LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS · bei saulėgrąţas. Topinambo poţeminė dalis panaši į bulvių ar imbiero. Pagrindinė šaknis įsiskverbia nuo 1 iki 3 metrų gylį,

1

LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS

VETERINARIJOS AKADEMIJA

MAISTO SAUGOS IR KOKYBĖS KATEDRA

Edvino Drungilo

Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių formavimasis etanolyje,

gautame mikronizuotus rugius fermentuojant Saccharomyces cerevisiae anaerobiniu būdu ir Helianthus tuberosus L. aerobiniu būdu

Magistro darbas

Darbo vadovė:

Doc. dr. Elena Bartkienė

Kaunas 2013

2

PATVIRTINIMAS APIE ATLIKTO DARBO

SAVARANKIŠKUMĄ

Patvirtinu, kad įteikiamas magistro baigiamasis darbas „Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio

junginių formavimasis etanolyje, gautame mikronizuotus rugius fermentuojant Saccharomyces

cerevisiae anaerobiniu būdu ir Helianthus tuberosus L. aerobiniu būdu“

1. Yra atliktas mano paties:

2. Nebuvo naudotas kitame universitete Lietuvoje ir uţsienyje:

3. Nenaudojau šaltinių, kurie nėra nurodyti darbe, ir pateikiu visą panaudotos literatūros sąrašą.

Edvinas Drungilas (data) (autoriuas vardas, pavardė) (parašas)

PATVIRTINIMAS APIE ATSAKOMYBĘ UŢ

LIETUVIŲ KALBOS TAISYKLINGUMĄ ATLIKTAME DARBE

Patvirtinu lietuvių kalbos taisyklingumą atliktame darbe.

Edvinas Drungilas (data) (autoriaus vardas, pavardė) (parašas)

MAGISTRO BAIGIAMOJO DARBO

VADOVO IŠVADOS DĖL DARBO GYNIMO

.......................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................

Doc. dr. Elena Bartkienė (data) (autoriaus vardas, pavardė) (parašas)

MAGISTRO BAIGIAMASIS DARBAS

APROBUOTAS MAISTO SAUGOS IR KOKYBĖS KATEDROJE

(aprobacijos data) (katedros vedėjo vardas, pavardė) (parašas)

Magistro darbas yra įdėtas į ETD IS

(gynimo komisijos sekretorės parašas)

Magistro baigiamojo darbo recenzentas

(vardas, pavardė) (parašas)

Magistro baigiamųjų darbų gynimo komisijos įvertinimas:

(data) (gynimo komisijos sekretorės vardas, pavardė) (parašas)

3

TURINYS

SANTRAUKA.....................................................................................................................................5

SUMMARY.........................................................................................................................................6

ĮVADAS...............................................................................................................................................7

1.LITERATŪROS APŢVALGA.......................................................................................................9

1.1 Helianthus tuberosus L. cheminė sudėtis, maistinė vertė, panaudojimas pramonėje........9

1.2 Etanolio cheminė sandara, savybės ir pagrindiniai gavimo būdai....................................10

1.3. Aukštesnieji alkoholiai ir kiti fuzelio junginiai..................................................................11

1.3.1. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių įtaka sveikatai....................................12

1.4.Bioetanolis ir jo gamybos technologija................................................................................14

2. DARBO METODIKA..................................................................................................................16

2.1. Pagrindinės tyrimų kryptys ir jų pagrindimas.......................................................................16

2.2. Tyrimų objektai ir metodai......................................................................................................17

2.2.1. Eksperimentui naudotos ţaliavos......................................................................................... 17

2.2.2 Etanolio gamyba šaltuoju būdu laboratorinėmis sąlygomis iš mikronizuotų rugių.........19

2.2.3. Etanolio gamyba šaltuoju būdu laboratorinėmis sąlygomis aerobiniu būdu iš

topinambų.........................................................................................................................................19

2.2.4. Raugalo pH ir sausųjų medţiagų tyrimo metodika ir etanolio koncentracijos................20

2.2.5.. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių tyrimo metodika................................20

3.3. Matematinė statistinė duomenų analizė.............................................................................21

3. REZULTATAI..............................................................................................................................22

3.1. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių etanolyje, pagamintame iš

mikronizuotų, rugių rezultatai....................................................................................................22

3.1.1. Raugalo fizikiniai cheminiai rodikliai..............................................................................22

3.1.2. Acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekis etanolyje, pagamintame iš

mikronizuotų rugių......................................................................................................................23

3.1.3. Metanolio ir aukštesniųjų alkoholių: propanolio, izobutanolio ir izoamilo alkoholio,

kiekis etanolyje pagamintame iš mikronizuotų rugių..............................................................25

3.1.4. Suminis aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje pagamintame

iš mikronizuotų rugių..................................................................................................................26

3.2. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių formavimosi etanolyje, pagamintame iš

topinambų aerobiniu būdu, rezultatai.......................................................................................27

3.2.1 Raugalo parametrai............................................................................................................27

3.2.2. Acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų

aerobiniu būdu.............................................................................................................................28

4


kiekis etanolyje pagamintame iš topinambų aerobiniu būdu..................................................30

3.2.4. Suminis aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje pagamintame

iš topinambų aerobiniu būdu......................................................................................................32

3.2.5. Fermentų įtaka raugalo, fermentuoto K. arosophlazum mielėmis, fizikiniams

cheminiams rodikliams................................................................................................................32

3.2.6. Acetaldehido, metilacetato ir etilacetato kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų

fermentuojant K. arosophlazum mielėmis ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius

biokatalizatorius...........................................................................................................................33

3.2.7. Metanolio ir aukštesniųjų alkoholių: propanolio, izobutanolio ir izoamilo alkoholio

kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų fermentuojant K. arosophlazum mielėmis

ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius biokatalizatorius....................................................35

3.2.8. Suminis aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje, pagamintame

iš topinambų fermentuojant K. arosophlazum mielėmis ir ţaliavos sucukrinimui naudojant

įvairius biokatalizatorius.............................................................................................................36

3.2.9. Fermentų įtaka raugalo, fermentuoto K. marxianus mielėmis fizikiniai cheminiai

rodikliai.........................................................................................................................................37


fermentuojant K. marxianus mielėmis ir ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius

biokatalizatorius...........................................................................................................................38


kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų fermentuojant K. marxianus mielėmis ir

ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius biokatalizatorius....................................................40

3.2.12. Suminis aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje,

pagamintame iš topinambų fermentuojant K. marxianus mielėmis ir ţaliavos sucukrinimui

naudojant įvairius biokatalizatorius..........................................................................................41

4. REZULTATŲ APTARIMAS......................................................................................................43

IŠVADOS..........................................................................................................................................45

NAUDOTOS LITERATŪROS SĄRAŠAS....................................................................................48

PRIEDAI...........................................................................................................................................52

5

SANTRAUKA

Autorius: Edvinas Drungilas

Tema: Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių formavimasis etanolyje, gautame

mikronizuotus rugius fermentuojant Saccharomyces cerevisiae anaerobiniu būdu ir Helianthus

tuberosus L. aerobiniu būdu

Darbo vadovė: doc. dr. Elena Bartkienė.

Atlikimo vieta: Darbas 2011–2012 metais atliktas Lietuvos Sveikatos mokslų universitete,

Veterinarijos akademijoje, Maisto saugos ir kokybės katedroje

Darbo dydis: 53 puslapiai, 14 lentelės, 12 paveikslai.

Šio darbo tikslas buvo įvertinti aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių formavimasi

etanolyje, gautame mikronizuotus rugius fermentuojant Saccharomyces cerevisiae anaerobiniu

būdu ir Helianthus tuberosus L. Kluyveromyces var. mielių skirtingais porūšiais aerobiniu būdu.

Rezultati parodė, kad gaminant etanolį iš mikronizuotų rugių ţaliavos, fermentuojant pastarąją

Saccharomyces cerevisiae mielėmis, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus fermentinius

preparatus, gaunami skirtingi raugalo parametrai, o skirtingi fermentai, naudoti ţaliavos

sucukrinimui, turėjo skirtingos įtakos aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekiui

etanolyje, pagamintame iš mikronizuotų rugių ţaliavos.

