АНАЛІЗ СПОСОБІВ ЗБРОДЖУВАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ (ОГЛЯД)
DOI:
https://doi.org/10.31073/foodresources2025-24-20Ключові слова:
біоетанол, ферментативний гідроліз, зброджування, суслоАнотація
Предмет. Зерно кукурудзи. Дослідження способів зброджування зернової сировини для виробництва біоетанолу. Мета. Аналіз способів зброджування для виробництва біоетанолу. Методи. Аналітичний. Результати. Ринок виробництва біоетанолу стрімко зростає з переробкою цукро-, крохмале- та лігніновмісної сировини, а також вторинних продуктів виробництва харчових продуктів і напоїв. Застосування нових гібридів кукурудзи технологічно впливає на корегування режиму отримання біоетанолу, знижуючи ресурсовитрати та підвищуючи вихід біоетанолу. Це сприяє розробці економічно ефективних технологій виробництва біоетанолу, що є пріоритетним напрямом розвитку енергетичного сектору країни. Нині для виробництва біоетанолу шляхом зброджування вуглеводів вільними дріжджовими клітинами застосовуються способи: періодичний, безперервний, періодичний з підживленням. При застосуванні періодичного способу зброджування виникає ряд технологічних питань, таких як використання вільних клітин для зброджування, інгібування субстрату та продукту, недосконалість процесів підготовки інокуляту та очищення реактора між партіями, що призводить до збільшення тривалості процесу. Таким чином, зусилля досліджень зосереджені на покращенні умов проведення процесу зброджування для підвищення виробництва біоетанолу та ефективності реакторів в напрямі застосування безпервності процесу. За безпервного способу зброджування субстрат додається з відносно постійною швидкістю або через часті проміжки часу, тоді як еквівалентні обсяги ферменту видаляються, підтримуючи постійний об'єм. При цьому ферментатори безперервної дії можуть працювати без перерви протягом тижнів або місяців, що прийнятно для промислового виробництва. Застосування безпервності зброджування також сприяє збільшеному вмісту сухих речовин сусла. Сфера застосування результатів. Спиртова галузь.
Завантаження
Посилання
World Bioenergy Association. WBA Global Bioenergy Statistics; 2017. Available from: www.worldbioenergy.org/global-bioenergy-statistics.
OECD/Food and Agriculture Organization of the United Nations. OECD-FAO Agricultural Outlook 2015. Paris, France: OECD Publishing; 2015. https://doi.org/1787/agr_outlook-2015-en
European Biofuels Technology Platform. Strategic research agenda 2010 update: Innovation driving sustainable biofuels. 2010. Available from: https://www.biofuelstp.eu/srasdd/SRA_2010_update_web.pdf.
van Thuijl E, Deurwaarder EP. European biofuels policies in retrospect. Petten, the Netherlands: Energy Research Centre of the Netherlands (ECN). 2006. Available from: https://www.ecn.nl/publications/PdfTetch.aspx?nr=ECN-C-06-016.
Prieur-Vernat A, His S. (2007). Biofuels worldwide. Panorama 2007. Rueil-Malmaison, France: IFP-Innovation Energy Einveroment. Available from: https://www.firp.ula.ve/archivos/material_web_4xx/07_IFP_Biofuels.pdf.
Li K, Liu S, Liu X. (2014). An overview of algae bioethanol production. Int. J. Energ Res.; Vol. 38(8):965–77. https://doi.org/10.1002/er.3164.
Festel G, Würmseher M, Rammer C, Boles E, Bellof M. (2013)/ Modelling production cost scenarios for biofuels and fossil fuels in Europe. Discussion paper №13–075. Mannheim, Germany: ZEW – Centre for European Economic Research. Available from: https://ftp.zew.de/pub/zew-docs/dp/dp13075.pdf.
Zhao L, Zhang X, Xu J, Ou X, Chang S, Wu M. (2015). Techno-economic analysis of bioethanol production from lignocellulosic biomass in China: Dilute-acid pretreatment and enzymatic hydrolysis of corn stover. Energies. Vol. 8(5):4096–117. https://doi.org/10.3390/en8054096.
