Селекція штамів дріжджів для виробництва етанолу на основі зернових субстратів

Abstract

Войтецька М. Ю.; Хом’як С. В. (керівник). «Селекція штамів дріжджів для виробництва біоетанолу на основі зернових субстратів» Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка». Львів, 2024. Розширений реферат Об’єкт дослідження: штами дріжджів роду Saccharomyces cerevisiae. Сфера дослідження: селекція штамів дріжджів та оптимізація умов ферментації. Мета дослідження: Виділити та ідентифікувати дріжджовий штам із природних джерел, здатний ефективно ферментувати зернові субстрати для виробництва біоетанолу, тим самим сприяючи попиту країни на біоетанольне пальне. Ця магістерська робота присвячена дослідженню та відбору штамів дріжджів для ефективного виробництва біоетанолу зі зернових субстратів, яке спрямоване на розробку сталого рішення для біопалива, щоб задовільнити попит екологічні паливні джерела. В дослідженні запропоновано технологічний процес, котрий включає: гідроліз зернових субстратів та його ферментація клітинами дріжджів Saccharomyces cerevisiae, з подальшою ректифікацією для очищення кінцевого продукту. Отримані результати мають практичне значення для проектування виробництва біоетанолу з використанням аграрних відходів, що може допомогти задовольнити енергетичні потреби, зменшуючи екологічні та економічні проблеми. Основна увага в цьому дослідженні приділяється оптимізації штамів дріжджів, спеціально адаптованих для ферментації зернових субстратів, з метою отримання максимального виходу біоетанолу. У роботі використали інноваційні підходи, включаючи тестування як природних, так і комерційних штамів дріжджів та їхню подальшу оцінку ефективності при різних температурних режимах і умовах ферментації. Особлива увага приділяється попередній обробці субстрату як критичному фактору для оптимізації процесу. У експериментальній частині дослідження відібрані штами дріжджів оцінювалися на основі їхньої швидкості ферментації кукурудзяних субстратів протягом 11 днів, а також визначався вихід етанолу для кожного штаму. Для аналізу проб етанолу використовували ІЧ-спектрофотометрію для оцінити вмісту води та етанолу і з цих даних обирали найефективніші штами. Ферментація проводилася при температурі від 30°C до 37°C, це дозволило відібрати найефективніший штам – RС, який продемонстрував найвищу активність і збродив найбільшу кількість бражки. Хоча штам DС показав найвищий вихід спирту при температурі 30°C, далі він поступився штаму RС на інших досліджуваних температурах. У роботі також запропоновано і розроблено принципову технологічну схему виробництва біоетанолу, яка надає практичні рекомендації для промислового застосування. Висновки, сформульовані в цій роботі, узгоджуються з існуючою літературою та ґрунтуються на експериментальних даних, отриманих із використанням сучасних фізико-хімічних та мікробіологічних методів дослідження, включаючи ІЧ-спектрофотометрію та методи селекції.Voitetska M. Yu.; Khomiak S. V. (supervisor). "Selection of yeast strains for ethanol production based on grain substrates." Master's Qualification Thesis. – Lviv Polytechnic National University. Lviv, 2024. Extended abstract Study object - Saccharomyces cerevisiae yeast strains. Scope of research: yeast strain selection and optimization of fermentation conditions. Goal of Research: To isolate and identify a yeast strain from natural sources capable of efficiently fermenting grain-based substrates for bioethanol production, thereby contributing to the country’s demand for bioethanol fuel. This master’s thesis examines the selection of yeast strains for efficient bioethanol production from grain-based substrates, aimed at developing a sustainable biofuel solution to meet national energy demand. The research utilizes a technological process that involves fermenting hydrolyzed grain substrates with Saccharomyces cerevisiae yeast cells, followed by rectification to purify the final product. The findings have practical implications for the design of bioethanol production facilities using agricultural byproducts, which can help address energy needs while mitigating environmental and economic issues. A key focus of this research is the optimization of yeast strains specifically adapted to ferment grain substrates, with the objective of maximizing bioethanol yield. The study incorporates innovative approaches, including the testing of both natural and commercial yeast strains, and evaluates their performance under various temperature regimes and fermentation conditions. Special attention is given to substrate pretreatment as a critical factor for process optimization. In the experimental section of the study, selected yeast strains were evaluated based on their fermentation rate of corn substrates over 11 days, and ethanol yield was determined for each strain. Ethanol samples were analyzed using IR spectrophotometry to assess water and ethanol content, which helped identify the most effective strains. Fermentation was conducted at temperatures ranging from 30°C to 37°C, allowing the selection of the most efficient strain, RC, which demonstrated the highest activity and fermented the largest amount of mash. Although strain DC showed the highest alcohol yield at 30°C, it was later outperformed by strain RC at other tested temperatures. The study also presents a technological scheme for bioethanol production, providing a practical framework for industrial application. The conclusions formulated in this thesis align with existing literature and are based on experimental data obtained using modern physicochemical and microbiological research methods, including IR spectrophotometry and selective breeding techniques.