Vykdant etanolio gamybą iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją

Kluyveromyces marxianus skirtingų porūšių mielėmis, gaunama vienoda etanolio išeiga (6 tūrio %),

tačiau skirtingas mėginių pH: didţiausia pH vertė - K. marxianus fermentuotuose mėginiuose

(4,87), maţiausia - K. arosophlazum fermentuotuose (4,09), todėl etanolio saugai uţtikrinti, reikėtų

rinktis didesnio pH mėginius. Tačiau skirtingi Kluyveromyces var. porūšiai turi skirtingą įtaką

aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekiui etanolyje, pagamintame iš Helianthus

tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją aerobiniu būdu.

Efektyviausia etanolio gamybos technologija ir gaunamos didţiausios išeigos, vykdant pastarąją

aerobiniu būdu, fermentuojant Helianthus tuberosus L. K. marxianus mielėmis (8 tūrio %), taip pat,

ši gamyba pakankamai saugi, nes gaunamas maţesnis aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių

kiekis, nei fermentuojant ruginę ţaliavą.

Raktiniai ţodţiai: etanolis, rugiai, topinambai, metabolizmo produktai

6

SUMMARY

Author: Edvinas Drungilas

Subject: Higher alcohols and other fusel compounds formation in ethanol made from

micronized rye fermented in anaerobic condition with Saccharomyces cerevisiae and made from

Helianthus tuberosus L. in aerobic condition

Job Manager: assoc. prof. dr. Elena Bartkiene

Executed location: Master work was done 20112013 in Lithuanian University of Health

Sciences Veterinary Academy Department of Food Safety and Quality

Work size: 53 pages, 14 tables, 12 pictures.

The aim of the study was to evaluate formation of the higher alcohols and other fusel oil

compounds in ethanol made from micronized rye fermented in anaerobic condition with

Saccharomyces cerevisiae and made from Helianthus tuberosus L. in aerobic condition.

We found different higher alcohols and other fusel oil compounds concentration in ethanol

made from micronized rye fermented in anaerobic condition with Saccharomyces cerevisiae

depending on the enzymes used for the raw material sugaring process preparation.

Therefore, we found the same yield of the ethanol, made from Helianthus tuberosus L. raw

materials fermented with different varieties of Kluyveromyces var. yeast (6 vol %), but it was

established different fermented samples pH: the highest pH value was found in with K. marxianus

fermented samples (4.87), the lowest – with K. arosophlazum fermented samples (4.09), and we

conclude that to ensure ethanol safety, for ethanol production should be choose with a higher value

pH samples.

Also, we found that different varieties of Kluyveromyces var. have a different influence on the

higher alcohols and other fusel oil compounds formation in ethanol made from Helianthus

tuberosus L. raw materials in aerobic condition.

The most efficient ethanol production technology and the highest yield of ethanol it is possible

to get when Helianthus tuberosus L. are fermented with K. marxianus yeast (8 vol %), and this

technology, when is used Helianthus tuberosus L. raw material, is safer (less higher alcohol and

other fusel compounds concentration) than ethanol production technology from rye raw material in

anaerobic condition.

Keywords: ethanol, rye, topinambour, secondary product

7

ĮVADAS

Etanolis yra chemiškai aktyvi medţiaga, kitaip vadinamas etilo alkoholiu arba tiesiog

alkoholiu. Etanolis yra bespalvis degus skystis, turintis būdingą alkoholio kvapą bei deginantį

skonį. Pagrindinė etanolio panaudojimo stritis jau nuo senovės buvo alkoholinių gėrimų gamyba,

tačiau didėjant degalų paklausai bei susirupinimui aplinkosauga, vis daţniau etanolis naudojamas

biokuro gamyboje. Pirmąjį kartą bioetanolis buvo panaudotas JAV 1860 metais. Šiuo metu

pasaulyje kiekvienais metais yra pagaminama apie 300 mln. m³ bioetanolio. Didţiają dalį šio kiekio

pagamina Šiaurės ir Pietų Amerikos valstybės. Labiausiai paplites etanolio gamybos būdas iš didelį

kiekį cukraus ar krakmolo turinčios ţaliavos, ją fermentuojant, priklausomai nuo mikroorganizmų,

aerobiniu ar anaerobiniu būdu. Populiariausios ţaliavos etanolio gamyboje: grūdai, cukriniai

runkeliai bei cukraus gamybos metu gaunama cukringa ţaliava - melasa. Paprasčiausia alkoholį

gauti iš cukrinių runkelių ar cukranendrių bei melasos, nes cukrus juo paverčiamas be tarpinių

produktų. Iš krakmolo (pavyzdţiui, grūdų) iš pradţių reikia gauti cukrų, iš kurio vėliau rauginant

gaunamas etanolis.

Nors šiandien populiariausia etanolio ţaliava yra grūdinės kultūros, tačiau vis didesnis

dėmesys skiriamas topinambams. Daugelyje mokslinių straipsnių yra rašoma apie topinambų

tinkamumą etanolio gamybai, nes augalas nėra labai reiklus auginimo sąlygoms ir jo gumbuose yra

didelis kiekis inulino. Dėl šios prieţasties, augalo šaknys pramonėje naudojamos kaip ţaliava

fruktozei gauti, o tai labai gera ţaliava etanolio gamyboje. Taikant specialias mielių rūšis, kurios

fermentuoja inuliną, galima gauti du kartus didesnį etanolio kiekį nei gaminant iš grūdų, o

alkoholis, gautas fermentuojant gumbus, yra ţymiai geresnės kokybės negu iš cukrinių runkelių.

Tačiau, maţai atlikta tyrimų apie šalutinius produktus, susidarančius etanolyje.

Etanolio gamybos metu susidarantys nepageidautini junginiai (esteriai, aldehidai, aukštesnieji

alkoholiai ir kt.) yra labai toksiški. Dėl šios prieţasties, gaminant etanolį alkoholinių gėrimų

gamybai arba maisto produktų konservavimui būtina uţtikrinti jo saugą šių junginių aspektu. Deja,

nėra vienareikšmės koreliacijos tarp šių junginių kiekio etanolyje ir kaţkurio vieno faktoriaus

(ţaliavos rūšies, ţaliavos taršos mikotoksinais ar vandens, naudojamo gamyboje kokybės rodiklių ir

kt.) turinčio įtakos šių junginių formavimuisi. Dėl šios prieţasties labai svarbu įvertinti kuo daugiau

faktorių, galinčių turėti įtakos šių junginių formavimuisi.

Siekiant gamybos efektyvumo, kuriamos naujos etanolio gamybos technologijos, kurių

pagrindas yra biotechnologiniais sprendimais paremtas gamybos efektyvumo didinimas. Vienas iš

būdų uţtikrinti etanolio gamybos efektyvumą yra fermentų ir jų kompozicijų panaudojimas

sucukrinant ţaliavas. Tačiau, taikant naujas technologijas, ar tobulinant ju esamas, labai svarbu, kad

galutinis produktas būtų saugus ir nepakenktų vartotojams.

8

Todėl, mūsų darbo tikslas buvo – įvertinti aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių

formavimasi etanolyje, gautame mikronizuotus rugius fermentuojant Saccharomyces cerevisiae

anaerobiniu būdu ir Helianthus tuberosus L. Kluyveromyces var. mielių skirtingais porūšiais

aerobiniu būdu.

