Порівняльний аналіз технологічного потенціалу осмо- та термотолерантних штамів дріжджів у виробництві біоетанолу

Abstract

Ефективність виробництва біоетанолу з бурякової меляси критично залежить від вибору штаму дріжджів, Основними напрямками інтенсифікації процесу є впровадження осмотолерантних, термотолерантних та неконвенційних дріжджових культур. Застосування осмотолерантних штамів Saccharomyces cerevisiae дозволяє реалізувати енергоефективну технологію «Very High Gravity» (VHG), де концентрація сухих речовин у суслі сягає 250…280 г/кг. Дослідження підтверджують, що спеціалізовані штами, такі як Y 5007 (К-7), демонструють скорочену лаг-фазу та високу бродильну енергію навіть за високого осмотичному тиску. Це забезпечує вихід етанолу на рівні 94,9 % від теоретичного та знижує синтез гліцерину на 16…30 %. Впровадження термотолерантних штамів (активних за температури 38…40 °C) є стратегічно важливим для умов України, оскільки дозволяє стабілізувати ферментацію без надмірних витрат води на охолодження бродильних апаратів. Такі дріжджі зберігають цілісність клітинних мембран та метаболічну активність за підвищених температур з одночасним гальмуванням розвитку контамінуючої мікрофлори. Огляд новітньої літератури вказує на високий потенціал дріжджів родів Pichia, Wickerhamomyces та Candida. Застосування таких штамів або їх співкультур дозволяє більш повно зброджування складних цукрів, зокрема, рафінози та ефективно зброджувати низькоякісну або дефектну мелясу. комбінація селекційних переваг осмо- та термотолерантних штамів у межах удосконаленої двопотокової схеми дозволяє підвищити концентрацію етанолу до 11,7 % об. з одночасним зменшенням вмісту незброджених вуглеводів у дозрілій бражці до 0,32 %, підвищити вихід спирту на 2 % за рахунок зниження витрат цукрів на синтез біомаси та зменшити об’єми стічних вод завдяки роботі з висококонцентрованими середовищами. The efficiency of bioethanol production from beet molasses depends critically on the choice of yeast strain. The main avenues for process intensification involve the introduction of osmotolerant, thermotolerant and unconventional yeast strains. The use of osmotolerant strains of Saccharomyces cerevisiae enables the implementation of the energy-efficient ‘Very High Gravity’ (VHG) technology, where the dry matter concentration in the wort reaches 250–280 g/kg. Research confirms that specialised strains, such as Y 5007 (K-7), demonstrate a shortened lag phase and high fermentation energy even under high osmotic pressure. This ensures an ethanol yield of 94.9% of the theoretical value and reduces glycerol synthesis by 16–30%. The introduction of thermotolerant strains (active at temperatures of 38–40 °C) is of strategic importance for conditions in Ukraine, as it allows fermentation to be stabilised without excessive water consumption for cooling fermentation vessels. Such yeasts maintain the integrity of cell membranes and metabolic activity at elevated temperatures whilst simultaneously inhibiting the growth of contaminating microflora. A review of the latest literature indicates the high potential of yeasts belonging to the genera Pichia, Wickerhamomyces and Candida. The use of such strains or their co-cultures enables more complete fermentation of complex sugars, in particular raffinose, and allows for the efficient fermentation of low-quality or defective molasses. Combining the selective advantages of osmo- and thermotolerant strains within an improved two-stream scheme allows the ethanol concentration to be increased to 11.7% vol. whilst simultaneously reducing the content of unfermented carbohydrates in the mature mash to 0.32%, increase alcohol yield by 2% by reducing sugar consumption for biomass synthesis and reduce wastewater volumes through the use of highly concentrated media.