PECULIARITIES OF CROTON ALDEHYDE FORMATION MECHANISM IN THE ETHANOL FERMENTATION OF STARCH-CONTAINING RAW MATERIALS
DOI:
https://doi.org/10.31073/foodresources2024-23-08Keywords:
croton aldehyde, starch-containing raw materials, acetaldehyde, contaminating microflora, fermentation, ethanolAbstract
Subject. Determination of the features of croton aldehyde formation mechanism as a harmful micro-impurity in the production of food grade ethanol. Purpose. To investigate and generalize the theoretical principles of croton aldehyde formation biochemical process and to determine the ways of its minimization in alcohol distillates at separate stages of starch-containing raw materials` fermentation process. Methods. System analysis method, as well as synthesis and generalization of information were used in the research. Results. The main dependences of croton aldehyde formation on the technological modes of starch-containing raw materials processing, the yeast cultivation conditions and the ethanol fermentation progress were formulate based on the results of research of the croton aldehyde formation mechanism. Since the main source of croton aldehyde formation is acetaldehyde - an intermediate product of the ethanol production process - the high content of acetaldehyde in mature brew can be the reason for the formation of croton aldehyde during distillation-rectification process. It was determined that the reasons for croton aldehyde appearance in the ethanol production process in the fermentation department can be both the intensification of the vital activity of the contaminating microflora, and the disruption of the production process, as well as an excessive increase of prolonged exposure of mature wort. Literary sources were analyzed and possible effective methods of minimizing the content of croton aldehyde formation main source were determined. Possible ways of croton aldehyde formation in the distillation-rectification process were determined and methods of its extraction as a concomitant impurity were investigated. Scope of results. The economic effect of minimizing the possibility of croton aldehyde formation for the food grade ethyl alcohol production will be to increase the final product quality.
Downloads
References
Ковальчук, С., Мудрак, Т., Наконечна, А. Дослідження якості спирту, отриманого шляхом зброджування висококонцентрованого зернового сусла різними расами дріжджів. Ресторанний і готельний консалтинг. Інновації, 2021. №4 (1). С. 158–168. https://doi.org/10.31866/2616-7468.4.1.2021.234836.
Петрова І. А., Петров С. О. Використання експертних досліджень спирту у виявленні виробника небезпечної продукції. Тези науково-практичної конференції «Сучасні напрями розвитку судової експертизи та криміналістики», 20 грудня 2016 року, Харків, Україна. ХНУВС, Харків, 2016. С. 195 – 198. http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/46268.
Мельник Л.М. Наукове обґрунтування і розробка технології адсорбційного очищення та зневоднення спиртових розчинів природними сорбентами: Дис. … д-ра техн. наук: 05.18.07. захищена 11.10.2006. Нац. унт харч. технологій, К., 2006. 311 с.
Acrolein, Crotonaldehyde, and Arecoline IARC Monographs on the Identification of Carcinogenic Hazards to Humans. 2021. Volume 128. https://publications.iarc.fr/Book-And-Report-Series/Iarc-Monographs-On-The-Identification-Of-Carcinogenic-Hazards-To-Humans/Acrolein-Crotonaldehyde-And-Arecoline-2021.
Suryanarayanan, A. Crotonaldehyde. Encyclopedia of Toxicology (Third Edition). Editor(s): Philip Wexler. Academic Press, 2014. P. 1072-1075, ISBN 9780123864550, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-386454-3.01212-4.
Василькевич, О. І. Кофанова О. В., Кофанов О. Є. Хімія навколишнього середовища. Хімія органічних сполук. Частина 2. Похідні аліфатичних вуглеводнів: навч. пос. для здобувачів другого магістерського рівня вищої освіти спеціальності 101 «Екологія» освітньої програми «Інженерна екологія та ресурсозбереження» / КПІ ім. Ігоря Сікорського. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. 153 с. https://ela.kpi.ua/items/908b2edb-e4b0-49a6-9c60-0dc45116d099.
