Zagospodarowanie odpadowego pieczywa do produkcji bioetanolu

• Autorzy: Joanna Kawa-Rygielska , Witold Pietrzak

Warianty tytułu

Utilization of Waste Bread for Bioethanol Production

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Celem pracy była ocena przydatności technologicznej odpadowego chleba pszenno-żytniego, o znacznym stopniu porażenia pleśnią, jako surowca w procesie fermentacji etanolowej. Materiałem badawczym był odpadowy chleb pszenno-żytni (zwroty ze sklepów po terminie przydatności do spożycia) wykazujący oznaki powierzchniowego porażenia pleśnią. Podłoża fermentacyjne z odpadowego pieczywa przygotowano poprzez zacieranie energooszczędną metodą bezciśnieniowego uwalniania skrobi (BUS). Przygotowane zaciery o zawartości surowca [% (m/m)]: 28 (I), 32 (II) i 36 (III) zaszczepiono drożdżami Saccharomyces cerevisiae Ethanol Red i poddano fermentacji metodą okresową. Oznaczono dynamikę procesu fermentacji oraz, metodą HPLC, profile węglowodanowe zacierów, zmiany stężenia substratów i ilości metabolitów (etanol, glicerol, kwas bursztynowy i octowy) powstających w trakcie fermentacji. Oznaczono również stan fizjologiczny komórek drożdży metodą mikroskopową przed i po zakończeniu fermentacji. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono parametry wydajności procesu fermentacji etanolowej i oceniono przydatność technologiczną badanego surowca. Stwierdzono, że proces fermentacji zacierów trwał 68 h niezależnie od ilości surowca. Najlepszą dynamikę procesu wykazywały zaciery o 32 % zawartości surowca. Początkowe stężenie cukrów (glukozy, maltozy i maltotriozy) było większe w zacierach o większym udziale surowca. W trakcie fermentacji drożdże wykorzystały prawie całą ilość dostępnych węglowodanów. W płynach fermentacyjnych oznaczono typowe produkty uboczne fermentacji (glicerol oraz kwas bursztynowy i octowy). Największe stężenie glicerolu (14,56 g/l) oznaczono w próbie o 36 % zawartości surowca (III). Stężenie etanolu wytworzonego przez drożdże w badanych podłożach wynosiło 60,7 g/l (I), 72,7 g/l (II) i 83,1 g/l (III). Największą wydajność procesu (ok. 70 %) uzyskano w wyniku fermentacji zacierów o zawartości surowca 32 i 36 %. Po zakończeniu fermentacji użyte drożdże charakteryzowały się większą zawartością komórek nieaktywnych w porównaniu z biomasą wyjściową. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że optymalna zawartość chleba pszenno-żytniego w zacierze wynosi 32 %. (abstrakt oryginalny)

EN

The objective of the research study was to assess the technological usefulness of highly mould- contaminated waste wheat-rye bread as a raw material in the production of bioethanol. The research material was a waste wheat rye-bread (returned by shops after the expiration of its shelf life) showing superficial mould contamination spots. Waste bread fermentation media were produced using a mashing procedure based on an energy-saving pressure-less starch release method. The obtained mashes containing 28 (I), 32 (II), and 36 (III) [% (w/w)] of the raw material were inoculated with Sacch romyces cerevisiae Ethanol Red yeast and fermented using a periodic method. Determined were the dynamics of fermentation, carbohydrate profiles of the mashes (by a HPLC method), and changes in the concentration rate of substrates and in the quantity of metabolites (ethanol, glycerol, succinic acid, and ethanoic acid) produced during the fermentation process. The physiological condition of yeast cells was evaluated prior to and after the fermentation using a microscopic technique. On the basis of the results obtained, the yield parameters of the ethanol fermentation process were computed and the technological usefulness of the raw material studied was assessed. It was found that the fermentation process of mashes lasted 68 h regardless of the quantity of raw material therein. The mashes containing 32 % of raw material showed the best process dynamics. The initial concentration rate of sugars (glucose, maltose, and maltotriose) was higher in the mashes with a higher content of raw material. During the fermentation, the yeast utilized almost all of the carbohydrates available. In the fermentation liquids, typical fermentation by-products were found (glycerol, succinic acid, and acetic acid). The highest concentration rate of glycerol (14.56 g/l) was determined in the sample containing 36 % of raw material (III). The concentration rate of ethanol produced by the yeast in the media studied was 60.7 g/l (I), 72.7 g/l (II), and 83.1 g/l (III). The highest process yield (ca. 70 %) was obtained while fermenting mashes containing 32 and 36 % of raw material. After the fermentation completed, the yeasts used were characterized by a higher content of inactive cells compared to the initial biomass. Based on the results obtained, it was concluded that the optimal content of wheat-rye bread in the mash was 32 %. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Żywność; Odpady; Biopaliwa; Surowce energetyczne

