Proizvodnja etanola i prehrambenog kvasca

Laboratorij za tehnologiju vrenja i kvasca

Laboratorij za tehnologiju vrenja i kvasca

prof. dr. sc. Vesna Stehlik-Tomas, (3. kat, 132)dr. sc. Damir Stanzer, doc. (1. kat, 70)

dr. sc. Jasna Mrvi, doc. (3. kat, 142)

Stela Krianovi, dipl. ing. (3. kat, 142)

Principi biotehnoloke proizvodnje hrane

Tehnologija alkohola i kvasca izborni A

Proizvodnja jakih alkoholnih pia - izborni B

Proizvodnja i primjena pekarskog i prehrambenog kvasca - izborni B

O emu razgovaramo?

Uvod

Sirovine Pivo (sadri i Etanol) 5%

Sirovine Vino (sadri i Etanol) 12%

Sirovine JAP (sadri i Etanol) 40%

Sirovine Etanol 96-100%

Sirovine Kefir (sadri i Etanol) 1%

O emu razgovaramo?

Uvod

Danas

95%

5%

FermentacijaSintetski postupak

Primjena:

Uvod

Proizvodnja:

GorivoKem. i farm. ind.Jaka alk. piaOcat

Slika. Svjetska proizvodnja etanola i preraspodjela trita

Danas

Uvod

Etanol se najee proizvodi alkoholnom fermentacijom iz eernih i polisaharidnih sirovina uz pomo kvasca Saccharomyces cerevisiae

Sirovine:

- eerne:

eerna repa (melasa), eerna trska (melasa), slatki sirak

- Polisaharidne:

krobne: kukuruz, jeam, krumpir, kasava...

celulozne: sulfitna luina, drvni hidrolizati

Uvod

Alkoholna fermentacija

Uvod

Piruvat

PiruvatPiruvat

Piruvat

dekarboksilaza

dekarboksilazadekarboksilaza

dekarboksilaza

Alkohol

AlkoholAlkohol

Alkohol

dehidrogenaza

dehidrogenazadehidrogenaza

dehidrogenaza

x 2 !!!

Glukoza = 2 Piruvata = 2 Etanola + 2CO2 + energija (cca. 200 kJ)

nastajanje etanola iz monosaharidaC6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + E

(180) (2 x 46 = 92) (2 x 44 = 88)

nastajanje etanola iz disaharida (saharoza, maltoza) C12H22O11 4 C2H5OH + 4 CO2 + E(342) (4 x 46 = 184) (4 x 44 = 176)

nastajanje etanola iz polisaharida (krob, inulin)

(C6H10O5)n 2n C2H5OH + 2n CO2 + E(162n) (2n x 46 = 92n) (2n x 44 = 88n)

teoretski Yp/s:a) monosaharid = 92/180 x 100 = 51,0 %b) disaharid = 184/342 x 100 = 53,8 %c) polisaharid = 92/162 x 100 = 56,8 %

Alkoholna fermentacijaUvod

Uvod

Kvasci u proizvodnji etanola i kvaeve biomase

Proizvodnja etanola na melasi

Melasa

Proizvodnja etanola

iz kukuruza

Proizvodnja etanola iz

lignoceluloznih materijala

Polisaharidnesirovine

eerne sirovine

Uvod

Sirutka

krobnesirovine

Lignoceluloznesirovine

1.

2.

3.

Tehnoloki postupci proizvodnje alkohola na melasi

- razlikuju se prema nainu voenja fermentacije u glavnom vrenju

arni postupak

arni s pritokom supstrata (MB-postupak)

arni s pritokom supstrata i reciklacijom kvaeve biomase (Vogelbusch B-postupak Badel, Sesvete)

Kontinuirani procesi (u nekoliko serijski spojenih fermentora)

Proizvodnja etanola na melasi

1. Priprema procesa

- Priprema supstrata

- Priprema inokuluma

2. Fermentacija

3. Izdvajanje proizvoda

- Separacija

- Destilacija

- Proizvodnja kvasca

Proizvodnja etanola na melasi B-postupak

Priprema supstrata - melasaProizvodnja etanola na melasi Priprema procesa

Priprema supstrata - melasaProizvodnja etanola na melasi Priprema procesa

- Priprema inokuluma

Proizvodnja etanola na melasi Priprema procesa

Melle-Boinot postupak (MB) - Postavljanje i voenje fermentacije

Proizvodnja etanola na melasi Fermentacija

B-postupak - Dinamika alkoholne fermentacije

Proizvodnja etanola na melasi Fermentacija

SAH (%)