Balat M, Balat H. (2009)/ Recent trends in global production and utilization of bio-ethanol fuel. Appl Energy.;Vol. 86(11):2273–82. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.03.015.
Mussatto SI, Dragone G, Guimarães PMR, Silva JPA, Carneiro LM, Roberto IC, et al. (2010)/ Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnol Adv., Vol.28(6):817–30. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.07.001.
Jobling S. (2004). Improving starch for food and industrial applications. Curr Opin Plant Biol. Vol.7(2):210–8. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2003.12.001.
Linoj Kumar N.V., Dhavala P., Goswami A., Maithel S. (2006). Liquid biofuels in South Asia: resources and technologies. Asian Biotechnol Develop Rev. Vol. 8. P. 31–49.
Kumar P.N., Kansinee L., SaiM.V., Kumar K.P., Parichat N., Toan L.T., Natthiya B. (2025). Augmented ethanol production from alkali-assisted hydrothermal pretreated cassava peel waste. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects. Vol. 47 (1), P. 8243 – 8253. DOI 10.1080/15567036.2021.1928338.
Biorefineries Roadmap, German Federal Government action plans for the material and energetic utilisation of renewable raw materials. 2012. Available from: https://www.bmbf.de/pub/Roadmap_Biorefineries_eng.pdf.
Khanal S.K. (2008). Anaerobic biotechnology for bioenergy production: Principles and applications. Ames, IA, USA: Wiley-Blackwell; https://doi.org/10.1002/9780813804545.
Gunasekaran P. M., Banu. J, R. (2023). Indexing energy and cost of the pretreatment for economically efficient bioenergy generation. Frontiers in Energy. Vol. 10. DOI 10.3389/fenrg.2022.1060599.
Dutch Sustainable Development Group (DSD). Feasibility study on an effective and sustainable bio-ethanol production program by Least Developed Countries as alternative to cane sugar export, DSD group; study report on bio-ethanol production in LDC0s, the Netherlands, May 20, 2005. [cited; available from: /www. swilion.nl/documenten/DSD%20RapportS].
Solomon B.D., Barnes J.R., Halvorsen K.E. (2007)/ Grain and cellulosic ethanol: History, economics, and energy policy. Biomass Bi¬oenergy. Vol.31(6):416–25. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.01.023.
Mousdale D.M. (2008). Biofuels: Biotechnology, chemistry and sustainable development. Boca Raton, FL, USA: CRC Press.
Soccol C.R., Faraco V., Karp S., Vandenberghe L.P.S., Thomaz-Soccol V., Woiciechowski A., Pandey A. (2011). Lignocellulosic bioethanol: Current status and future perspectives. In: Pandey A. Larroche C., Ricke S.C., Dussap C.G., Gnansounou E., editors. Biofuels – Alternative feedstocks and conversion processes. Oxford, UK: Academic Press. P. 101–22. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385099-7.00005-X.
Lee S, Speight J.G., Loyalka S.K., editors. Handbook of alternative fuel technologies. Boca Raton, FL, USA: CRC Press; 2007. https://doi.org/10.1201/9781420014518.
Schubert C. (2006). Can biofuels finally take center stage? Nat Biotechnol. Vol.24:777–84. https://doi.org/10.1038/nbt0706-777.
Cardona C.A., Sanchez O.J. (2007). Fuel ethanol production: process design trends and integration opportunities. Bioresource Technol. Vol.98:2415–57.
Yue-Qin Tang, Ming-Zhe An, Ya-Ling Zhong, Morimura Shigeru, Xiao-Lei Wu, Kenji Kida (2010). Continuous ethanol fermentation from non-sulfuric acid-washed molasses using traditional stirred tank reactor and the flocculating yeast strain KF7. Journal of Bioscience and Bioengineering. Vol. 109, Issue 1, P. 41-46. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2009.07.002
Jianliang Yu, Xu Zhang, Tianwei Tan (2007). An novel immobilization method of Saccharomyces cerevisiae to sorghum bagasse for ethanol productionJournal of Biotechnology. Vol. 129, Issue 3, P. 415-420. https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2007.01.039
Anuchit Rattanapan, Savitree Limtong, Muenduen Phisalaphong (2011). Ethanol production by repeated batch and continuous fermentations of blackstrap molasses using immobilized yeast cells on thin-shell silk cocoons. Applied Energy. Vol. 88, Issue 12, P. 4400-4404. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.020.