EN

Food; Wastes; Biofuels; Energy raw materials

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 18 (2011)
• Numer: nr 6 (79)
• Strony: 105--118

Twórcy

autor

Joanna Kawa-Rygielska

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

autor

Witold Pietrzak

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Bibliografia

• [1] Analytica - EBC, Verlag Hans Carl Getränke - Fachverlag, Nürnberg 1998.
• [2] BS EN ISO 10520:1998. Native starch. Determination of starch content. Ewers polarimetric method, ISBN: 0 580 30395 0.
• [3] Buksa K., Nowotna A., Praznik W., Gambuś H., Ziobro R., Krawontka J.: The role of pentosans and starch in baking wholemeal rye bread. Food Res. Int., 2010, 43, 2045-2051.
• [4] Chemielewska J., Kawa-Rygielska J., Zięba T.: Ethanol fermentation of maize mashes. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2007, 57, 85-89.
• [5] Devantier R., Scheithauer B., Villas-Boas S.G., Pedersen S., Ollson S.: Metabolite profiling for analysis of yeast stress during very high gravity ethanol fermentations. Biotechnol. Bioeng., 2005, 6, 703-714.
• [6] Dziuba E., Foszczyńska B., Stempniewicz R.: Effect of mycotoxins DAS, ZEA and OTA on the growth of brewing yeast. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2007, 4(A), 123-129.
• [7] Dziugan P.: Zagospodarowanie pieczywa ze zwrotów metodą fermentacji w zakwasie. Przegl. Piek. Cuk., 2009, 3, 12-15.
• [8] Ebrahimi F., Khanahmadi M., Roodpeyma S., Taherzadeh M.J.: Ethanol production from bread residues. Biomass Bioenerg., 2008, 32, 333-337.
• [9] Kawa-Rygielska J., Chemielewska J., Pląskowska E.: Effect of raw material quality on fermentation activity of distillery yeast. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2007, 4(B), 275-279.
• [10] Kawa-Rygielska J., Pietrzak W.: Badania nad przydatnością odpadów przemysłu piekarniczego do produkcji bioetanolu. Przem. Chem., 2011, 90, 1269-1272.
• [11] Kłosowski G.: Teoretyczne podstawy wzrostu wydajności alkoholu przy zastosowaniu metody bezciśnieniowego uwalniania skrobi (BUS). Mat. IV Semin. nt.: "Aktualne problemy gorzelnictwa rolniczego", Bydgoszcz, 1998, ss. 47-50.
• [12] Kownacki J., Gubała W.: Wykorzystanie niesprzedanego pieczywa - to ciągły problem. Przegl. Piek. Cuk., 2006, 9, 34-36.
• [13] Kwiatkowski J.R., McAloon A.J., Taylor F., Johnston D.B.: Modeling the process and costs of fuel ethanol production by the corn dry-grind process. Ind. Crop. Prod., 2006, 23, 288-296.
• [14] Libudzisz Z., Kowal K.: Mikrobiologia techniczna: mikroorganizmy i środowiska ich występowania. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2008.
• [15] Produkcja ważniejszych wyrobów przemysłowych. Dane GUS 2010. www.gus.pl
• [16] Ribotta P.D., Le Bail A.: Thermo-physical assessment of bread during staling. LWT- Food Science and Technology, 2007, 40, 879-884.
• [17] Solarek L.: Kleikowanie i upłynnianie surowców skrobiowych niesłodowanych z zastosowaniem enzymów mikrobiologicznych Novozymes. Przem. Ferm. Owoc. Warz., 2001, 12, 10.
• [18] Staszewska E.: Zwroty pieczywa i ich zagospodarowanie. Przegl. Piek. Cuki., 2008, 10, 34-35.
• [19] Szajewska A., Ceglińska A.: Czerstwienie Pieczywa. Przegl. Piek. Cuk., 2004, 4, 6-7.
• [20] Thomas K.C., Ingledew W.M.: Production of 21 % (v/v) ethanol by fermentation of very high gravity (VHG) wheat mashes. J. Indust. Microb., 1992, 10, 61-68.