Гагарина И.Н., Горькова И.В., Гаврилова А.Ю., Костромичёва Е.В.

ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», Россия

Использование топинамбура для производства биоэтанола

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии.

В настоящее время всего лишь около четырех процентов от общего объема биомассы используется для получения энергии, остальное, без всякой пользы разлагается на диоксид углерода и воду. Таким образом, возникает необходимость в поиске новых, перспективных, безопасных и экономически выгодных методов использования биоресурсов региона, в частности растительных и органических отходов. Одним из таких методов, является получение биоэтанола.

Целью является оптимизация технологии получения биоэтанола из клубней и зеленой массы топинамбура.

Настоящая работа посвящена актуальной проблеме – комплексному использованию биоресурсов региона, так как одной из Государственных программ является развитие производства и переработки картофеля и топинамбура.

Предлагаемый продукт - биоэтанол, лабораторный образец которого представлен на рисунке 1. В качестве объекта исследования служила овощная культура топинамбур (сорт Интерес).

Рисунок 1. - Биоэтанол Рисунок 2. - Дрожжи

(лабораторный образец) (Saccharomyces cerevisiae )

Для сбраживания сусла использовали промышленные штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Процесс брожения проводили в анаэробных условиях (рис.2).

Технологическая схема биоэтанола изображена на рисунке 3.

углеводов 17% и влаги 70%.

Клубни измельчали на дробилке, гидролиз измельченной массы проходил под действием собственных инулиназ сырья при pH=6, и температуре 50-55^oC.

Модификации распространяются на стадии ферментации и брожения – были изменены режимы. Для апробации и получения 150 г. спирта, нам потребовалось 500 г. клубней топинамбура с содержанием сбраживаемых

Рисунок 3. - Технологическая схема биоэтанола.

Для дополнительной активации ферментов в среду вводили ионы Ca⁺² в виде сульфата 0,1 М, затем смешивали с водой в соотношении 1:2, подвергали тепловой обработке при температуре 50-55°С в течение 1,5-2 часа. Полученную смесь охлаждали и вводили дрожжи  - 200 гр. Процесс брожения проходил от 24часов до 148 ч без перемешивания, при t =20° С Продолжительность гидролиза влияет на накопление сахаров, а время сбраживания на выход спирта (рис.4а).

Получение биоэтанола из зеленой массы топинамбура возможно с применением кислотного гидролиза. В результате 40 минутного гидролиза с фосфорной кислотой при гидромодуле 2500:300 можно получить до 9% сахаров, что в 3 раза больше, чем при гидролизе клубней (рис.4б).

а б

Рисунок 4. - Влияние кислотного гидролиза зеленой биомассы топинамбура на технические показатели

Такая стадия предварительной обработки позволит получить выход биоэтанола 75%, крепостью 89⁰.

Полученные образцы спирта соответствует данному виду продукта. По внешнему виду это прозрачная, бесцветная жидкость без посторонних частиц, с характерным запахом.

Таким образом, предлагаемый способ получения спирта из топинамбура при сбраживании осахаренного сусла позволяет сократить продолжительность брожения до 24 часов и повысить выход спирта на 10 %.

Технические возможности производства этанола из топинамбура заключаются в наличии сырья и возможностей увеличения его производства. Достоинством данной культуры является его высокая урожайность (клубни до 500 ц/га и 1000-1200 ц/га зелёной массы), неприхотливость к погодным условиям и почвам и упрощённая агротехника. В технологии производства спирта из топинамбура имеются возможности усовершенствования направленные на уменьшение энергозатрат при достаточно высоком выходе конечного продукта и качества.

Предварительные результаты анализа спирта, полученного из топинамбура позволяют надеяться, что при использовании высокопродуктивных спиртосбраживающих рас дрожжей и стандартизированного оборудования для ректификации из топинамбура по предлагаемой нами технологии можно получить высококачественный этиловый спирт пригодный для энергетической, пищевой, химической, медицинской, фармацевтической промышленности.