Food Science and Technology

ISSN-print: 2073-8684
ISSN-online: 2409-7004
ISO: 26324:2012
Архiви

ПОРІВНЯЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОХ КОМЕРЦІЙНИХ ШТАМІВ SACCHAROMYCES CEREVISIAE ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ЕТАНОЛУ З ВАЖКОЗБРОДЖУВАНОЇ ЦУКРОВМІСНОЇ СИРОВИНИ

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

O. Koval
http://orcid.org/0000-0003-1035-5895
S. Oliynichuk
http://orcid.org/0000-0002-2885-6754
T. Lysak
http://orcid.org/0000-0003-0698-8235

Анотація

Збільшення виробництва біоетанолу в Україні є доцільним як з екологічної, так і з економічної точки зору. Ефективними заходами для зниження затрат на виробництво біоетанолу з цукровмісної сировини, зокрема меляси цукробурякової, є використання сусла високої концентрації та осмотолерантних штамів дріжджів. Тривалий вплив високих температур у процесі виробництва цукру та зміна складу при зберіганні сприяють накопиченню в мелясі сполук, які негативно впливають на функціонування дріжджових клітин. Для такого типу сировини доцільним є визначення штаму дріжджів, який витримуватиме не лише високу концентрацію цукрів або кінцевого продукту, але також буде більш стійким до інгібіторів. Досліджено використання двох промислових штамів дріжджів (Deltaferm® AL-18 та Y 5007 (K-7)) для зброджування мелясного сусла високої концентрації. Визначено, що меляса цукробурякова, яка має властивості важкозброджуваної, може застосовуватись для виробництва етанолу з сусла високої концентрації за умови використання коригувальних заходів, зокрема застосування стійких штамів продуценту. Встановлено, що дріжджі Deltaferm® AL-18 характеризуються більш тривалою лаг-фазою та досягають 50-60% рівня споживання вуглеводів середовища на 24 години пізніше дріжджів штаму Y 5007 (К-7). Визначено зміни показників бражки в процесі зброджування сусла високої концентрації на основі важкозброджуваної меляси різними штамами дріжджів. Встановлено, що за використання сусла високої концентрації з меляси низької якості штам закордонної селекції не досягає розрахункової концентрації етанолу в зрілій бражці. За результатами досліджень спиртові дріжджі штаму Y 5007 (К-7) більш ефективно зброджують сусло високої концентрації на основі важкозброджуваної меляси та їх застосування у виробничих умовах за класичною двопотоковою схемою бродіння у порівнянні з сухими дріжджами не потребує додаткових вкладень

Ключові слова:
бродіння, важкозброджувані меляси, Saccharomyces cerevisiae, сусло високої концентрації, гліцерин, біоетанол

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Koval, O., Oliynichuk, S., & Lysak, T. (2021). ПОРІВНЯЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОХ КОМЕРЦІЙНИХ ШТАМІВ SACCHAROMYCES CEREVISIAE ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ЕТАНОЛУ З ВАЖКОЗБРОДЖУВАНОЇ ЦУКРОВМІСНОЇ СИРОВИНИ. Food Science and Technology, 15(1). Retrieved із //journals.onaft.edu.ua/index.php/foodtech/article/view/1960
Розділ
Біопроцеси, біотехнологія харчових продуктів, БАР