5SAH

2

1

3

4

Proizvodnja etanola na melasi Fermentacija

Me25

Kontinuirani proces

Izdvajanje proizvoda

- Separacija- Destilacija- Proizvodnja

kvasca

Destilacija i rektifikacija

Proizvodnja etanola na melasi Izdvajanje proizvoda

- vie od 96% - dehtidratacija- Molekularna sita (zeoliti, adsorpcija vode)

Proizvodnja suhog kvascaProizvodnja etanola na melasi Izdvajanje proizvoda

SirutkaProizvodnja etanola na ostalim eernim sirovinama

- nusproizvod mlijene industrije, laktoza (glukoza+galaktoza), do 70% u s.tv. sirutke

- Veliki BPK proizvodnja etanola dio rjeenja

Mikroorganizmi:

- kvasac Kluyveromyces marxianus (K. fragilis, K. lactis) previre laktozu

- prethodna hidroliza -galaktozidazom, pa S. cerevisiae- genetiko inenjerstvo, rekombinantni sojevi

Sulfitna luina

Hidrol

- ostatak sulfitnog postupka prerade drveta u celulozu

- sadri razne eere, oko 65% fermentabilnih, ali uglavnom neekonomino

- Nusproizvod proizvodnje glukoze i eernih sirupa iz kukuruza

- oko 50-60% fermentabilnih eera (glukoza, maltoza)

- Ne sadri nikakve druge hranjive tvari, mjea se s melasom

Mikroorganizam: S. cerevisiae

Ne previre polisaharide!

Osnovne razlike u odnosu na proizvodnju na melasi(tehnoloke i ekonomske):

priprema supstrata- dovoenje kroba u topivi oblik- razgradnja kroba do fermentabilnih eera(enzimima)

Proizvodnja etanola na krobnim sirovinama

Proizvodnja etanola na krobnim sirovinama priprema supstrata

Hladnavoda

Proizvodnja etanola na krobnim sirovinama

Analogno proizvodnji na melasi- arno- kontinuirano

Fermentacija oeerenog kukuruznog supstrata- nema reciklacije biomase

Fermentacija bistre komine- mogua reciklacija biomase

Izdvajanje proizvoda

Destilacija komine, Rektifikacija alkoholaBio-etanol - Dehidratacija - kolone s molekularnim sitima

Nusprodukti: Dibra krmivo- bistri dio: reciklacija (za smjesu krupice i vode)

CO2 - mogunost ukapljivanja

Fermentacija

100 kg krupice (uz 85% s.tv. i 70% kroba u s.tv.)

59,5 kg kroba(uz Iteor = 56,8 )

33,8 kg etanola(..uz = 0,789 kg/L)

42,8 L etanola

Etanol

CO2

Dibra

Za 1 L etanola:2,33 kg kukuruza

Proizvodnja etanola na krobnim sirovinama kukuruz m. bilanca

1. Celuloza

2. Hemiceluloza

3. Lignin

Proizvodnja etanola na lignoceluloznim sirovinama lignoceluloza

Tehnoloki i ekonomski izazov: Sloena priprema supstrata (predradnje)

Mikroorganizmi:

Saccharomyces cerevisiae- Ne previre polisaharide- Ne previre pentoze

Candida shehatae, Pachisolen tannophilus i Pichia stipitis- Previru pentoze- Osjetljiviji na proizvedeni etanol i uvjete fermentacije

Rekombinantni sojevi (S. cerevisiae...):- Previru i heksoze i pentoze

Proizvodnja etanola na lignoceluloznim sirovinama

A) Pranje i mehaniko usitnjavanje LCS (mljevenje)

B) Prvi predtretman usitnjenog materijala

- razbijanje strukture LCS, razgradnja hemiceluloze, oslobaanje celuloze

C) Razgradnja celuloze

D) Fermentacija

E) Izdvajanje proizvoda

Proizvodnja etanola na LCS priprema sirovine

Proizvodnja etanola na lignoceluloznim sirovinama opa shema