Darbo uţdaviniai:

1. Atlikti etanolio gamybą iš mikronizuotų rugių ţaliavos, fermentuojant pastarąją

Saccharomyces cerevisiae mielėmis, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus

fermentinius preparatus ir įvertinti jų įtaką gauto raugalo rodikliams;

2. Nustatyti aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekį etanolyje, pagamintame iš

mikronizuotų rugių ţaliavos anaerobiniu būdu, fermentuojant pastarąją Saccharomyces

cerevisiae mielėmis, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus fermentinius preparatus ir

įvertinti, kuris fermentinis preparatas yra saugiausias šių junginių formavimosi aspektu;

3. Atlikti etanolio gamybą iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją

Kluyveromyces marxianus skirtingų porūšių mielėmis, ir nustatyti, kurio porūšio

fermentacija yra efektyviausia etanolio gavybai;

4. Nustatyti etanolio, pagaminto iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją

Kluyveromyces var. efektyviausių porūšių mielėmis, aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio

junginių kiekį;

5. Nustatyti, kurie Kluyveromyces var. mielių porūšiai yra efektyviausi etanolio gamybai ir

atlikti etanolio gamybą su šiais porūšiai, efektyvumą padidinant fermentiniais preparatais ir

jų kompozicijomis;

6. Įvertinti gautų raugalo mėginių fizikinius cheminius rodiklius ir etanolio saugą aukštesniųjų

alkoholių ir kitų fuzelio junginių aspektu;

7. Apibendrinti, kuri etanolio gamybos technologija yra efektyviausia ir saugiausia.

9

1. LITERATŪROS APŢVALGA

1.1. Helianthus tuberosus L. cheminė sudėtis, maistinė vertė, panaudojimas pramonėje

Topinambai (lot. Helianthus tuberosus L.) yra daugiametis ţolinis astrinių šeimos augalas,

priklausantis, saulėgrąţų (Helianthus L.) genčiai. Topinambai turi panašių savybių į bulves, imbierą

bei saulėgrąţas. Topinambo poţeminė dalis panaši į bulvių ar imbiero. Pagrindinė šaknis įsiskverbia

nuo 1 iki 3 metrų gylį, tačiau pagrindinė šaknų masė išsidėsto puriajame sluoksnyje. Čia formuojasi

gumbai, panašūs į bulves ar imbiero šaknis. Gumbų forma, spalva ir derlius priklauso nuo

auginamos veislės. Antţeminė dalis panaši į saulėgrąţų, stiebas apaugęs plaukeliais, išauga iki 1,5–

3 m aukščio, stipriai lapuotas. Augalo lapai ir ţiedai smulkūs, ţiedynai geltoni (4-10) cm

skersmens, turi pieniško šokolado kvapą. Mūsų klimato sąlygomis ţydi rugsėjo – spalio mėnesiais,

tačiau yra veislių, kurios neţydi. Auga iki pat stiprių šalnų (Maročkienė, 2007). Šis augalas yra

kilęs iš Šiaurės Amerikos. Į Europą pateko maţdaug XVII a. pirmoje pusėje, pirmiausia į

Prancūziją, vėliau į Italiją bei kitas šalis. Tačiau XVIII a., paplito bulvės ir susidomėjimas

topinambais pradėjo maţėti. Tačiau, pastaraisiais metais, dėl daugelio vertingų jų savybių,

susidomėjimas pradėjo sparčiai augti. Iš topinambų gaunamas didelis biomasės derlius iš

stiebagumbių ir stiebų, todėl jis yra universalus augalas (Slimestad et al., 2010).

Topinambai yra ypatingi augalai, jie nekaupia nitratų, sunkiųjų metalų ir radioaktyviųjų

elementų, nekenksmingi aplinkai, o maisto produktai, į kurių sudėtį jie įeina, yra funkcionalesni ar

net vartotini įvairių ligų profilaktikai. Topinambų gumbuose yra apie 72-80 % vandens, 2-4 %

baltymų ir 14-16 % angliavandenių, iš kurių didţiausias kiekis D-fruktozės polimero inulino.

Topinambų gumbai panašūs į bulves, išskyrus tai, kad stiebagumbiuose yra 72-80 %

angliavandenių inulino formoje, o bulvėse pagrindinis angliavandenis – krakmolas. Taip pat,

topinambuose yra didelis kiekis geleţies, makroelementų, tokių kaip, magnis, kalcis, kalis ir t.t.

Topinambų baltymuose yra beveik visos nepakeičiamos aminorūgštys, tokios kaip treoninas ir

triptofanas. Taip pat, juose yra įvairių vitaminų (B grupės ir C), pektininių medţiagų. Taigi,

topinambai priskiriami aukštos kokybės maistinės vertės produktams (Ma et al., 2011).

Topinambai skiriasi nuo kitų šakniavaisių savo chemine sudėtimi, nes juose yra didelis kiekis

inulino. Dėl šios prieţasties, augalo šaknys pramonėje naudojamos kaip ţaliava fruktozei gauti. Dėl

tos pačios prieţasties, topinambai yra labai gera pramonės ţaliava bioetanolio (biokuro) gamyboje.

Taikant specialias mielių rūšis, kurios fermentuoja inuliną, galima gauti du kartus didesnį etanolio

kiekį nei gaminant iš grūdų (Razmovski et al., 2011). Topinambais pradėta domėtis dėl jų galimo

panaudojimo etanolio gamyboje, nes augalas nėra labai reiklus auginimo sąlygoms ir jų gumbų

derlius paprastai buna labai didelis (Thuesombat et al., 2007; Pan et al., 2009). Etanolis, pagamintas

10

iš topinambų gumbų, ir sumaišytas su benzinu gali būti naudojamas, kaip transporto priemonių

kuras, o alkoholis, gautas fermentuojant gumbus, yra daug geresnės kokybės negu iš cukrinių

runkelių.

Topinambai turi profilaktinių ir gydomųjų savybių. Jie rekomenduojami vartoti ţmonėms,

kurie rūpinasi savo sveikata, nėščioms ir maitinančioms motinoms sportininkams, taip pat, ir

ţmonėms, kenčiantiems nuo diabeto, aukšto kraujospūdţio, širdies kraujagyslių ligų,

aterosklerozės, disbakteriozės bei virusinio hepatito. Sergantiems cukriniu diabetu veikia kaip

biogenetinis faktorius atstatantis natūralią ţarnyno mikroflorą (Rakhimov et al., 2003; Terzić,

Atlagić, 2009). Inulinas, tai puikiai ţinomas prebiotikas, jis skatina bifidobakterijų augimą ţarnyne

bei turi teigiamos įtakos lipidų metabolizmui. Inulino ţmogaus fermentinės sistemos negali

suvirškinti, todėl jis yra naudojamas diabetikams norint pakeisti cukrų arba ţmonėms kuriems

reikalinga speciali dieta (Cheng et al., 2009; Bekers et al., 2008; Roberfroid, 2005; Ma et al., 2011).

Topinambų privalumai: gali augti nederlingoje ir uţterštoje dirvoje, auginant minimalus trąšų

poreikis, labai atsparūs šalčiui, ligoms ir kenkėjams, didelė angliavandenių išeiga, potencialiai

sumaţina tam tikrų piktţolių kiekį pasėliuose, sudarydami sąlygas mechaninių ar cheminių sąnaudų

sumaţinimui (Thanonkeo et al., 2011).

1.2 Etanolis, jo savybės ir pagrindiniai gavimo būdai

Etanolis gali būti vadinamas etilo alkoholiu arba tiesiog alkoholiu. Etanolis yra bespalvis degus

skystis, turintis būdingą alkoholio kvapą bei deginantį skonį. Gali maišytis su vandeniu įvairiais

santykiais dėl vandenilinių jungčių, jo tankis maţesnis uţ vienetą. Etanolio virimo temperatūra 78,4

oC, lydimosi temperatūra -114,3

oC, pH 7,0, molekulinė masė 49,069. Fizikinėmis savybėmis labai

panašus į vandenį, todėl jį išgryninti labai sunku (Hamelinck C.N. et al., 2005). Cheminė etanolio

formulė − C2H5OH. Etanolio molekulėje yra dviejų tipų cheminiai ryšiai. C-H kovalentinės

nepolinės jungtys, bei C-O ir O-H − kovalentinės polinės jungtys, nes deguonies atomas turi didesnį

elektroneigiamumą negu anglies bei vandenilio atomai. Etanolio molekulėje susidaro tiek dalinai

teigiamas, tiek dalinai neigiamas krūvis, todėl tarp etanolio bei vandens molekulių susidaro

tarpmolekulinis vandenilinis ryšys. Vandenilio atomas būna arčiau to atomo, su kuriuo sujungtas

kovalentine jungtimi H-O. Naujos vandenilinės jungtys susidaro etanolį tirpinant vandenyje

(Cheung S.W., Anderson B.C., 1997).