Посилання

1. Skoruk OP, Zubar IV. Priorytetni napriamy vyrobnytstva bioetanolu v Ukraini Ekonomika APK [Internet]. 2014[cited 2020 Sep 10];2:36-41. Available from: http://www.irbis-nbuv.gov.ua/PDF/E_apk_2014_2_6.pdf
2. Skoruk OP. Mozhlyvosti vyrobnytstva ta dotsilnist vykorystannia bioetanolu v Ukraini. Ekonomika. Finansy. Menedzhment: aktualni pytannia nauky i praktyky. 2019 Nov 29;6(46):49-55. https://doi.org/10.37128/2411-4413-2019-6-4
3. Dziugan P, Balcerek M, Pielech-Przybylska K, Patelski P. Evaluation of the fermentation of high gravity thick sugar beet juice worts for efficient bioethanol production. Biotechnology for Biofuels. 2013;6(1):2-11. https://doi.org/10.1186/1754-6834-6-158
4. Thomas KC, Hynes SH, Ingledew WM. Practical and theoretical considerations in the production of high concentrations of alcohol by fermentation. Process Biochemistry. 1996 Jul 25;31(4):321-331. https://doi.org/10.1016/0032-9592(95)00073-9
5. Bellissimi E, Ingledew WM. Metabolic acclimatization: Preparing active dry yeast for fuel ethanol production. Process Biochemistry. 2005 May;40(6):2205-2213. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.09.002
6. Frohman CA, Mira de Orduña R. Cellular viability and kinetics of osmotic stress associated metabolites of Saccharomyces cerevisiae during traditional batch and fed-batch alcoholic fermentations at constant sugar concentrations. Food Research International. 2013;53(1):551-555. http://doi.org/10.1016/j.foodres.2013.05.020
7. Zhao XQ, Bai FW. Mechanisms of yeast stress tolerance and its manipulation for efficient fuel ethanol production. Journal of Biotechnology. 2009 October;144(1):23-30 https://doi.org/10.1016/j.jbiot ec.2009.05.001
8. Ansanay-Galeote V, Blondin B, Dequin S, Sablayrolles JM. Stress effect of ethanol on fermentation kinetics by stationary-phase cells of Saccharomyces cerevisiae. Biotechnology Letters. 2001;23(9):677-681. https://doi.org/10.1023/A:1010396232420
9. Ma M, Liu ZL. Mechanisms of ethanol tolerance in saccharomyces cerevisiae. Applied Microbiology and Biotechnology. 2010 May;87:829-845. https://doi.org/10.1007/s00253-010-2594-3
10. Coca M, Garcia MT, Garcia JA, Gonzalez G, Pena M. Study of coloured components formed in sugar beet processing. Food Chemistry. 2004;86(3):421-433. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2003.09.017
11. Meledina TV, Davidenko SG, Vasilyeva LM. Fiziologicheskoe sostoyaniye drozhzhey. Saint Petersburg: ITMO N; 2013.
12. Pryidak TB. Stratehiia rozvytku ta pidvyshchennia efektyvnosti buriakotsukrovoho vyrobnytstva [dissertation on the internet]. Poltava: Poltava State Agrarian Akademy; 2016. [cited 2021 Feb 25]. Available from: http://dspace.pdaa.edu.ua:8080/bitstream/123456789/4552/5/dis.pdf
13. Cabañas KT, Peña-Moreno IC, Parente DC, García AB, Gutiérrez RG, de Morais MA. Selection of Saccharomyces cerevisiae isolates for ethanol production in the presence of inhibitors. 3 Biotech. 2019;9(1). http://doi.org/10.1007/s13205-018-1541-3
14. Modig T, Liden G, Taherzadeh MJ. Inhibition effects of furfural on alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase and pyruvate dehydrogenase. Biochemical Journal. 2002;363(3):769-776. https://doi.org/10.1042/bj3630769
15. Taherzadeh MJ, Gustafsson L, Niklasson C, Lidén G. Conversion of furfural in aerobic and anaerobic batch fermentation of glucose by Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bioscience and Bioengineering. 1999;87(2):169-174. https://doi.org/10.1016/S1389-1723(99)89007-0
16. Kaletnik GM, Oliynichuk ST, Skoruk OP, Klymchuk OV, Yatskovskii VI, Tokarchuk DM, et al. Alternatyvna enerhetyka Ukrainy: osoblyvosti funktsionuvannia i perspektyvy rozvytku. Kaletnik GM, editor. Vinnitsya: Edelweiss & K; 2012.
17. Marinchenko VO, Domaretskii VA, Shiyan PL, Shvets VM, Tsyhankov PS, Zholner ID. Tekhnolohiia spyrtu . Marinchenko VO, editor. Vinnytsia: Podillia 2000; 2003.
