Оптимизација добијања етанола ферментацијом међупроизвода технологије прераде шећерне репе

Abstract

Истраживања из овира овог рада обухватила су испитивање тока ферментације подлога на бази екстракционог, ретког и густог сока као међупроизвода, и меласе као нуспроизвода технологије прераде шећерне репе квасцем Saccharomyces cerevisae. Експериментално је потврђена изводљивост добијања етанола дисконтинуалном ферментацијом екстракционог, ретког и густог сока као и меласе из домаћих фабрика шећера квасцем Saccharomyces cerevisae у биореактору радне запремине 1,5 l. Анализом резултата тока ферментације међупроизвода технологије прераде шећерне репе дефинисани су параметри значајни за моделовање применом поступка одзивне површине функције. За опис одзивних функција броја ћелија квасца, садржаја етанола и укупног садржаја шећера током ферментације испитан је утицај почетног садржаја шећера у опсегу 5-25 % m/v и трајања ферментације у опсегу 0-48 h. Добијени модели допринели су бољем разумевању утицаја различитог почетног садржаја шећера, трајања ферментације и међусобнихи интеракција ових фактора на одабране одзиве тока ферментације хранљивих подлога на бази међупроизвода технологије прераде шећерне репе. Поред наведеног, циљ овог рада обухватио је и дефинисање оптималних вредности почетног садржаја шећера и трајања ферментације екстракционог, ретког и густог сока као међупроизвода и меласе као нуспроизвода технологије прераде шећерне репе, применом методе жељене функције у комбинацији са полиномским зависностима посматраних одзива. За екстракциони сок оптималне вредности варираних параметара, при којим жељена функција има највећу вредност су почетни садржај шећера 12,71 % m/v и трајање ферментације 38 h. Дефинисане оптималне вредности варираних параметара за густи сок су почетни садржај шећера 12,75 % m/v и трајање ферментације 42 h. За меласу су дефинисане следеће оптималне вредности варираних параметара: почетни садржај шећера 11,59 % m/v и трајање ферментације 34 h. Наставак истраживања је изведен са циљем провере валидности добијених резултата, односно њихове применљивости у увећаним размерама. Добијени резултати тока ферментације у биореактору радне запремине 10 l, при оптималним условима дефинисаним за ферментацију у биореактору радне запремине 1,5 l су у доброј корелацији са вредностима оптимизованих одзива које су предвиђене моделима.

Istraživanja iz ovira ovog rada obuhvatila su ispitivanje toka fermentacije podloga na bazi ekstrakcionog, retkog i gustog soka kao međuproizvoda, i melase kao nusproizvoda tehnologije prerade šećerne repe kvascem Saccharomyces cerevisae. Eksperimentalno je potvrđena izvodljivost dobijanja etanola diskontinualnom fermentacijom ekstrakcionog, retkog i gustog soka kao i melase iz domaćih fabrika šećera kvascem Saccharomyces cerevisae u bioreaktoru radne zapremine 1,5 l. Analizom rezultata toka fermentacije međuproizvoda tehnologije prerade šećerne repe definisani su parametri značajni za modelovanje primenom postupka odzivne površine funkcije. Za opis odzivnih funkcija broja ćelija kvasca, sadržaja etanola i ukupnog sadržaja šećera tokom fermentacije ispitan je uticaj početnog sadržaja šećera u opsegu 5-25 % m/v i trajanja fermentacije u opsegu 0-48 h. Dobijeni modeli doprineli su boljem razumevanju uticaja različitog početnog sadržaja šećera, trajanja fermentacije i međusobnihi interakcija ovih faktora na odabrane odzive toka fermentacije hranljivih podloga na bazi međuproizvoda tehnologije prerade šećerne repe. Pored navedenog, cilj ovog rada obuhvatio je i definisanje optimalnih vrednosti početnog sadržaja šećera i trajanja fermentacije ekstrakcionog, retkog i gustog soka kao međuproizvoda i melase kao nusproizvoda tehnologije prerade šećerne repe, primenom metode željene funkcije u kombinaciji sa polinomskim zavisnostima posmatranih odziva. Za ekstrakcioni sok optimalne vrednosti variranih parametara, pri kojim željena funkcija ima najveću vrednost su početni sadržaj šećera 12,71 % m/v i trajanje fermentacije 38 h. Definisane optimalne vrednosti variranih parametara za gusti sok su početni sadržaj šećera 12,75 % m/v i trajanje fermentacije 42 h. Za melasu su definisane sledeće optimalne vrednosti variranih parametara: početni sadržaj šećera 11,59 % m/v i trajanje fermentacije 34 h. Nastavak istraživanja je izveden sa ciljem provere validnosti dobijenih rezultata, odnosno njihove primenljivosti u uvećanim razmerama. Dobijeni rezultati toka fermentacije u bioreaktoru radne zapremine 10 l, pri optimalnim uslovima definisanim za fermentaciju u bioreaktoru radne zapremine 1,5 l su u dobroj korelaciji sa vrednostima optimizovanih odziva koje su predviđene modelima.

Research from the framework of this study included the examination of the course of fermentation based on raw, thin and thick juice as intermediate products, and molasses as by-products of sugar beet proccessing by yeast Saccharomyces cerevisiae. The feasibility of ethanol production from raw, thin and thick juice and molasses from local sugar factories was experimentally confirmed in batch fermentation in a bioreactor of working volume 1.5 l. lmportant parameters for modeling of the process using response surface methodology were defined by analyzing the results of the course of fermentation of intermediate products of sugar beet processing. For description of the response function of the number of yeast cells, ethanol content and total sugar content during fermentation, the effects of initial sugar content in the range 5-25% w/v and duration of fermentation in the range 0-4g h were examined. Obtained models have contributed to a better understanding of the impact of different initial sugar content, fermentation time and interactions of these factors on the selected responses of the course of fermentation of culture media based on intermediate products of sugar beet processing. ln addition, the goal of this work included the selection of the optimal values of the initial sugar content and duration of fermentation of raw, thin and thick juice and molasses applying the obtained second-degree polynomial models of the process. Optimal initial sugar content and fermentation time for ethanol production from raw juice were estimated to be 72.71% w/v and 38 h, respectively. For thin juice optimal values of varied parameters were the initial sugar content 12.75% w/v and fermentation time 42 h. The optimal values of initial sugar content and fermentation time for thick juice were defined to be 21,12% w/v and 47 h, respectively. For molasses were defined the following optimal values of varying parameters: the initial sugar content 11,59% w/v and fermentation time 34 h. Further research was performed with the aim of validation of the obtained results and confirmation of their applicability in the enlarged scale. The results obtained during the fermentation in bioreactor of working volume 10 l, under optimal conditions defined for fermentation in the bioreactor of working volume 1.5 l, were in good correlation.