RU2109058C1 - Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья - Google Patents
Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья Download PDFInfo
- Publication number
- RU2109058C1 RU2109058C1 RU97113656A RU97113656A RU2109058C1 RU 2109058 C1 RU2109058 C1 RU 2109058C1 RU 97113656 A RU97113656 A RU 97113656A RU 97113656 A RU97113656 A RU 97113656A RU 2109058 C1 RU2109058 C1 RU 2109058C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrolyzate
- wort
- fermentation
- alcohol
- sugars
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Abstract
Способ предназначен для переработки растительных материалов методом гидролиза с последующим сбраживанием сахаров для получения спирта. Сущность способа переработки гексозных гидролизатов заключается в том, что в качестве растительного сырья для получения последних используют пивную дробину. Ее подвергают гидролизу 1,0 - 3,0% серной кислотой при температуре 100 - 120oС в течение 2 - 4 часов. После этого получают гидролизат, нейтрализуют его, отделяют осадок, получают сусло. Для сбраживания сахаров полученного сусла в спирт используют дрожжи Sacharomyces uvarum раса Ф-С-2, Candida sehata раса у-1632 или смесь этих культур. В процессе сбраживания проводят постоянное аэрирование в течение 10 минут каждый час. Изобретение позволит повысить выход этанола. 2 табл.
Description
Изобретение относится к переработке растительных материалов методом гидролиза с последующим сбраживанием сахаров для получения этанола.
Этанол является важным сырьем для пищевой, фармацевтической и химической промышленности.
Этанол обычно получают путем химического или микробиологического синтеза. Для микробиологического синтеза используют сахарсодержащие материалы растительного сырья (крахмал картофеля и зерновых злаков, сахара мелассы, а также гидролизаты древесины и сульфитные щелока). Растительное сырье содержит значительное количество гемицеллюлоз, превращающихся при гидролизе в пентозные и гексозные сахара. Разработка способа сбраживания пентоз наряду с гексозами позволит увеличить объем использованных сахаров и повысить общую выработку этанола, получаемого из растительных сырья.
В литературе описан способ получения этанола из смеси ксилозы, глюкозы и арабинозы, заключающийся в непрерывной ферментации смеси сахаров (75% ксилозы, 20% глюкозы, 5% арабинозы) с помощью дрожжей Pichia stipitis NRRZ 17124 [1]. При эффективности конверсии сахаров субстрата, составляющей 80%, концентрация этанола достигала 0,41 г/л.
Известен способ сбраживания D-кислоты дрожжами при 32oС и pН 2,5, при этом концентрация спирта составляет 0,34 г/л [2].
Известно сбраживание ксилозы мутантами, полученными из родительского штамма Candida Sp. и Sacharomyces cerevisie [3] и дрожжами Pachysolen tannophilus или его мутантами [4].
Наиболее близким по технической сущности является способ микробиологической переработки гемицеллюлозы растительного сырья в этанол. Гемицеллюлоза путем гидролиза переводится в пентозные и гексозные сахара, которые конвертируются в этанол дрожжами Pachysoien tannophilus ВКПМ Y-1532 [5]. Сусло с высоким содержанием ксилозы получали на основе гемицеллюлозной фракции гидролизата смеси лиственной и хвойной древесин. В него перед сбраживанием добавляли сульфат аммония и суперфосфатную вытяжку с целью достижения оптимальной концентрации в сусле 200-300 мг/л азота и 100-150 мг/л фосфора. Температура ферментации составляла 32oС, pН 4,5-5,0, продолжительность ферментации 36 ч, выход этанола от использованных РВ составлял 32%.
Задачей изобретения является разработка более эффективного способа конверсии гемицеллюлоз растительного сырья в этанол, увеличение выхода этанола от сбраживаемых сахаров.
