Ispitivanje različitih hibrida kukuruza kao sirovine za proizvodnju bioetanola, skroba o hrane za životinje

Abstract

Bioetanol je biogorivo koje se širom sveta najviše koristi kao zamena za fosilna goriva. Trend proizvodnje ovog goriva je rastući, a kukuruz predstavlja jednu od najboljih obnovljivih sirovina za njegovu proizvodnju zahvaljujući visokom sadržaju skroba u zrnu. Suva džibra sa rastvorenim materijama (SDžSRM) je najznačajniji sporedni proizvod procesa proizvodnje bioetanola iz kukuruza. Zahvaljujući visokoj hranljivoj vrednosti, sadržaju proteina i drugih hranljivih materija, predstavlja kvalitetno hranivo koje može naći primenu kao komponenta u smešama koje se koriste za ishranu životinja. Procesom mokrog mlevenja zrna kukuruza se osim skroba, koji je osnovni proizvod od velikog značaja za prehrambenu i druge industrije, dobijaju vredni sporedni proizvodi koji takođe mogu naći primenu u ishrani ljudi i životinja. U teorijskom delu ove disertacije dat je sveobuhvatni prikaz svetskih trendova u proizvodnji bioetanola. Predstavljene su savremene tehnologije prerade kukuruza koje se koriste u proizvodnji ovog alternativnog goriva i skroba kao i inovacije koje se razvijaju u cilju poboljšanja efikasnosti i ekonomske isplativosti ovih postupaka. Hibridi kukuruza stvoreni u Institutu za kukuruz "Zemun Polje" predstavljaju jedinstven polazni materijal za istraživanja mogućnosti proizvodnje bioetanola, skroba i hrane za životinje. Cilj ovih istraživanja bio je da se polazeći od drugačijih fizičkih karakteristika i hemijskog sastava hibrida standardnog kvaliteta zrna i hibrida specifičnih svojstava različite genetičke osnove utvrdi na koji način i u kojoj meri ova svojstva zrna utiču na prinos i kvalitet finalnih proizvoda. Određena su fizička svojstva i hemijski sastav zrna ispitivanih hibrida kukuruza. Izvršena je optimizacija procesa enzimske hidrolize i alkoholne fermentacije brašna celog zrna odabranih hibrida kukuruza primenom enzima termostabilne α-amilaze Termamyl SC i glukoamilaze SAN Extra L, kao i proizvodnog mikroorganizma - kvasca Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus. Pri optimalnim reakcionim uslovima (odnos kukuruznog brašna i vode 1:3; koncentracija α-amilaze Termamyl SC 0,02% (v/w), glukoamilaze SAN Extra L 0,12% (v/w) i koncentracija inokuluma kvasca Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus 2% (v/v); temperatura fermentacije 30˚C) utvrđeno je adekvatno vreme trajanja fermentacije u cilju dobijanja što većeg prinosa etanola i uštede električne energije koji za modifikovani proces simultane saharifikacije i fermentacije iznosi 36h...

Bioethanol is a biofuel that is mostly used as a replacement for fossil fuels worldwide. Trends of producing this alternative fuel are rising and maize is one of the best renewable raw materials for the production of fuel ethanol due to the high content of starch in the grain. Major by-product that arises from the fermentation process of corn is dried distillers’ grains with solubles (DDGS). Due to its high feeding value, high protein and other valuable nutrients it represents an excellent component for livestock feed mixtures. Corn grain wet milling process produces apart from corn starch, which is the main product of great importance to the food and other industries, valuable by-products, which may also find their applications in human and animal nutrition. In the theoretical part of this dissertation a comprehensive overview of global trends in the production of bioethanol was made. State of the art technologies of corn grain processing used in the production of this alternative fuel and starch, as well as innovations that are being developed in order to improve the efficiency and cost-effectiveness of these production processes were introduced. Hybrids created in the Maize Research Institute "Zemun Polje" represent unique starting material for research of the possibilities of bioethanol, starch and animal feed production. The aim of this study was to, starting from different physical properties and chemical composition of standard and specialty hybrids of different genetic background, determine how and in which level do the grain characteristics affect the yield and quality of the final products. The physical and chemical properties of grain corn hybrids were investigated. The optimization process of enzymatic hydrolysis and fermentation of whole grain flour obtained from the selected maize hybrids by using thermostable enzyme α-amylase Termamyl SC and glucoamylase SAN Extra L, as well as the production microorganism - yeast Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus was conducted. Under optimal reaction conditions (ratio of corn flour and water 1:3, the concentration of α-amylase Termamyl SC 0.02% (v/w), glucoamylase SAN Extra L 0.12% (v/w) and inoculum concentration of Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus 2% (v/v), fermentation temperature 30˚C) adequate fermentation time for the modified process of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was determined (36h) in order to obtain a higher yield of ethanol as well as electricity savings...