Etanolis yra chemiškai aktyvi medţiaga, cheminės etanolio savybės priklauso nuo alkoholių

funkcinės grupės – hidroksilo. Ši funkcinė grupė yra linkusi dalyvauti heterolitinėse reakcijose,

suyrant C-O arba O-H jungtims, nes deguonis turi dalinį neigiamą, o vandenilio atomai teigiamą

11

krūvį (Yuan W., 2012). Pagal cheminės savybės etanolis yra neutrali medţiaga, tačiau etanolis gali

reaguoti kaip silpna bazė ir rūgštis, kitaip tariant, kaip amfoterinis junginys. Etanolio rūgštinės

savybės yra truputi silpnesnės nei vandens. Etanolis gali reaguoti su organinėmis rūgštimis ir

sudaryti esterius. Tam tikromis sąlygomis etanolis, kaip ir kiti alkoholiai, gali dehidratuotis bei

reaguoti su aktyviais metalais. Etanolis gana lengvai oksiduojasi ir susidaro aldehidas.

Pramonėje etanolis gali būti susintetinamas arba gaunamas iš tam tikrų gamtinių

angliavandenių, tokių kaip, krakmolas bei celiuliozė (Kadar Z. et al., 2007).

Svarbiausi etanolio sintezės būdai:

1. Etileno hidratacija H2O garais, CH2CH2+HOHCH3CH2OH.

2. Katalizinė acetaldehido redukcija.

Seniausias etanolio gamybos būdas tai cukrinių medţiagų alkoholinis rūgimas. Angliavandenius

veikiant mielėms, jie ima skaidytis, tai yra rūgti. Rūgimo reakcijos procesas yra išreiškiamas

lygtimi: C6H12O62CO2 + 2C2H5OH. Pramonėje etanolis gali būti gaminamas iš polisacharido, tai

yra. celiuliozės. Pramonėje medienos atliekos hidrolizuojamos 5-6 sieros rūgštimi, taikant tam

tikrą slėgį. Hidrolizės produktas neutralizuojamas, filtruojamas ir rauginamas. Gaunamas

hidrolizinis alkoholis (Sun Y., Cheng J., 2002).

Ţaliavą turi sudaryti medţiagos, kuriose yra cukrinių medţiagų arba krakmolingų medţiagų.

Krakmolas iš pradţių hidrolizuojamas iki gliukozės, vėliau rauginamas.

Absoliutus alkoholis gali maišytis su vandeniu ir benzinu įvairiais santykiais, todėl jį galima

vartoti kaip kurą vidaus degimo varikliuose. Etanolis gerai tirpina daugelį organinių medţiagų bei

pasiţymi antiseptinėmis savybėmis (Ezeji TC. et al., 2004).

1.3. Aukštesnieji alkoholiai ir kiti fuzelio junginiai

Aukštesniaisiais alkoholiais vadinami alkoholiai, turintys didesnę molekulinę masę ir virimo

temperatūrą, lyginant su etanoliu, bei daugiau nei du anglies atomus. Taip pat, ţinomi kaip fuzeliai

ar aromatinių junginių grupė daugelyje alkoholinių gėrimų. Aukštesniuosius alkoholius sudaro

alifatiniai bei aromatiniai alkoholiai. Didelė dalis auštesniųjų alkoholių kaupiasi pirmojoje

distiliacijos frakcijoje. Tam tikra, nedidele fuzelių junginų bei jų esterių koncentracija naudojama

formuojant juslines savybes fermentuotiems maisto produktams ir gėrimams. Didelė fuzelių

koncentracija maisto produktams gali suteikti nepageidaujamą skonį (Lilly et al., 2006; Hazelwood

et al., 2008; Anli, Bayram, 2010).

12

Aukštesnieji alkoholiai susidaro vykstant mielių metabolizmui iš aminorūgščių ir todėl yra visų

alkoholinių gėrimų natūrali sudedamoji dalis. Tačiau, metanolis nėra mielių metabolizmo

produktas, nes jis gaunamas iš didelį kiekį pektinų turinčios ţaliavos.

Pagrindiniai aukštesnieji alkoholiai alkoholiniuose gėrimuose yra 1-butanolis, 1-propanolis,

2-butanolis, izobutanolis bei izoamilo alkoholis.

Europos Sąjunga yra nustačiusi minimalius nepastovių medţiagų kiekius tam tikruose

alkoholiniuose gėrimuose. Pasaulinė sveikatos organizacija (PSO), bei Maisto ir ţemės ūkio

organizacijos (MŢŪO) komitetas aukštesniuosius alkoholius yra įtraukęs į funkcinę klasę „skonį

pagerinantys priedai“. Iš aukštesniųjų alkoholių yra įtraukti: 1-propanolis, 1-butanolis, izobutanolis.

Aukštesniųjų alkoholių kiekis alkoholiniuose gėrimuose maisto įstatyme nėra traktuojamas kaip

svarbus toksikologiniu aspektu, tačiau, jie yra svarbūs, juslines savybes suteikiantys, junginiai.

Surogatinių alkoholių tyrimų metu buvo nustatyta, kad namų sąlygomis pagaminti

alkoholiniai gėrimai yra ţymiai toksiškesni, lyginant su teisėtai pagamintu alkoholiu. Taip pat,

nustatyta, kad alkoholiniuose gėrimuose, pagamintuose namų sąlygomis yra toksiškų ilgos

grandinės alkoholių. Nustatyta, kad vartotojai daţniau serga alkoholio sukelta kepenų liga, nei

vartotojai, kurie daţniau vartoja teisėtą alkoholį (Lang et al., 2006; McKee et al., 2005).

1 lentelė. Pagrindiniai alkoholinių gėrimų fermentacijos šalutiniai produktai (Anli,

Bayram, 2010)

Fermentacijos šalutiniai

produktai Molekulinė formulė

Molinė masė

(g/mol) Aromatas

Metanolis CH3OH 32,04 -

Fuzeliai

Izobutanolis C4H9OH 74,12 Aštrus ir aitrus

n-propanolis C3H7OH 60,1 Vaisinis

Amilo alkoholis C5H11OH 88,15 Sausas ir aitrus

n-butanolis C4H9OH 74,12 Etanolio

izoamilo alkoholis C5H11OH 88,15 Aštrus deginantis

2-butanolis C5H11OH 74,12 Vaisinio alkoholio

Esteriai

Etilacetatas C4H8O2 88,11 Vaisinis (ananasų)

Metilacetatas C3H6O2 74,08 Vaisinis

Aldehidai

Acetaldehidas C2H4O 44,05

1.3.1. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių įtaka sveikatai

Karbonilo grupės junginiai, esantys daugelyje alkoholinių gėrimų, formuoja lakiąsias

aromatines frakcijas. Nedidelis šių junginių kiekis nėra nepageidaujamas, tačiau didelė jų

13

koncentracija gali sukelti tam tikras sveikatos problemas. Viena iš problemų tai „pagirių“

sindromas, kurį sukelia didelis acetaldehido kiekis (Batista, Meirelles, 2011). Pasak (TVTA) yra

daug atlikų eksperimentų, įrodančių acetaldehido kancerogeniškumą ţmonėms. Tarptautinės vėţio

tyrimų agentūros (TVTA) susirinkime, buvo diskutuojama apie acetaldehido ţalą. Diskusija buvo

apie acetaldehido kancerogeniškumą alkoholinuose gėrimuose. Acetaldehidas gali sukelti taškines

mutacijas arba yra galimybė susidaryti kancerogenezei. Daţniausiai mutageniniai bei

kancerogeniniai pokyčiai atsiranda dėl aukštos acetaldehido koncentracijos. Koncentracija,

sukelianti organizme pokyčius, yra nuo 40 iki 200 μmol/l (Lachenmeier, Sohnius, 2008).

Metanolis yra grieţtai kontroliuojamas alkoholis, kadangi didelis šio junginio kiekis gali

sukelti sunkų apsinuodijimą (Batista, Meirelles, 2011). Daugelyje alkoholinių gėrimų susidaro

maţas metanolio kiekis ir jis nesukelia ţalos, tačiau namų salygom pagaminti alkoholiniai gėrimai

gali sukelti sunkius apsinuodijimus arba net mirtį, nes jų sudėtyje daţniausiai būna apie 5 %

metanolio. Europos Sąjunga yra apribojojusi metanolio kiekį alkoholiniuose gėrimuose, kuriuose

yra nuo 1000 g/hl gryno etanolio ir sudaro apie 0,4 % tūrio metanolio.