Сущность способа переработки гексозных гидролизатов заключается в том, что в качестве растительного сырья для получения последних используют пивную дробину, которую подвергают гидролизу 1,0-3,0%-ной серной кислотой при 100-120oС в течение 2-4 ч, после чего получают гидролизат с высоким содержанием ксилозы, из которого готовят сусло путем нейтрализации гидролизата известью и аммиаком до pН 4,5. Для сбраживания сахаров полученного сусла в этанол используют дрожжи Sacharomyces uvarum раса Ф-С-2, Candida sehata раса у-1632 и смесь этих культур. В процессе сбраживания поддерживают температуру 30-32oС, pН 4,2-4,6, постоянное аэрирование осуществляют в течение 10 мин каждый час при расходе кислорода 10 л/м3 жидкости.
Культура дрожжи Sacharomyces uvarum раса Ф-С-2 выделена при сбраживании гидролизатов сельхозотходов на спирт. Культура дрожжей Candida sehata раса у-1632 выделена при получении кормового белка на гидролизатах лиственной древесины [6].
Пивная дробина является отходом пивоваренного производства и образуется в результате использования дробленого ячменного солода при варке пивного сусла. На 100 кг вырабатываемого сусла получают 115-130 кг влажной дробины. В зависимости от способа выделения из пивного сусла пивная дробина имеет кашеобразный внешний вид от жидкого до рассыпчатого с слабовыраженным хлебным запахом от светложелтого до коричневого цвета [ТУ-10-5031536-135-90].
Пивная дробина имеет следующий химический состав, %: легкогидролизуемые полисахариды (ЛГП) 29,5; трудногидролизуемые полисахариды (ТГП) 11,0; лигнин 22,5; зола 5,6; серый жир 6,0; неуглеводные составляющие 25,4 [7].
По кормовой ценности 100 кг влажной дробины равны 12,7 кг крахмала.
Из литературы известно применение пивной дробины в качестве добавок в муку при производстве хлебобулочных изделий, корма в молочном животноводстве, компоста после переработки микроорганизмами, а также источника энергии (биогаза).
Новизна способа в соответствии с изобретением заключается в применении нового растительного сырья, в котором содержится значительное количество гемицеллюлоз, из которых в результате гидролиза получают гидролизат, содержащий 86% пентозных сахаров, в том числе содержание ксилозы составляет 57%. Специально подобранные режимы и культуры дрожжей позволяют перерабатывать гемицеллюлозный гидролизат пивной дробины в этанол с высокой эффективностью конверсии сахаров.
Преимуществом разработанного способа является упрощение технологической схемы подготовки сырья за счет смягчения режима гидролиза, разработанного специально для переработки пивной дробины, связанного с ее физико-химическими свойствами. В результате применения предлагаемого способа сокращается количество использованных расходных материалов, обычно применяемых при ферментации микроорганизмов. Нет необходимости добавки стимуляторов роста, биологически активных веществ и питательных солей. В результате реализации способа повышается эффективность использования ксилозы при конверсии в этанол.
Пример 1. В качестве исходного растительного сырья берут пивную дробину в соответствии с ТУ-10-5031536-135-90 в количестве 1 кг, помещают в варочную емкость объемом 5 л, добавляют 25 г Н 2O4, в пересчете на моногидрат и 1,75 л воды, создавая в смеси концентрацию варочной кислоты 1,0%. Гидролиз осуществляют при 120oС в течение 2 ч при гидромодуле 10.
Гидролизат содержал следующие сахара, %: пентозные сахара (ксилоза 1,86, арабиноза 0,95, рамноза 0,02), гексозные сахара (гелактоза 0,34, глюкоза 0,08).
Общее содержание сахаров в гидролизате составляло 3,25%, при этом от суммарной концентрации сахаров количество ксилозы 57,1%, арабинозы 29,2%, рамнозы 0,6%, галактозы 10,5% и глюкозы 3,1%.
Характеристика гидролизата приведена в табл. 1.
Гидролизат при 80oС нейтрализовали известью до pН 3,6, а затем аммиаком до pН 4,6, осадок отфильтровывали, а полученное сусло засевали дрожжевой культурой Sacharomyces uvarum раса Ф-С-2 до концентрации 20 г/л. В процессе сбраживания выдерживали температуру 30oС, pН 4,2 и постоянное аэрирование 10 мин каждый час, длительность сбраживания составляла 36 ч. Определяли концентрацию сахаров и спирта бражке и рассчитывали выход этанола от сбраживаемых сахаров.