Ловягін О. М., Муратов Д. В., Шевченко Л. О., Ковальчук В. П. Вплив кротонового альдегіду на якість спирту та лікеро-горілчаної продукції. Наук. пр. Нац. ун-ту харч. технологій, 2008. № 24. С. 36–38.
Pronk JT, Yde Steensma H, Van Dijken JP. Pyruvate metabolism in Saccharomyces cerevisiae. Yeast (Chichester, England), 1996. Vol. 12 (16). P. 1607–1633. https://doi.org/10.1002/(sici)1097-0061(199612)12:16<1607::aid-yea70>3.0.co;2-4.
Boumba, V., Ziavrou, K., Vujuk, Th. Biochemical pathways generating post-mortem volatile compounds co-detected during forensic ethanol analyses. Forensic science international, 2008. № 174. Р. 133–51. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2007.03.018.
Shichang Yan, Wenlong Xu, Haiming He, Jiecan Shen, Yu Shi and others. Efficient Synthesis of C4 Compound with Low Carbon Emission from Acetaldehyde: Aldol Condensation Catalyzed by Regulable Acidic–Alkaline Al/Mg Sites of CuMgAlO. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2022. № 61 (27). Р. 9544–9551 https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c00456.
Pasel Joa., Häusler Jo., Schmitt D., Valencia H., Mayer Joa., Peters, R. Aldol condensation of acetaldehyde for butanol synthesis: A temporal analysis of products study. Applied Catalysis B: Environmental, 2023. Vol. 324. № 122286, https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122286.
Aitchison, H., Wingad, R. L., Wass, D. F. Homogeneous Ethanol to Butanol Catalysis – Guerbet Renewed. ACS Catalysis, 2016. № 6 (10). Р. 7125–7132. https://doi.org/10.1021/acscatal.6b01883.
Mamontova E., Favier I., Pla D., Gómez M. Organometallic interactions between metal nanoparticles and carbon-based molecules: A surface reactivity rationale. Chapter Two. Advances in Organometallic Chemistry. Editor(s): Pedro J. Pérez. Academic Press, 2022. Vol. 77. P. 43–103, https://doi.org/10.1016/bs.adomc.2022.01.004.
Маринченко В. О., Домарецький В. А., Шиян П. Л. Технологія спирту: підручник. Вінниця: «Поділля-2000», 2003. 496 с.
Бабицький А. І., Дрозд П. Ю. Об’єкти біотехнологічних виробництв. Короткий курс лекцій для студентів ОС «Бакалавр» денної і заочної форми навчання аграрних вузів III–IV рівня акредитації спеціальності 162 «Біотехнологія та біоінженерія». Методичні рекомендації, 2017. Київ. Видавничий центр НУБіПУ. 121 c.
Кириленко, Р. Г., Шиян П. Л., Мудрак Т. О. Накопичення летких домішок в дозрілих бражках в залежності від концентрації сухих речовин та температури зброджування сусла. Наукові здобутки молоді – вирішенню проблем харчування людства у XXI столітті: тез. доп. 71-ї. наук. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів, 18–19 квітня 2005 р. К : НУХТ, 2005. Ч. ІІ. С. 14.
Шиян П., Маринченко В., Фіщенко А., Мудрак Т. Вплив антисептиків на накопичення летких домішок у спиртових бражках. Харч. і переробна пром-сть. К.: Нива, 2004. №. 5. С. 19–20.
Onuki, S., Koziel, J., Jenks, W., Cai, L., Grewell, D., Van Leeuwen, H. Taking ethanol quality beyond fuel grade: A review. Journal of the Institute of Brewing, 2016. № 122. Р. 588–598. https://doi.org/10.1002/jib.364.
Паляниця Л. Я., Березовська Н. І., Косів Р. Б. Вплив умов біоконверсії зернової сировини на склад летких речовин дистилятів. Chemistry, Technology and Application of Substances, 2022. Vol. 5, № 1. С. 117–126. https://doi.org/10.23939/ctas2022.01.117.