Antrojo pasaulinio karo metu vokiečių kariuomenėje buvo uţfiksuotas metanolio

apsinuodijimo protrūkis. Tai buvo pirmasis toks protrūkis dėl metanolio koncentracijos

alkoholiniuose gėrimuose, kurio metu ţuvo apie 100 asmenų (Lachenmeier et al., 2007). Metanolis

yra toksiškas, todėl didelis jo kiekis gali būti mirtinas. Alkoholio dehidrogenazės metu kepenyse

susidaro skruzdţių rūgštis bei formaldehidas, tai gali sukelti galvos skausmą, svaigimą, vėmimą,

aklumą ar net mirtį (Lin, Shaw, 2009).

Dar nėra tikslių tyrimo rezultatų, ar maţi aukštesniųjų alkoholių kiekiai kartu su didelėm

etanolio koncentracijom turi reikšmės kepenų ligų etiologijai. Yra mokslininkų, kurie teigia apie

atvejį, kai ţiurkėse aptiko sunkų kepenų paţeidimą, ir įtaria, kad tai yra susiję su didelėm alkoholio,

pagaminto iš kukurūzų, fuzelių koncentracijom, kuriuose galėjo buti aldehidų, esterių ir didelis

kiekis kitų aukštesniųjų alkoholių. Yra mokslinkų, kurie pritaria šiems tyrimų rezultatams, tačiau

buvo apibendrinta, kad etanolio toksinis poveikis gali būti susijęs su acetaldehido ir giminingų

junginių tarpusavio sąveika, todėl alkoholiniai gėrimai pagal toksiškuma yra skirtingi, jie turi

skirtingą galimybę sukelti kepenų paţeidimus. Tačiau, yra mokslinkų, kurie atliko tyrimą su jūrų

kiaulytėmis. Bandymo metu joms buvo sušerta keturi alkoholiui giminingi junginiai apie 100 kartų

didesnėmis koncentracijomis nei galima būtu suvartoti ţmogui, vartojant alkoholinius gėrimus.

Konstatuota, kad nenustatytas toksinis poveikis kepenims (Salaspuro M., 2009).

Etanolio toksiškumas daţnai pasireiškia paţinimo funkcijų sutrikimu. Apie aukštesniųjų

alkoholių neurotoksinį poveikį informacijos nėra pakankamai. Yra pateikiami duomenys apie visų

alkoholių bendras savybes. Jie visi turi vienodą neurotoksinį poveikio mechanizmą. Taip pat,

nustatyta aukštesniųjų alkoholių ir pagirių simptomo koreliacija, dėl netinkamo alkoholio

14

vartojimo, maišant skirtingus gėrimus (viskį ir degtinę). Taip pat, alkoholnių gėrimų poveikio

skirtumus galima priskirti ir kitiems junginiams, pavyzdţiui, acetaldehidui arba junginiams,

susidarantiems viskio brendimo metu (Lachenmeier et al., 2008; Clive, 2007).

1.4.Bioetanolis ir jo gamybos technologija

Neišvengiamai didėjantis naftos poreikis ir jo išteklių maţėjimas visame pasaulyje skatina

susidomėjima atsinaujinančiais angliavandenių ištekliais, iš kurių gaminamas etanolis, kaip

alternatyva kurui. Biokuras – tai degūs dujiniai, skystieji bei kietieji produktai, gaminami iš

biomasės ir naudojami energijai išgauti (John, Michael, 1999; Robert W. et al., 1999). Praktinėje

veikloje skystojo biokuro produktai vadinami tiesiog biodegalais. Biodegalai, tai kuras,

naudojamas vidaus degimo varikliuose, kitaip dar vadinamas biokuru (Dien, B.S. et al., 2000).

Biodegalais gali būti vadinami: biodimetileteris, biodyzelinas, bioetanolis, biodujos, biometanolis,

biometiltretbutileteris, bioetiltretbutileteris, biovandenilis, grynas augalinės kilmės aliejus,

sintetiniai biodegalai (Michael E. et al., 2007; Mustafa Balat, 2011; De-gang L., 2005).

Bioetanoliui išgauti reikalingos tokios ţaliavos, kurios turėtų cukraus, krakmolo ar

lignoceliuliozės (M. Forde, 2010). Daţniausiai bioetanolio gamybai naudojama ţaliava: javai,

kukurūzų grūdai, cukriniai runkeliai, cukranendrės, bulvės. Svarbiausias bioetanolio gamybai yra

cukraus ir krakmolo kiekis biomasėje, tačiau, vis daugiau dėmesio skiriama bioetanolio gamybai iš

augalinės ţaliavos, kuri susideda iš celiuliozės bei hemiceliuliozių (Charis, Alessandra, 2011;

Bonciu C. et al., 2010; Rojan P. et al., 2011).

Bioetanolio gamybos procesą sudaro kelios pakopos:

1. Ţaliavos paruošimas, apdorojimas;

2. Fermentacija;

3. Valymas bei koncentravimas;

4. Nuvandeninimas.

Iš kiekvienos ţaliavos etanolio gamybos technologija skiriasi ir ji priklauso tiek nuo biomasės

rūšies, tiek nuo savybių (1 pav.). Pradţioje ţaliava turi buti nuvalyta ir susmulkinta. Vėliau,

biomasė hidrolizuojama bei fermentuojama. Proceso metu iš ţaliavų, turičių didelį kiekį cukrų,

išskiriamas cukrus, o iš krakmolo arba celiuliozės gaunami monosacharidai, bakterijos ar fermentai

iš jų metabolizuoja etanolį bei anglies dvideginį. Etanolį atskyriant distiliavimo būdu susidaro

šalutinis produktas – ţlaugtai. Ţlaugtai naudojami biodujų arba pašarų gamybai (Gustavo, 2009;

Saddler, Mabee, 2010; Mariam , 2008).

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890410003791

15

1 pav. Bioetanolio gamybos schema

Po distiliacijos gaunamas apie 96 % koncentracijos etanolis, tačiau, dėl didelės vandens

koncentracijos toks etanolis negali būti naudojamas degalams. Reikalinga dehidratacija

(nuvandeninimas), kurios dėka vandens koncentracija sumaţinama iki 0,2 %. Nuvandeninimui

naudojamos dvi technologijos, tai membraninis arba azeotropinis atskyrimas. Daţniau naudojamos

membraninės atkyrimo technologijos, nes azeotropiniam etanolio atskyrimui sunaudojamas didelis

energijos kiekis (Mariam B., 2008; Gregg D., Saddler J. N., 1996).

16

2. DARBO METODIKA

2.1. Pagrindinės tyrimų kryptys ir jų pagrindimas

Eksperimentas buvo vykdytas dviem etapais, t.y., įvertintas aukštesniųjų alkoholių ir

kitų fuzelio junginių formavimasis etanolyje, gautame mikronizuotus rugius fermentuojant

Saccharomyces cerevisiae anaerobiniu būdu, o antrame etape Helianthus tuberosus L.

fermentuojant aerobiniu būdu Kluyveromyces skirtingų porūšių mielėmis.

Pagrindiniai tyrimo etapai pateikti 2 a ir b paveiksluose.

Mikronizuotų rugių malimas fermentacija Saccharomyces cerevisiae

Raugalo rūgštingumo bei sausųjų medţiagų kiekio tyrimas

Etanolio gamyba laboratorinėmis sąlygomis šaltuoju būdu

Mėginių paruošimas chromatografinei analizei

Etanolio koncentracijos nustatymas mėginiuose (tūrio %)

Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekio įvertinimas dujų

chromatografijos metodu

a)

Topinambų fermentacija Kluyveromyces mielėmis

Raugalo rūgštingumo bei sausųjų medţiagų kiekio tyrimas

Etanolio gamyba iš topinambų,

naudojant biokatalizatorius ir K.

arosophlazum mieles

Etanolio gamyba iš topinambų

nenaudojant biokatalizatorius ir

K.marxianus mieles

Mėginių paruošimas chromatografinei analizei

Etanolio koncentracijos nustatymas mėginiuose (tūrio %)

Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekio įvertinimas dujų

chromatografijos metodu

b)

2 pav. Eksperimento schema (a – mikronizuotų rugių fermentacija Saccharomyces

cerevisiae ir gauto etanolio tyrimas; b – topinambų fermentacija Kluyveromyces mielėmis ir

gauto etanolio tyrimas)

17

2.2. Tyrimų objektai ir metodai

2.2.1. Eksperimentui naudotos ţaliavos

Etanolio gamybai naudoti mikronizuoti rugiai buvo gauti iš UAB „Ustukių malūnas“ (Pasvalys,

Lietuva, 2011 metų derliaus), o topinambų droţlės buvo gautos iš Sodininkystės darţininkystės

instituto bandomojo ūkio (Babtai, Lietuva, 211 metų derliaus). Topinambų droţlės buvo dţiovintos

+45 °C temperatūroje vakuume.