18. Typovyi tekhnolohichnyi rehlament oderzhannia meliasno-spyrtovoi brazhky i presovanykh khlibopekarskykh drizhdzhiv, № TTR 000 32744-3508-2005. Kyiv: Ukr NDIspyrtbioprod; 2005.
19. Velikaya EI, Sukhodol VF. Laboratory workshop on general technology fermentation industries. Moscow: Light and food Industry; 1983.
20. Shaw S, Ghosh R. A modified Kulka micromethod for the rapid and safe analysis of fructose and 1-deoxy-d-xylulose-5-phosphate. Metabolites. 2018;8(4).77. https://doi.org/10.3390/metabo8040077
21. Kulka RG. Colorimetric estimation of ketopentoses and ketohexoses. Biochemical Journal. 1956 Aug 1;63(4):542-548. https://doi.org/10.1042/bj0630542
22. Lambert M, Neish AC. Rapid method for estimation of glycerol in fermentation solutions. Canadian Journal of Research. 1950 Mar;28b(3):83-89. https://doi.org/10.1139/cjr50b-013
23. Zhuge J, Fang HY, Wang ZX, Chen DZ, Jin HR, Gu HL. Glycerol production by a novel osmotolerant yeast Candida glycerinogenes. Applied Microbiology and Biotechnology. 2001;55(6):686-692. https://doi.org/10.1007/s002530100596
24. Stambuk BU, Batista AS, de Araujo PS. Kinetics of active sucrose transport in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Bioscience and Bioengineering. 2000 Jan;89(2):212-214. Available from: https://doi.org/10.1016/S1389-1723(00)88742-3
25. Chotineeranat S, Wansuksri R, Piyachomkwan K, Chatakanonda P, Weerathaworn P, Sriroth K. Effect of calcium ions on ethanol production from molasses by Saccharomyces cerevisiae. Sugar Tech. 2010 Jun;12(2):120-124. https://doi.org/10.1007/s12355-010-0024-6
26. Saltukoglu A, Slaughter JC. The Effect of Magnesium and Calcium on Yeast Growth. Journal of the Institute of Brewing. 1983;89(2):81-83. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.1983.tb04151.x
27. Udeh O, Kgatla T. Role of magnesium ions on yeast performance during very high gravity fermentation. Journal of Brewing and Distilling. 2013;4(2):19-45. https://doi.org/10.5897/JBD2013.0041
28. Casey GP, Magnus CA, Ingledew WM. High gravity brewing: Nutrient enhanced production of high concentrations of ethanol by brewing yeast. Biotechnology Letters. 1983 Jun;5(6):429-434. https://doi.org/10.1007/BF00131286
29. Casey GP, Magnus CA, Ingledew WM. High-gravity brewing: Effects of nutrition on yeast composition, fermentative ability, and alcohol production. Applied and Environmental Microbiology. 1984 Sept;48(3):639-646. https://doi.org/10.1128/AEM.48.3.639-646.1984
30. Schumacher D, Hirsch D, Cammerer B, Kroh LW. Studies on the degradation of Maillard-products by amylolytic enzymes. 3. Inhibition of glucoamylase, α-amylase and α-glucosidase by heat-treated α-glucanes and melanoidines Zeitschrift Für Lebensmittel-Untersuchung Und Forschung, 1996;203(4):391-394. https://doi.org/10.1007/BF01231080
31. Chniti S, Jemni M, Bentaha I, Shariati MA, Kadmi Y, Djelal H, et al. A kinetic of sugar consumption and ethanol production on very high gravity fermentation from syrup of dates by-products (phoenix dactylifera l.) by using saccharomyces cerevisiae, candida pelliculosa and zygosaccharomyces rouxii. Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. 2017;7(2):199-203. https://doi.org/10.15414/jmbfs.2017.7.2.199-203
32. Koval OO, Oliinichuk ST. Vplyv netsukriv meliasy na efektyvnist zbrodzhuvannia susla z tsukrovmisnoi syrovyny.Visnyk ahrarnoi nauky. 2019;3:63-68. https://doi.org/10.31073/agrovisnyk201903-10
33. Nevoigt E, Stahl U. Osmoregulation and glycerol metabolism in the yeast Saccharomyces cerevisiae. FEMS Microbiology Reviews. 1997;21(3):231-241. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.1997.tb00352.x
34. Oliynichuk ST, Lysak TI, Marynchenko LV. The dependence of glycerol accumulation and starch hydrolyzates fermentation from wort concentration. Biotechnologia Acta. 2015 Aug;8(4):128-134. https://doi.org/10.15407/biotech8.04.128