Результаты сбраживания сахаров приведены в табл. 2.
Пример 2. Аналогично примеру 1 в качестве исходного растительного сырья берут пивную дробину в соответствии с ТУ-10-5031536-135-90 в количестве 1 кг, помещают в пятилитровую варочную емкость, добавляют 75 г Н2SO4 в пересчете на моногидрат и 1,75 л воды, создавая в смеси концентрацию варочной кислоты 3,0%. Гидролиз осуществляют при 100oС в течение 4 ч при гидромодуле 10.
Гидролизат содержал следующие сахара, %: пентозные сахара (ксилоза 1,84, арабиноза 1,00, рамноза 0,01), гексозные сахара (галактоза 0,32, глюкоза 0,06). Общее содержание сахаров в гидролизате составляло 3,23%, при этом от общего количества сахаров в гидролизате концентрация ксилозы 57,0%, арабинозы 31,0%, рамнозы 0,3%, галактозы 9,9% и, глюкозы 1,8%. Характеристика гидролизата приведена в табл. 1.
Гидролизат при 80oС нейтрализовали известью до рН 3,6, а затем аммиаком до pН 4,6, осадок отфильтровывали и полученное сусло засевали дрожжевой культурой Candida sehata раса ВКПМ у-1632. Концентрация дрожжей 20 г/л. В процессе сбраживания выдерживали температуру 30oС, pН 4,2 и постоянное аэрирование 10 мин каждый час, длительность сбраживания составляла 36 ч.
Результаты сбраживания сахаров приведены в табл. 2.
Пример 3. Сбраживанию подвергали гидролизат, полученный в примере 1. Сбраживание проводили смесью дрожжевых культур: Sacharomyces uvarum раса Ф-С-2 и Candida sehata раса ВКПМ у-1632 в соотношении 1:1 при концентрации дрожжей 20 г/л. Условия сбраживания аналогично примерам 1 и 2.
Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Как видно из приведенных примеров, гидролизат пивной дробины содержит более 80% пентозных сахаров, в том числе 57% ксилозы, что дает полное основание отнести его к гемицеллюлозным гидролизатам.
В результате конверсии гемицеллюлоз в этанол по предлагаемому способу эффективность процесса составила в среднем 40,5%, что на 26% выше, чем в прототипе.
В случае использования Sacharamyces uvarum количество утилизированной ксилозы было таким же, как в прототипе, в случае использования Candida sechata или смеси этих культур - ниже, чем в прототипе, но общая эффективность превращения сахаров в спирт на 30-50% выше, чем в прототипе, что и доказывает большую эффективность конверсии гемицеллюлоз в этанол.
Предлагаемый способ использования углеводов пивной дробины на спирт не требует дополнительного введения биологически активных веществ и питательных солей и осуществляется при более низкой концентрации дрожжей, чем в прототипе.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Deiganes J. P. , Moletta R.; Biotechnol. Lett., 1988, 10, N 10, p. 725-730.
1. Deiganes J. P. , Moletta R.; Biotechnol. Lett., 1988, 10, N 10, p. 725-730.
2. CEER, Chem. Econ. ahd Eng. Rev., 1982, v. 14, N 5, p. 49-50.
3. Патент US, N 4511656, кл. С 12 Р 7/06, 1985.
4. Патент US, Т 4477569, кл. С 12 Р 7/06, 1984.
5. Борохова О. Э. и др. Микробиологическая переработка гемицеллюлозы в этанол. Ж. Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1993, N 3, с. 1-3.
6. Крегер-ван-Рэй. "Дрожжи, таксометрическое изучение", Амстердам, 1884, с. 382-386.
7. Технология солода и пива. - М., 1957, с. 346-347.