Eksperimente naudotos Saccharomyces cerevisiae ir Kluyvermyces skirtingų padermių mielės.

Jų aprašymas pateiktas 2 lentelėje.

Naudotos švieţios presuotos Saccharomyces cerevisiae mielės buvo įsigytos vietiniuose

prekybos tinkluose. Kluyvermyces skirtingų padermių mielės buvo gautos iš Vilniaus universiteto

Biologijos katedros kolekcijos.

2 lentelė. Eksperimente naudotos mielės ir jų aprašymas

Pavadinimas Aprašymas

Mielės

S. cerevisiae Raugina sacharidus: gliukozę, fruktozę, galaktozę, sacharozę, maltozę, manozę ir

1/3 rafinozės kiekio. Neraugina laktozės.

K. dobzhenski Kluyveromyces mielės yra atsparios temperatūros veiksniams. Ši padermė pasiţymi

šilumos tolerancija ir greitu augimo tempu.

Padermė gali sintetinti bioetanolį, tuo pat metu vykstant sucukrinimo ir

fermentacijos procesams.

K.

arosophlazum

K. lactis

K. bulgaricus

K.marxianus

Eksperimente naudoti „Novozyme“ gamintojo (Danija) biokatalizatoriai. Optimalus jų

veikimo pH, rekomenduojama norma 100 g ţaliavos sucukrinimui ir aktyvumo vientai (AV)

pateikti 3 lentelėje.

3 lentelė. Eksperimente naudoti biokatalizatoriai bei jų aprašymas

Biokatalizatoriai

Optimalus

veikimo

pH

Rekomenduojama

norma 100 g

ţaliavos

Aktyvumo vienetai (AV)

Depol TM

680P 4,5-5,5 0,4-0,5 g/100 g Ksilanolitinis 750; α-amilolitinis 115;

amilogliukozidazinis 225 AV/ml ar g

Depol TM

692L 4,0-6,0 0,5 ml/100 g Celiulazinis 800; pektinazinis 535 V/ml ar g

Stargen 5,0-6,0 0,25 ml/100 g Amilazinis 225

18

3 lentelės tęsinys. Eksperimente naudoti biokatalizatoriai bei jų aprašymas

Biokatalizatoriai

Optimalus

veikimo

pH

Rekomenduojama

norma 100 g

ţaliavos

Aktyvumo vienetai (AV)

Ceremix® 5,0-7,0 25-100mg β-gliukazinas 380; ksilazinis 130; α-

amilazinis 115 proteazinis 0.3 Av/ml ar g

Ecopulp ®

TX-200-A 4,5-8,5 0,4-0,1mg Ksilanolitinis 10700 Av/ml ar g

Pentopan BG 4,0-6,0 2-4g Ksilanazinis 2500 Av/ml ar g

Etanolio gamybai laboratoriniu būdu iš topinambų naudotas mielių ir fermentų kiekis 100g

produkto fermentuoti, pateikti 4 lentelėje

4 lentelė. Eksperimente naudoti mielių ir biokatalizatorių kiekiai

Naudotas kiekis

Mielių kiekis/100g ţaliavos fermentacijai

Saccharomyces

cerevisiae 5 g

K. dobzhenski

20 ml (KVS/ml 108)

K. arosophlazum

K. lactis

K. bulgaricus

K.marxianus

Biokatalizatorių kiekis/100g ţaliavos sucukrinimui

Depol TM

680P 0,45g

Depol TM

692L 0,5ml

Stargen 0,25ml

Ceremix® 70mg

Ecopulp ® TX-

200-A 0,25ml

Pentopan BG 3g

Etonolio gamybai laboratoriniu būdu iš mikronizuotų rugių naudotas mielių ir fermentų

kombinacijų kiekis 100g produkto fermentuoti, pateikti 5 lentelėje.

19

5 lentelė. Eksperimente naudotų biokatalizatorių kombinacijos / 100g ţaliavos

fermentacijai

Fermentai Naudotas kiekis

Stargen 0,25 ml

Ecopulp ® TX-200-A 0,25 ml

Stargen 0,25 ml

Ceremix® 70 mg

Stargen 0,25 ml

Pentopan BG 3 g

Stargen 0,25 ml

Depol TM

680P 0,45 g

Stargen 0,25 ml

Depol TM

692L 0,5 ml

Stargen 0,25 ml

2.2.2. Etanolio gamyba šaltuoju būdu laboratorinėmis sąlygomis iš mikronizuotų rugių

Ţemos temperatūros technologinis procesas buvo naudotas etanolio gamybai laboratorinėmis

sąlygomis. Susmulkinti grudai buvo sumaišyti su 90 ° temperatūros vandeniu santykiu 1:5. Ţaliavos

hidrolizė ir sucukrinimas buvo atliktas naudojant biokatalizatorių kombinacijas Stargen, Ecopulp

TX-200-A Ceremix, Pentopan mono BG, Depol 680P ir Depol 692L (5 lentelė.). S. cerevisiae

mielės buvo naudojamos fermentacijai. Kiekybinė ir kokybinė aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio

junginių analizė tirtuose mėginiuose atlikta dujų chromatografijos metodu.

2.2.3. Etanolio gamyba šaltuoju būdu laboratorinėmis sąlygomis aerobiniu būdu iš

topinambų

Topinambų masės pH nustatytas 6,35, todėl papildomo jos apdorojimo prieš sucukrinant

ţaliavą fermentais nereikėjo, nes pH atitiko fermentų veikimo optimalų pH.

20 g dţiovintų topinambų šaknų, uţpilta 200 ml distiliuoto vandens, ir įdėta atitinkamų

Kluyvermyces mielų bei palikta fermentuotis 48 val. 34 °C temperatūroje aerobinėmis sąlygomis.

Po 48 valandų, įvertinus etanolio koncentraciją mėginiuose, tolesniam aukštesniųjų alkoholių ir

kitų fuzelio junginių tyrimui buvo pasirinkti maţiausio ir didţiausio pH mėginiai. Sekančiam darbo

etape, fermentavimui imta 20 g dţiovintų topinambų šaknų, įpilta 200 ml distiliuoto vandens,

pridėta atitinkamų fermentų, atitinkamas kiekis ir inkubuota 60 minučių 60 °C temperatūroje

termostate, kad ţaliava susicukrintu.

20

Po to, ataušinta iki 30 °C temperatūros ir įdėta atitinkamų Kluyvermyces mielų bei palikta

fermentuotis 48 val. 34 °C temperatūroje aerobinėmis sąlygomis.

Po 48 valandų fermentacijos masė buvo nukošta pro marlės filtrą ir distiliuojama. Distiliatui

gauti buvo paimta 100 ml raugalo ir distiliuota iki 50 ml distiliato. Gautas distiliatas panaudotas

tolimesniems tyrimams, t.y., nustatytas etanolio kiekis (tūrio %) ir atlikta aukštesniųjų alkoholių ir

kitų fuzelio junginių analizė.

2.2.4. Raugalo pH ir sausųjų medţiagų tyrimo metodika ir etanolio koncentracijos

nustatymo metodika

Raugalo pH išmatuotas pH-metru („Sartorius“, Vokietija).

Tirpių sausųjų medţiagų kiekis raugale buvo nustatytas standartiniu tarptautinėje praktikoje

taikomu refraktometriniu metodu (AACC-68-62, 1999). Gautas tirpių sausųjų medţiagų kiekis

buvo išreikštas gramais šimte gramų (g/100 g) tiriamojo raugalo. Matavimai atlikti 20 °C

temperatūroje.

Etanolio koncentracija (tūrio %) mėginiuose buvo nustatyta naudojant areometrų rinkinį, kai

mėginio temperatūra 20 °C. Etanolio koncentracija (tūrio %) mėginiuose įvertinta pagal ţinynuose

pateiktas tankio ir koncentracijos priklausomybės lenteles.