Левандовський Л. В., Бондар М. В. Особливості метаболізму дріжджів при їх рециркуляції в умовах спиртової ферментації мелясного сусла. Мікробіологічний журнал, 2016. Т. 78, № 1. С. 44–53. http://nbuv.gov.ua/UJRN/MicroBiol_2016_78_1_6.
Іванов С. В., Шиян П. Л., Булій Ю. В. Використання механотронних підсистем в процесі вилучення та концентрування органічних домішок спирту. Харчова промисловість. К.: НУХТ, 2014. № 15. С. 36–41. https://dspace.nuft.edu.ua/server/api/core/bitstreams/30af9f0d-fa0d-43de-8ed8-427cb6512ba3/content.
Atsushi Ikari, Yasuo Hatate, Ryoko Deguchi Continuous distillation of aqueous solution of ethanol containing a minute amount of crotonaldehyde. Journal of Chemical Engineering of Japan, 1978. V. 11, I. 4. P. 265–270, https://doi.org/10.1252/jcej.11.265.
Булій Ю. В., Зінченко О. І. Енергоощадна технологія перегонки бражки і розгонки спиртовмісних фракцій. Advances of Science: Proceedings of articles the international scientific conference. Czech Republic, Karlovy Vary – Ukraine, Kyiv, 17 May 2019. P. 36–46. https://dspace.nuft.edu.ua/handle/123456789/29656.
Булій Ю. В., Ободович О. М., Сидоренко В. В., Шейко Т. В. Перспективні напрямки енергозбереження в процесах масообміну між рідиною і парою. Продовольчі ресурси, 2020. Т. 8, № 15. С. 32–40. http://nbuv.gov.ua/UJRN/pr_2020_8_15_6.
Милик М. Вплив подачі води в епюраційну колону БРУ прямої дії на виділення головних домішок. Вісник Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, 2000. № 1. С. 122–129. https://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/lib/38601/2/TSTUSJ_2000v5n1_Mylyk_M-The_influence_of_water_feeding_122-129.pdf.
Патент на корисну модель №25697, Україна, C12F3/00. Спосіб виробництва спирту етилового ректифікованого № 20041109428, заявл. 17.11.2004; опубл. 27.08.2007. 2 с.
Шиян П. Л., Боярчук Я. А. Дослідження руху органічних домішок спирту по розгінній колоні, яка працює під тиском нижчим за атмосферний. Ukrainian food journal, 2012. № 3. С. 12–15. http://nbuv.gov.ua/UJRN/UFJ_2012_3_4.
Боярчук Я. А. Інноваційна технологія виробництва спирту з крохмалевмісної сировини : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.18.05 / Я. А. Боярчук; Нац. ун-т харч. технологій. Київ, 2016. 20 c. укp.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Licensing and Copyright
The collection provides immediate open access, ensuring that the content is freely available to the global community, facilitating a broader exchange of knowledge in accordance with the principles of open science.
By submitting an article to the editors of the collection, authors confirm that the manuscript has not been submitted to other publications and grant the journal the right of first publication in accordance with the terms of the Copyright Transfer Agreement.
Copyright. Authors retain full copyright to their articles without restriction and simultaneously grant the journal a non-exclusive license for publication, distribution, and indexing.
Licensing. The collection publishes articles under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) license.
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.uk
This license permits:
- copying and distributing the material in any medium or format;
- use of the material for educational and research purposes.
- Subject to the following conditions:
- attribution of the author, source, and license link;
- noncommercial use;
- no distribution of modified material (no derivatives).
First Publication Rights. Authors grant the collection “Food Resources” first publication rights, these allowing the collection to distribute the scientific material with attribution of authorship and the original publication in the collection.
Self-Archiving. Authors may upload any version of their articles (preprint, postprint, or published version) to institutional, disciplinary, or personal repositories without embargo, provided they indicate that the article was published in the collection "Food Resources" and include the CC BY-NC-ND license.
ISSN 
ISSN 