Muenduen Phisalaphong, Nuttapan Srirattana, Wiwut Tanthapanichakoon (2006). Mathematical modeling to investigate temperature effect on kinetic parameters of ethanol fermentation. Biochemical Engineering Journal. Vol. 28, Issue 1, P. 36-43. https://doi.org/10.1016/j.bej.2005.08.039.
Óscar J. Sánchez, Carlos A. Cardona (2008). Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks. J Bioresource Technology. Vol. 99, Issue 13, P. 5270-5295. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.11.013.
García-Aparicio M.P., Oliva J.M., Manzanares P., Ballesteros M., Ballesteros I., González A., Negro M.J. (2011). Second-generation ethanol production from steam exploded barley straw by Kluyveromyces marxianus CECT 10875. Fuel. Vol. 90, Issue 4, P. 1624-1630. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.10.052.
Gabriel S. Aruwajoye, Y. Sewsynker-Sukai, E.B. Gueguim Kana (2020). Valorisation of cassava peels through simultaneous saccharification and ethanol production: Effect of prehydrolysis time, kinetic assessment and preliminary scale up. Fuel. Vol. 278, р. 118351. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118351.
Cao, N.J., M.S. Krishnan, J.X. Du, C.S. Gong N.W.Y. Ho et al., (1996). Ethanol production from corn cob pretreated by the ammonia steeping process using genetically engineered yeast. Biotechnol. Lett., l18: 1013-1018. DOI:10.1007/BF00129723.
Shigechi H, Koh J, Fujita Y, Matsumoto T, Bito Y, Ueda M, et al. (2004). Direct production of ethanol from raw corn starch via fermentation by use of a novel surface-engineered yeast strain codisplaying glucoamylase and a-amylase. Appl Environ Microbiol. Vol.70: 5037–40.
Mojovic L, Nikolic S, Rakin M, Vukasinovic M. (2006). Production of bioethanol from corn meal hydrolyzates. Fuel. Vol.85:1750–5.
Singh V., Johnston D.B., Naidu K., Rausch K.D., Belyea R.L., Tumbleson M. (2005). Comparison of modified dry-grind corn processes for fermentation characteristics and DDGS composition. Cereal Chem. Vol.82(2):187–90.
Somavat P, Li Q, de Mejia EG, Liu W, Singh V. (2016). Coproduct yield comparisons of purple, blue and yellow dent corn for various milling processes. Ind Crops Prod. Vol.87:266–72.
Rausch K.D., Belyea R.L. (2006). The future of coproducts from corn processing. Appl Biochem Biotechnol. Vol.128(1):47–86.
Uthumporn U., Zaidul I.S., Karim A. (2010). Hydrolysis of granular starch at subgelatinization temperature using a mixture of amylolytic enzymes. Food Bioprod Process. Vol.88(1):47–54.
Wang P, Singh V, Xu L, Johnston DB, Rausch KD, Tumbleson M. (2005). Comparison of enzymatic (E-Mill) and conventional dry-grind corn processes using a granular starch hydrolyzing enzyme. Cereal Chem. Vol.82(6):734–8.
Singh V, Batie C.J., Aux G.W., Rausch K.D., Miller C. (2006). Dry-grind processing of corn with endogenous liquefaction enzymes. Cereal Chem. Vol.83(4):317–20.
Urbanchuk J.M., Kowalski D.J., Dale B., Kim S. (2009). Corn amylase: improving the efficiency and environmental footprint of corn to ethanol through plant biotechnology. AgBioForum. Vol.12:149–54.
