Pszeniczny wywar gorzelniczy jako surowiec do produkcji etanolu II generacji – wpływ wstępnego przetwarzania na skład chemiczny frakcji

Krzywonos, M.; Seruga, P.; Pińkowska, H.; Borowiak, D.; Wilk, M.; Wolak, P.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Pszeniczny wywar gorzelniczy jako surowiec do produkcji etanolu II generacji – wpływ wstępnego przetwarzania na skład chemiczny frakcji

Autorzy

Krzywonos M. , Seruga P. , Pińkowska H. , Borowiak D. , Wilk M. , Wolak P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Whole Wheat Stillage as an Attractive Feedstock for Ethanol 2nd Generation Biofuel – Effect of Pretreatment on Chemical Composition

Języki publikacji

Abstrakty

W pracy zbadano przebieg kwasowej hydrolizy surowego pszenicznego wywaru gorzelniczego prowadzonej w temperaturze 121°C, określono wpływ zastosowanych parametrów hydrolizy (czas reakcji (15 i 30 min.) i stężenie kwasu (1, 3 i 5%)) i uzyskany skład chemiczny frakcji produktów. Po hydrolizie dokonano próby detoksykacji tj. usunięcia z wywaru poddanego hydrolizie furfurali tj. substancji inhibujących przebieg fermentacji etanolowej. Przy 30 min. hydrolizy wpływ użytego do hydrolizy stężenia H₂SO₄ na uzyskany wynik detoksykacji był niewielki. Z kolei przy czasie sterylizacji wynoszącym 15 min., użycie H₂SO₄o różnych stężeniach miało wpływ na przebieg detoksykacji. W przypadku FA najkorzystniejszy wynik uzyskano stosując 1% H₂SO₄, natomiast dla HMF – 5% H₂SO₄, przy czym stopień detoksykacji FA osiągnął 96%, a HMF 88%. Usuwanie FA i HMF z frakcji poddanych kwasowej hydrolizie niekorzystnie wpływało na zawartość monosacharydów. Wyjątek stanowiły eksperymenty, w których do hydrolizy surowego wywaru pszenicznego użyto 1% H₂SO₄, a czas reakcji wynosił 30 min.

The influence of the acidic hydrolysis (reaction time (15 and 30 min.) and acid concentration (1, 3 and 5% H₂SO₄)) conducted at 121°C on chemical composition of the raw wheat stillage fractions has been studied. After hydrolysis, an attempt was made to detoxify, i.e. to remove substances (mainly furfurals) that inhibit the course of ethanol fermentation. At 30 min. the effect of H₂SO₄ concentration on the obtained detoxification results was small. In turn, with 15 min., the use of H₂SO₄with different concentrations had an effect on detoxification. In the case of furfural (FA), the most favorable result was obtained using 1% H₂SO₄, while for hydroxymethyl-furfural (HMF) – 5% H₂SO₄, the degree of FA detoxification reached 96% and HMF 88%. Removal of FA and HMF from the acidic hydrolysis fractions adversely affected the content of monosaccharides. The exception were the experiments in which 1% H₂SO₄and the reaction time 30 min. was used to hydrolyze the raw wheat stillage.

Słowa kluczowe

wywar pszeniczny kwaśna hydroliza biopaliwa produkcja etanolu gorzelnia

wheat stillage acidic hydrolysis biofuel ethanol production distillery

Wydawca

Politechnika Koszalińska

Czasopismo

Rocznik Ochrona Środowiska

Rocznik

2018

Tom

Tom 20, cz. 2

Strony

1625--1639

Opis fizyczny

Bibliogr. 31 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Krzywonos M.

Uniwersytet Ekonomiczny, Wrocław

autor

Seruga P.

Uniwersytet Ekonomiczny, Wrocław

autor

Pińkowska H.

Uniwersytet Ekonomiczny, Wrocław

autor

Borowiak D.

Uniwersytet Ekonomiczny, Wrocław

autor

Wilk M.