Claims (1)
- Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья, включающий сернокислотный гидролиз растительного сырья при повышенной температуре, нейтрализацию гидролизата, отделение осадка с получением сусла, сбраживанием сусла на спирт, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют пивную дробину, которую подвергают гидролизу 1 - 3%-ной серной кислотой при температуре 100 - 120oС в течение 2 - 4 ч, после чего получают гидролизат, нейтрализуют его, отделяют осадок, получают сусло и осуществляют сбраживание сахаров сусла в спирт, используя культуры дрожжей Sacharomyces uvarum раса Ф-С-2, Candida sehata раса ВКПМу-1632 или смесь этих культур, причем в процессе сбраживания проводят постоянное аэрирование в течение 10 мин каждый час.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97113656A RU2109058C1 (ru) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97113656A RU2109058C1 (ru) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2109058C1 true RU2109058C1 (ru) | 1998-04-20 |
RU97113656A RU97113656A (ru) | 1998-12-10 |
Family
ID=20196182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97113656A RU2109058C1 (ru) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2109058C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014105610A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Methods for recovering and recycling salt byproducts in biorefinery processes |
WO2017205705A1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Systems and methods for continuously fermenting c5 and c6 saccharides |
-
1997
- 1997-08-20 RU RU97113656A patent/RU2109058C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Борохова О.Э. и др. Микробиологическая переработка гемицеллюлозы в этанол, Гидролизная и лесохимическая промышленность, 1993, N 3, с.1 - 3. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014105610A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Methods for recovering and recycling salt byproducts in biorefinery processes |
WO2017205705A1 (en) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Systems and methods for continuously fermenting c5 and c6 saccharides |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sanchez-Marroquin et al. | Agave juice, fermentation and chemical composition studies of some species | |
SE526429C2 (sv) | Metod för att framställa syreinnehållande föreningar utgående från biomassa | |
US20110183394A1 (en) | Method of producing yeast biomass | |
US7763724B2 (en) | Liquefied extract of marine algae for producing bio-ethanol under high pressure and method for producing the same | |
EP2640836B1 (en) | New strains of saccharomyces cerevisiae | |
CA1216809A (en) | Method for producing ethanol from xylose-containing substance | |
US20180355387A1 (en) | Cellulosic biofuel and co-products | |
US8679803B2 (en) | Glucose conversion to ethanol via yeast cultures and bicarbonate ions | |
Delgenes et al. | Biological production of industrial chemicals, ie xylitol and ethanol, from lignocelluloses by controlled mixed culture systems | |
Deverell | Ethanol production from wood hydrolysates using Pachysolen tannophilus | |
Roberto et al. | Influence of k L a on bioconversion of rice straw hemicellulose hydrolysate to xylitol | |
CN106893682B (zh) | 一种液化醪扩培酵母菌的方法及其应用和发酵乙醇的方法 | |
TWI719317B (zh) | 用於生產乳酸的方法 | |
WO2006048503A1 (en) | Ethanol production | |
US20220315886A1 (en) | Methods for propagating microorganisms for fermentation & related methods & systems | |
RU2109058C1 (ru) | Способ получения спирта из гемицеллюлозных гидролизатов растительного сырья | |
Okur et al. | Ethanol production from sunflower seed hull hydrolysate by Pichia stipitis under uncontrolled pH conditions in a bioreactor | |
CN112746088B (zh) | 一种以木质纤维素为原料发酵联产木糖醇和燃料乙醇的方法 | |
RU2095415C1 (ru) | Способ получения этанола из целлюлозного материала | |
JP5317262B2 (ja) | ケカビによるエタノールの製造法 | |
KR101599997B1 (ko) | 신규한 고온 효모 피키아 길리에르몬디 y-2 및 이의 용도 | |
CN101955889B (zh) | 一株镉盐抗性热带假丝酵母及其应用 | |
JP2006087350A (ja) | エタノール製造方法 | |
SARAÇOĞLU et al. | Fermentative performance of Candida tropicalis Kuen 1022 yeast for D-xylose and sunflower seed hull hydrolysate in xylitol production | |
TAIWO | PRODUCTION OF BIOETHANOL FROM CASSAVA |