Selection of the technological parameters of fermentation of high-concentration wort with osmophilic yeast races for obtaining bioethanol

Abstract

Bioethanol production is a key issue that helps meet the growing demand for energy resources and ensure a sustainable economy. A promising direction is producing bioethanol by using the technology of fermentation of grain high-concentration wort.The purpose of this work is researching of thefermentation process of the high concentrations wort by distiller’s yeast osmophilic races at high acidity and selection of technological parameters forbioethanol production.Selective breeding of a new strain of the yeast Saccharomyces cerevisiae DO-16 has allowed obtaining ethanol producers able to ferment grain wort with the dry matter concentration 24–34% at pH 3.0–6.0, with alcohol accumulation in the fermented wash up to 17% vol.It has been studied how the pH of wort affects the dynamics of yeast cell synthesis by the distiller’s yeast races Saccharomyces cerevisiaeDO-11 and Saccharomyces cerevisiaeDO-16. It has been established that at the pH values2.5, 3.0, 3.5, and 4.0, the concentration of yeast cells in the race Saccharomyces cerevisiaeDO-16 was higher by 2.6, 1.7, 1.5, and 1.4 times respectively, as compared withSaccharomyces cerevisiaeDO-11. It has been found that culturing industrial yeast of these races at low pH values will provide not only the required sterility of the substrate, but also a high content of yeast cells, which is 250–320 million/cm³.The chemical and technological parameters of the fermented wash obtained by using theyeast races Saccharomyces cerevisiaeDO-11 and DO-16 at the wort concentration 20–34% DM have been studied. It has been found that under all research conditions, the yeast of the race Saccharomyces cerevisiaeDO-16 synthesised more ethanol than the strainSaccharomyces cerevisiaeDO-11 did.The use of a new high-productive strain of Saccharomyces cerevisiae DO-16 will allow fermenting wort with a high ethanol concentration in the wash. It will also reduce the consumption of heat expended on isolating alcohol from the wash and of water expended on cooling, and lessen the amount of post-alcohol stillage. Для задоволення зростаючого попиту на енергетичні ресурси і забезпечення стійкої економіки, ключовим питанням є виробництво біоетанолу. Перспективним напрямом для одержання біоетанолу є застосування технології зброджування сусла із зернової сировини з високим вмістом сухих речовин. Мета представленої роботи –дослідження процесу зброджування сусла високих концентрацій осмофільними расами спиртових дріжджів при підвищеній кислотності середовища тапідбір технологічних параметрів для отримання біоетанолу. Шляхом селекції нового штаму дріжджівSaccharomyces cerevisiae ДО–16 одержано продуценти спирту етилового, які спроможні зброджувати зернове сусло з концентрацією сухих речовин 24–34% при рН 3,0–6,0 з накопиченням спирту в зрілій бражці до 17% об. Проведено дослідження щодо впливу рН сусла на динаміку накопичення дріжджових клітин Saccharomyces cerevisiae ДО–11 та Saccharomyces cerevisiae ДО–16. Встановлено, що при значеннях рН 2,5; 3,0; 3,5 та 4,0 у раси Saccharomyces cerevisiaeДО–16 концентрація дріжджових клітин була вищою в 2,6; 1,7; 1,5 та 1,4 рази відповідно порівнюючи з Saccharomyces cerevisiaeДО–11. Встановлено, що культивування виробничих дріжджів досліджуваних рас при низьких значеннях рН забезпечить не тільки необхідну стерильність субстрату, але й високий вміст дріжджових клітин –250–320 млн/см³. Досліджено хіміко-технологічні показники зрілої бражки при застосування дріжджів раси Saccharomyces cerevisiaeДО-11 та ДО-16 при концентрації сусла від 20 до 34% сухих речовин. Встановлено, що за всіх умов досліджень, дріжджі раси Saccharomyces cerevisiae ДО-16 синтезували більше етанолу порівняно із расою Saccharomyces cerevisiaeДО-11. Застосування нового високопродуктивного штаму Saccharomyces cerevisiae ДО–16 дозволить зброджувати сусло з підвищеною концентрацією спирту етилового в бражці, а також знизити витрати теплової енергії на виділення спирту із бражки і води на охолодження, та зменшення кількості післяспиртової барди за умов її використання на приготування замісу.