Fed-batch simultaneous saccharification and ethanol fermentation of native corn starch

Background. The most important innovations in boethanol production in the last decade were: simultaneous saccharification and fermentation processes (SSF), high gravity fermentation, the use of new enzyme preparation able to hydrolyse native granular starch and construction of genetically modified strains of microorganisms able to carry out simultaneous production of hydrolytic enzymes and fermentation of C6 and C5 sugars. The aim of this study was to assess the efficiency of ethanol fermentation using new type of amylolytic enzymes able to hydrolyse native corn starch in a SSF process. Material and methods. The simultaneous saccharification and fermentation of raw corn flour by fed-batch processes using Saccharomyces cerevisiae strain Red Star Ethanol Red and Stargen 001 enzyme preparation was performed. As experimental variable were investigated: fermentation temperature (35-37-40°C), rate of mash stirring (100 and 200 rpm), fermentation time (0-92 h) and dosage of corn flour (different portion and different time). Results. It was found that optimal temperature for fed-batch SSF process was 37°C at initial pH of 5.0. However, the yeast intensively fermented the saccharides also at 40°C. The fermentation stirring rate has significant effect on starch utilization and fermentation production. The prolongation of fermentation time over 72 h has no substantiation in additional ethanol production. In all experimental fermentations the level of produced organic acids was very low, significantly below toxic concentration for the yeast. Conclusions. It was stated that the use of new method of starch raw material preparation resulted in satisfied fermentation yield and allowed to reduce energy requirements for starch liquefaction

Wstęp. W ostatnim dziesięcioleciu najważniejszymi innowacjami w dziedzinie produkcji bioetanolu był proces jednoczesnej hydrolizy polisacharydów i fermentacji (SSF), opanowanie metody fermentacji gęstych zacierów, wprowadzenie nowych preparatów enzymatycznych zdolnych do hydrolizy natywnej skrobi oraz opracowanie mikroorganizmów modyfikowanych genetycznie zdolnych do jednoczesnej produkcji enzymów amylolitycznych i fermentacji cukrów pięcio- i sześciowęglowych. Celem podjętych badań było określenie efektywności fermentacji etanolowej z użyciem nowych enzymów hydrolizujących natywną skrobię w procesie SSF prowadzonym metodą okresowo-dolewową. Materiały i metody. Przeprowadzono jednoczesną hydrolizę enzymatyczną i fermentację etanolową (SSF) metodą okresowo-dolewową, stosując natywną mączkę kukurydzianą oraz drożdże gorzelnicze Saccharomyces cerevisiae szczep Ethanol Red i preparat amylolityczny Stargen 001. Zmiennymi doświadczalnymi były temperatura fermentacji (35-37- 40°C), szybkość mieszania zacieru (100 i 200 obr/min), czas fermentacji (0-92 h) i dawka mączki kukurydzianej (różne dawki i różny czas wprowadzania dawki). Wyniki. Stwierdzono, że optymalną temperaturą prowadzonego procesu było 37°C i początkowe pH zacieru 5.0, jakkolwiek drożdże fermentowały intensywnie cukry nawet w temperaturze 40°C. Istotny wpływ na wykorzystanie skrobi i wydajność etanolu miała szybkość mieszania zacieru. Wydłużenie czasu fermentacji ponad 72 h nie przekładało się na znaczące zwiększenie ilości wytworzonego etanolu. We wszystkich eksperymentach końcowe stężenie kwasów organicznych było bardzo małe, znacznie poniżej stężenia toksycznego dla drożdży. Wnioski. Stwierdzono, że zastosowanie nowej metody przygotowania surowca skrobiowego pozwoliło na uzyskanie dobrej wydajności fermentacji i pozwoliło na zmniejszenie zapotrzebowania na energię niezbędną do upłynnienia skrobi