Kumar D. Singh V. (2016). Dry-grind processing using amylase corn and superior yeast to reduce the exogenous enzyme requirements in bioethanol production. Biotechnol Biofuels Vol. 9:228. DOI 10.1186/s13068-016-0648-1.
Shihadeh J, Huang H, Rausch K, Tumbleson M, Singh V. (2013). Design of a vacuum flashing system for high-solids fermentation of corn. Trans ASABE. Vol.56(6):1441–7.
Shihadeh J.K., Huang H., Rausch K.D., Tumbleson M.E., Singh V. (2014). Vacuum stripping of ethanol during high solids fermentation of corn. Appl Biochem Biotechnol. Vol.173(2):486–500.
Taylor F, Kurantz M.J., Goldberg N., McAloon A.J., Craig J.C. (2010). Dry-grind process for fuel ethanol by continuous fermentation and stripping. Biotechnol Prog. Vol.16(4):541–7.
Wang S, Ingledew W, Thomas K, Sosulski K, Sosulski F. (1999). Optimization of fermentation temperature and mash specific gravity for fuel alcohol production. Cereal Chem. Vol.76(1):82–6.
Ramalingham A, Finn R. (1977). The vacuferm process: a new approach to fermentation alcohol. Biotechnol Bioeng. Vol.19(4):583–9.
Huang H, Qureshi N, Chen MH, Liu W, Singh V. (2015). Ethanol production from food waste at high solids content with vacuum recovery technology. J Agric Food Chem. Vol.63(10):2760–6.
Pandey A., Nigam P., Soccol C.R., Soccol V.T., Singh D., Mohan R. (2000). Advances in microbial amylases. Biotechnol Appl Biochem. Vol.31(Pt 2):135–52.
Shigechi H, Koh J, FujitaY, Matsumoto T, Bito Y, Ueda M, et al. (2004). Direct production of ethanol from raw corn starch via fermentation by use of a novel surface-engineered yeast strain codisplaying glucoamylase and α-amylase. Appl Environ Microbiol. Vol.70(8):5037–40. https://doi.org/10.1128/AEM.70.8.5037-5040.2004.
Huang H.J., Ramaswamy S., Tschirner U.W., Ramarao B.V.. A review of separation technologies in current and future biorefineries. Sep Purif Technol. Vol.62(1):1–21. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2007.12.011.
Bothast R.J., Schlicher M.A. (2005). Biotechnological processes for conversion of corn into ethanol. Appl Microbiol Biotechnol. Vol.67(1):19–25. https://doi.org/10.1007/s00253-004-1819-8.
Cardona C.A., Sánchez Ó.J. (2007). Fuel ethanol production: Process design trends and integration opportunities. Bioresour Technol. Vol. 98(12):2415–57. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.01.002.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори залишаються повноправними власниками своїх робіт без будь-яких обмежень. Редакція отримує лише невиключне право на оприлюднення, розповсюдження та індексацію матеріалів.
Журнал суворо дотримується етичних норм і запобігає плагіату для захисту інтелектуальної власності.
Публікації у збірнику здійснюються на умовах міжнародної ліцензії Creative Commons CC BY-NC-ND 4.0.
Згідно з цією ліцензією, користувачі мають право вільно копіювати та розповсюджувати матеріали (у будь-якому форматі чи на будь-яких носіях) для навчання та наукових досліджень. При цьому обов’язковим є дотримання таких вимог:
- Атрибуція: належне посилання на авторів, першоджерело та саму ліцензію.
- Некомерційність: заборона використання матеріалів з метою отримання прибутку.
- Без похідних творів: забороняється поширення змінених або перероблених версій оригінального тексту.
Збірник підтримує право авторів на самоархівування всіх версій статей (препринтів, постпринтів або опублікованих версій) в інституційних чи персональних репозитаріях. Доступ до таких матеріалів може бути відкритий негайно, за умови належної атрибуції статті у збірнику «Продовольчі ресурси» та дотримання умов ліцензії CC BY-NC-ND 4.0.
ISSN 
ISSN 
