EN ISO 13906:2009, Pasze, Oznaczanie zawartości włókna kwaśnodetergentowego (ADF) i ligniny kwaśnodetergentowej (ADL).
• Ruciński D., Bałek J., Kupczyk A., 2009, Korzyści z zastąpienia biopaliw I generacji biopaliwami II generacji, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, nr 543, s. 267-274.
• Świątek K., Lewandowska M., Świątek M., Bednarski W., 2012, Doskonalenie warunków hydrolizy enzymatycznej polisacharydów zawartych w słomie rzepakowej, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, nr 570, s. 107-116.
• Świątek K., Lewandowska M., Świątek M., Bednarski W., Brzozowski B., 2014, The improvement of enzymatic hydrolysis efficiency of rape straw and Miscanthus giganteus polysaccharides, Bioresour. Technol., no. 151, s. 323-331.
• Van Soest P.J., Robertson J.B., Lewis B.A., 1991, Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition, J. Dairy Sci., nr 74, s. 3583-3597.
• Zhang Y.-H.P., 2008, Reviving the carbohydrate economy via multi-product lignocellulose biorefineries, J. Ind. Microbiol. Biotechnol., no. 35, s. 367-375.
• Zhang M., Wang F., Su R., Qi W., He Z., 2010, Ethanol production from high dry matter corncob using fed-batch simultaneous saccharification and fermentation after combined pretreatment, Bioresour. Technol., no. 101, s. 4959-4964.

Identyfikatory

DOI

10.15611/nit.2014.4.09