Uniwersytet Ekonomiczny, Wrocław

autor

Wolak P.

Uniwersytet Ekonomiczny, Wrocław

Bibliografia

1. Aida, T.M., Sato, Y., Watanabe, M., Tajima, K., Nonaka, T., Hattori, H., Arai, K. (2007a). Dehydration of D-glucose in high temperature water at pressures up to 80 MPa. Journal of Supercritical Fluids, 40, 381-388.
2. Aida, T.M., Tajima, K., Watanabe, M., Saito, Y., Kuroda, K., Nonaka, T., Hat- tori, H., Smith, R.L., Arai, K. (2007b). Reactions of D-fructose in water at temperatures up to 400°C and pressures up to 100 MPa. Journal of Supercritical Fluids, 42, 110-119.
3. Alcazar, A., Jurado, J.M., Pablos, F., Gonzalez, A.G., Martin, M.J. (2006). HPLC determination of 2-furaldehyde and 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde in alcoholic beverages. Microchemical Journal, 82, 22-28.
4. Allen, S., Clark, W., McCaffery, J.M., Cai, Z., Lanctot, A., Slininger, P.J., Liu, Z.L., Gorsich, S.W. (2010). Furfural induces reactive oxygen species accumulation and cellular damage in Saccharomyces cerevisiae. Biotechnology for Biofuels, 3:2.
5. Almeida, J.R.M., Bertilsson, M., Gorwa-Grauslund, M.F., Gorsich, S., Lidén, G. (2009). Metabolic effects of furaldehydes and impacts on biotechnolog- ical process. Applied Microbiology and Biotechnology, 82, 625-638.
6. Baeyens, J., Kang, Q., Apples, L., Dewil, R., Lv, Y., Tan, T. (2015). Challenges and opportunities in improving the production of bio-ethanol. Progress In Energy and Combustion Science, 47, 60-88.
7. Bhatia, S.K., Kim, S.H., Yoon, J.J., Yang, Y.H. (2017). Current status and strategies for second generation biofuel production using microbial systems. Energy Conversion and Management, 148, 1142-1156.
8. Czupryński, B., Kotarska, K. (2011). Recyrkulacja i sposoby zagospodarowania wywaru gorzelniczego, Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 50(2), 21-23.
9. Delgenes, J, Moletta, R, Navarro, J. (1996). Effects of lignocellulose degradation products on ethanol fermentations of glucose and xylose by Saccha- romyces cerevisiae, Zymomonas mobilis, Pichia stipitis and Candida shehatae. Enzyme and Microbial Technology, 19, 220-225.
10. Favaro, L., Basaglia, M., Van Zyl, W.H., Casella, S. (2013). Using an efficient fermenting yeast enhances ethanol production from unfiltered wheat bran hydrolysates. Applied Energy, 102, 170-178.
11. Fonseca, D., Lupitskyy, R. Timmons, D., Gupta, M., Satyavolu, J. (2014). Towards integrated biorefinery from dried distillers grains: Selective extraction of pentoses using dilute acid hydrolysis. Biomass and Bioenergy, 71, 178-186.
12. Guerra-Rodríguez, E., Portilla-Rivera, O.M., Jarquín-Enríquez, L., Ramírez, J.A., Vázquez, M. (2012). Acid hydrolysis of wheat straw: A kinetic study. Biomass and Bioenergy, 36, 346-355.
13. Hong, E., Kim, J., Rhie, S., Ha, S.-J., Kim, J., Ryu, Y. (2016). Optimization of dilute sulfuric acid pretreatment of corn stover for enhanced xylose recovery and xylitol production. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 21(5), 612-619.
14. Joelsson, E, Erdei, B., Galbe, M., Wallberg, O. (2016). Techno-economic evaluation of integrated first- and second-generation ethanol production from grain and straw. Biotechnology of Biofuels, 9, 1-16.
15. Kawa-Rygielska, J., Wcisło, G., Chmielewska, J. (2014). Fermentacja etanolo- wa surowców ligninocelulozowych. Acta Scientiarum Polonorum Biotechnologia 13(1), 5-12.