2.2.5. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių tyrimo metodika

Kiekybinė ir kokybinė aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių analizė tirtuose

mėginiuose buvo atlikta dujų chromatografijos metodu. Naudota kolonėlė Zebron ZB – WAX; 30m

x 0,25 x 0,25 µm; 100 % polietilenglikolio; Phenomenex. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio

junginių koncentracijos (mg/l) mėginiuose buvo apskaičiuotos pagal gautų pikų plotus, lyginant

juos su standartiniu (3 pav.), ţinomos koncentracijos aukštesniųjų alkoholių tirpalu (6 lentelė).

Taikyta programa, pagal kurią nuo 60 °C kolonėlės temperatūra iki 120 °C pakelta per 10

minučių, keliant po 4 °C per minutę.

6 lentelė. Aukštesniųjų alkoholių koncentracijos standartiniame tirpale

Standartas,

mg/l

Acetal-

dehidas

Metil-

acetatas

Etilace-

tatas

Meta-

nolis

Propa-

nolis

Izobuta-

nolis

Izoamilo-

alkoholis

62,8 18,64 180,4 79,1 32,16 161,6 330

21

3 pav. Standartinio tirpalo chromatograma

Mėginio chromotogramos pavizdys pateiktas 1 priede.

3.3. Matematinė statistinė duomenų analizė

Mėginių paruošimas buvo kartotas 2 kartus, tiriant lygiagrečiai 3 mėginius. Matematinė

statistinė tyrimo duomenų analizė atlikta, naudojant Prism 3.0 statistinę programą.

Gautoms rezultatų reikšmėms buvo įvertinta vidutinė vertė, standartinė paklaida, standartinis

nuokrypis, skirtumo tarp rezultatų reikšmių patikimumas (P patikimas, kai P ≤ 0,05) ir variacijos

koeficientas.

22

3. REZULTATAI

3.1. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių etanolyje, pagamintame iš

mikronizuotų, rugių rezultatai

3.1.1. Raugalo fizikiniai cheminiai rodikliai

Atlikus raugalo fizikinių cheminių rodiklių analizę, nustatytos skirtingos sausųjų medţiagų,

rūgštingumo, etanolio bei pH kitimo tendencijos (7 lentelė). Maţiausias kiekis sausųjų medţiagų

po fermentacijos nustatytas mėginyje, kurio sucukrinimui buvo naudotas preparatas „Stargen“ (2

%), bei mėginyje su Depol TM 680P ir Stargen biokatalizatoriais (2,4 %). Didţiausias kiekis

sausųjų medţiagų po fermentacijos nustatytas raugale su Pentopan BG ir Stargen biokatalizatoriais

(3,5 %), bei su Depol TM 692L ir Stargen biokatalizatoriais (3,2%).

7 lentelė. Fermentų įtaka raugalo parametrams

Megio Nr.

Sausųjų

medţiagų

kiekis, %

NaOH, ml

Bendrasis

rūgštingumas,

°N

Etanolio

kiekis,

tūrio %

pH

Stargen 2

+/- 0,02

9,20

+/- 0,092

0,96

+/- 0,0096

2

+/- 0,02

3,92

+/- 0,0392

Ecopulp ® TX-200-A

Stargen

2,5

+/- 0,025

12,20

+/- 0,122

1,27

+/- 0,0127

4

+/- 0,04

3,78

+/- 0,0378

Ceremix® Stargen 3

+/- 0,03

11,80

+/- 0,118

1,23

+/- 0,0123

5

+/- 0,05

3,88

+/- 0,0388

Pentopan BG Stargen 3,5

+/- 0,035

16,60

+/- 0,166

1,73

+/- 0,0173

4

+/- 0,04

3,74

+/- 0,0374

Depol TM 680P

Stargen

2,4

+/- 0,024

11,20

+/-0,112

1,17

+/- 0,0117

3

+/- 0,03

3,91

+/- 0,0391

Depol TM

692LStargen

3,2

+/- 0,032

14,00

+/- 0,14

1,46

+/- 0,0146

4

+/- 0,04

4,02

+/- 0,0402

Statistinė analizė

Vidutinė vertė 2,767 12,50 2,063 1,303 3,875

Standartinis nuokrypis 0,5610 2,539 0,1715 0,2641 0,1015

Standartinė paklaida 0,2290 1,036 0,06483 0,1078 0,04145

P <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001

Variacijos

koeficientas, % 20,26% 20,31% 8,32% 20,26% 2,62%

Pastaba: P – skirtumo tarp rezultatų reikšmių patikimumas, P patikimas, kai P ≤ 0,05

Atlikus raugalo rūgštingumo analizę, didţiausias rūgščių kiekis nustatytas mėginiuose,

fermentuotuose naudojant Pentopan BG ir Stargen fermentinius preparatus (1,73°N), o maţiausias -

mėginyje su Stargen biokatalizatoriumi (0,96°N).

23

Nustačius etanolio koncentraciją tūrio procentais, didţiausia ji buvo mėginiuose, kurių

fermentacijai naudoti biokatalizatoriai Ceremix® ir Stargen (5 tūrio %). Maţiausia etanolio

koncentracija nustatyta mėginyje su Stargen (2 tūrio %). Likusiuose mėginiuose etanolio

koncentracija nustatyta 4 tūrio %.

Nustačius pH, didţiausia jo vertė buvo mėginyje kurio sucukrinimui naudotas Depol TM

692L ir Stargen fermentai (4,02), o maţiausia - mėginyje su Pentopan BG ir Stargen fermentais

(3,74).

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad naudojant fermentinių preparatų priedus

fermentacijos efektyvumui padidinti nevisuomet galima gauti didesnes etanolio išeigas. Tai galima

sieti su mielių S. cerevisiae fermentacijos ribotu pajėgumu, skaldyti įvairius sudėtingus

angliavandenius.

3.1.2. Acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekis etanolyje, pagamintame iš

mikronizuotų rugių

Atlikus analizę nustatyta, kad atitinkami biokatalizatoriai turi skirtingą įtaką acetaldehido,

etilacetato ir metilacetato formavimuisi mėginiuose (4 pav.).

a b

4 pav. Acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekis etanolyje pagamintame iš

mikronizuotų rugių (a – acetaldehido kiekis; b – etilacetato kiekis ; c – metilacetato kiekis)

24

c

4 pav. tęsinys. Acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekis etanolyje pagamintame iš

mikronizuotų rugių (a – acetaldehido kiekis; b – etilacetato kiekis ; c – metilacetato kiekis)

Acetaldehido nustatyta mėginiuose su biokatalizatoriais Ecopulp ® TX-200-A ir Stargen,

Pentopan BG ir Stargen, Depol TM 680P ir Stargen, Depol TM 692L ir Stargen bei su fermentu

Stargen. Didţiausias acetaldehido kiekis nustatytas mėginyje, kurio sucukrinimui buvo naudota

Pentopan BG ir Stargen biokatalizatorių kompozicija (185,12 mg/l). Naudojant Stargen

biokatalizatorių nustatytas maţiausias acetaldehido kiekis mėginyje (137,32 mg/l). Acetaldehido

visai nenustatyta mėginuose be fermentų bei su Ceremix® ir Depol TM 680P kompozicija ir su

Stargen fermentu.

Etilacetato nustatyta meginiuose su biokatalizatorių kompozicija Ecopulp ® TX-200-A ir

Stargen, Pentopan BG ir Stargen, Depol TM 680P ir Stargen, Depol TM 692L ir Stargen.

Didţiausias kiekis etilacetato nustatytas, kai ţaliavos sucukrinimui naudoti fermentai TM 692L ir

Stargen (2446,59 mg/l), maţiausias kiekis - su fermentų kompozicija Depol TM 680P ir Stargen

(121,92 mg/l). Etilacetato nesusidarė mėginiuose be fermentų ir tuose mėginiuose, kurių ţaliavos

sucukrinimui buvo naudoti fermentai Ceremix® ir Stargen bei Stargen.

Metilacetato nustatyta meginiuose be fermentų ir su biokatalizatoriumi Stargen. Didţiausias

metilacetato kiekis nustatytas mėginyje be fermentų (572,12 mg/l), maţiausias kiekis - su

biokatalizatorium Stargen (178,72 mg/l). Kituose mėginiuose, kurių sucukrinimui buvo naudoti

biokatalizatoriai, metilacetato nenustatyta.