16. Krzywonos, M., Cibis, E., Miśkiewicz, T., Ryznar-Luty, A. (2009). Utilization and biodegradation of starch stillage (distillery wastewater). Electronic Journal of Biotechnology, 12(1).
17. Krzywonos, M, Tucki, K., Kupczyk, A., Wojdalski, J., Sikora, M., (2017). Analiza właściwości syntetycznych węglowodorów wytwarzanych metodą ETG i wybranych konwencjonalnych biopaliw wytwarzanych w Polsce w kontekście osiąganych efektów środowiskowych. Rocznik Ochrona Środowiska, 19, 394-410.
18. Lawford, H.G., Rousseau, J.D. (1992). The effect of lactic acid on fuel ethanol production by Zymomonas. Applied Biochemistry and Biotechnology, 34-5, 205-216.
19. Liu, Z.L., Ma, M., Song, M. (2009). Evolutionarily engineered ethanologenic yeast detoxifies lignocellulosic biomass conversion inhibitors by reprogrammed pathways. Molecular Genetics and Genomics, 282(3), 233-244.
20. Lujan-Rhenals, D.E, Morawicki, R.O., Ricke, S.C. (2014) Tolerance of S. cerevisiae and Z. mobilis to inhibitors produced during dilute acid hydrolysis of soybean meal, Journal of Environmental Science and Health, Part B, 49(4), 305-311.
21. Manwar, J., Manmode, R., Padgilwar, S., Patil, S. (2014). Bioethanol production: Feedstock and current technologies. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2, 573-584.
22. Mussatto, S.I., Dragone, G., Guimarâes, L., Teixeira, J.A. (2010). Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology Advances, 28, 817-830.
23. Nair, R.B., Kalif, M., Ferreira, J.A., Taherzadeh, M.J., Lennartsson, P.R., (2017) Mild-temperature dilute acid pretreatment for integration of first and second generation ethanol processes, Bioresource Technology, 245(A), 145-151.
24. Palmqvist, E., Hahn-Hagerdal, B. (2000). Fermentation of lignocellulosic hydrolysates. I: inhibition and detoxification. Bioresource Technology, 74(1), 17-24.
25. Paulova, L., Patakova, P., Branska, B., Rychtera, M., Melzoch, K. (2015). Lignocellulosic ethanol: Technology design and its impact on process efficiency. Biotechnology Advances, 33, 1091-1107.
26. Saha, B.C., Iten, L.B., Cotta, M.A., Wu, Y.V. (2005). Dilute acid pretreatment, enzymatic saccharification and fermentation of wheat straw to ethanol. Process Biochemistry, 40(12), 3693-3700.
27. Smuga-Kogut, M. (2016) Wykorzystanie słomy kukurydzianej do produkcji bioetanolu II generacji. Rocznik Ochrona Środowiska, 18(1), 507-518.
28. Wilk, M., Krzywonos, M. (2015). Metody wstępnej obróbki surowców lignoce- lulozowych w procesie produkcji bioetanolu drugiej generacji. Przemysł Chemiczny, 94(4), 599-604.
29. Xing, Y., Bu, L., Zheng, T., Liu, S., Jiang, J. (2016). Enhancement of high- solids enzymatic hydrolysis of corncob residues by bisulfite pretreatment for biorefinery. Bioresource Technology, 221, 461-468.
30. Xu, Y., Hanna, M. (2010). Optimum conditions for dilute acid hydrolysis of hemicellulose in dried distillers grains with solubles. Industrial Crops and Products, 32, 511-517.
31. Yu, Y., Lou, X., Wu, H. (2008). Some recent advances in hydrolysis of biomass in hot-compressed water and its comparisons with other hydrolysis methods. Energy & Fuels, 22, 46-60

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-b0d329b8-a270-4fb9-834c-2ab152d40ea3