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad fermentinių kompozicijų panaudojimas

ţaliavos sucukrinimui įtakojo acetaldehido ir etilacetato formavimąsi mėginiuose, tačiau

metilacetato kiekiui mėginiuose fermentai įtakos neturėjo, nes metilacetas nustatytas tik

mėginiuose, kurių sucukrinimui fermentai nebuvo naudoti.

25


kiekis etanolyje, pagamintame iš mikronizuotų rugių

Atlikus analizę, ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairias biokatalizatorių kompozicijas,

nustatytos skirtingos metanolio, propanolio, izobutanolio ir izoamilo kitimo tendencijos

mėginiuose (5 pav.). Metanolio nustatyta visuose mėginiuose, didţiausias kiekis nustatytas

mėginiuose, kurių ţaliavos sucukrinimui naudota biokatalizatorių kompozicija Depol692L ir

Stargen (2288,83 mg/l). Maţiausias kiekis nustatytas mėginiuose su Pentopan BG ir Stargen

(1043,07 mg/l).

Didţiausias kiekis propanolio nustatytas mėginyje be fermentų ir mėginyje su Stargen

biokatalizatoriumi, atitinkamai, 743,52 mg/l ir 794,56 mg/l. Maţiausias propanolio kiekis nustatytas

mėginyje su Ceramix ir Stargen biokatalizatorių kompozicija.

Didţiausias kiekis izobutanolio nustatytas mėginyje be fermentų (1343,85 mg/l) bei mėginiuose

su biokatalizatorių kompozicijomis Ecopulp TX-200-A ir Stargen, Pentopan BG ir Stargen,

atitinkamai, 1316,26 mg/l ir 1319,94 mg/l. Maţesnis izobutanolio kiekis susidarė mėginiuose su

biokatalizatorių kompozicijomis Ceramix ir Stargen, Depol680P ir Stargen, Depol692L ir Stargen,

atitinkamai, 1092,38 mg/l, 1171,48 mg/l ir 1000,01 mg/l bei su biokatalizatoriumi Stargen (1097,07

mg/l).

Izoamilo alkoholio kiekis visuose mėginiuose skyrėsi paklaidų ribose: be fermentų 2300,08

mg/l, su Ecopulp TX-200-A ir Stargen 2206,63 mg/l, su Ceramix ir Stargen 2055,92 mg/l, su

Pentopan BG ir Stargen 2244,69 mg/l, su Depol680P ir Stargen 2229,11 mg/l, su Depol692L ir

Stargen 2044,51 mg/l, su Stargen 2067,83 mg/l.

a b

5 pav. Metanolio ir aukštesniųjų alkoholių (propanolio, izobutanolio ir izoamilo alkoholio)

kiekis etanolyje, pagamintame iš mikronizuotų rugių (Pastaba: a – metanolio kiekis; b –

propanolio kiekis; c – izobutanolis; d – izoamilo alkoholis)

26

c d

5 pav. tęsinys. Metanolio ir aukštesniųjų alkoholių (propanolio, izobutanolio ir izoamilo

alkoholio) kiekis etanolyje, pagamintame iš mikronizuotų rugių (Pastaba: a – metanolio

kiekis; b – propanolio kiekis; c – izobutanolis; d – izoamilo alkoholis)

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad metanolio aspektu saugiausi mėginiai, kurių

fermentacija buvo vykdoma be biokatalizatorių. Tačiau, dėl metanolio toksiškumo, reikia įvertinti,

kad gaminant etanolį ir sucukrinimui naudojant pastaruosius fermentinius preparatus (ypač Depol

TM 692L), gamyboje turėtų būti numatyta rektifikacija, kurios metu aukštesnieji alkoholiai ir kiti

fuzelio junginiai būtų atskirti (išvalyti).

Puiki priemonė propanolio kiekiui etanolyje sumaţinti galėtų būti fermentinių preparatų ir jų

derinių panaudojimas masės sucukrinimui. Propanolio formavimasis etanolio gamyboje gali būti

siejamas su aplinkos veiksniais (temperatūra, pH ir kt.) fermentavimo metu bei S. cerevisiae mielių

polinkiu gaminti etanolį su įvairiais šalutiniais produktais (Nevoigt E., 2008).

Fermentinių preparatų panaudojimas maţai įtakojo izobutanolio ir izoamilo alkoholio

formavimąsi, nes tiek be jų, tiek su jais, šių aukštesniųjų alkoholių kiekiai mėginiuose kito paklaidų

ribose. Galima teigti, kad fermentinių preparatų priedai neturėjo reikšmingos įtakos izobutanolio ir

izoamilo alkoholio kiekiui mėginiuose.


pagamintame iš mikronizuotų rugių

Atlikus aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių suminio kiekio analizę buvo gauti

skirtingi šių junginių kiekių rezultatai (8 lentelė). Mėginiuose, kurių sucukrinimas buvo vykdytas

pridėjus Ceramix ir Stargen fermentinių preparatų, buvo gautas maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir

kitų fuzelio junginių kiekis (4827,91 mg/l), o didţiausias šių junginių kiekis susidarė mėginyje, su

Depol TM

692L ir Stargen fermentų kompozicija (8461,27 mg/l).

27

8 lentelė. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje, pagamintame iš

mikronizuotų rugių

Mėginiai Acetal-

dehidas

Metil-

acetatas

Etil-

acetatas

Meta-

nolis

Propa-

nolis

Izobuta-

nolis

Izoamilo

alkoholis

Suminis

kiekis

Be

fermentų 0

572,12

+/- 5,7 0

1232,03

+/- 12,3

743,52

+/- 7,4

1343,85

+/-13,4

2300,08

+/- 23

6191,59

+/- 61,9

Ecopulp

TX-200-A

154,21

+/- 1,5 0

151,84

+/- 1,5

1194,12

+/- 11,9

639,51

+/- 6,3

1316,26

+/- 13,1

2206,63

+/- 22

5662,56

+/- 56,6

Ceramix 0 0 0

1192,78

+/- 11,9

486,83

+/- 4,8

1092,38

+/- 10,9

2055,92

+/- 20,5

4827,91

+/- 48,2

Pentopan

BG

185,12

+/- 1,8 0

156,22

+/- 1,5

1043,07

+/- 10,4

542,12

+/- 5,4

1319,94

+/- 13,1

2244,69

+/- 22,4

5491,17

+/- 54,9

Depol680P 0 0

121,92

+/-1,2

1298,36

+/- 12,9

569,91

+/- 5,6

1171,48

+/- 11,7

2229,11

+/- 22,1

5390,78

+/- 53,9

Depol692L 148,77

+/- 1,4 0

2446,59

+/-24,4

2288,83

+/- 22,8

532,56

+/- 5,3

1000,01

+/- 10

2044,51

+/- 20,4

8461,27

+/- 84,6

Stargen 137,32

+/- 1,3

178,72

+/- 1,7 0

1515,73

+/- 15,1

794,56

+/- 7,9

1097,07

+/- 10,9

2067,83

+/- 20,4

5791,24

+/- 57,9


Vidutinė

vertė 85,49 107,3 410,9 1395 615,6 1192 5121 5974

Standartinis

nuokrypis 80,22 215,5 900,6 419,2 115,4 136,1 7884 1173

Standartinė

paklaida 30,32 81,46 340,4 158,5 43,62 51,43 2980 443,2

P 0,0304 0,236 0,2727 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,1365 <0,0001

Variacijos

koef., % 93,84 200,94 219,15 30,05 18,75 11,42 153,95 19,63


3.2. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių formavimosi etanolyje, pagamintame

iš topinambų aerobiniu būdu, rezultatai

3.2.1 Raugalo parametrai

Atlikus raugalo pagrindinų rodiklių analizę, nustatytos skirtingos pH ir bendro titruojamojo

rūgštingumo (BTR) kitimo tendencijos, o etanolio koncentracija visuose mėginiuose nustatyta

vienoda (9 lentelė). Didţiausia pH vertė nustatyta K. marxianus fermentuotuose mėginiuose (4,87),

o maţiausia mėginyje, fermentuotame K. arosophlazum (4,09).

Didţiausias BTR nustatytas mėginyje, fermentuotame K. dobzhenski (3,5°), o maţiausias

mėginyje, fermentuotame K. marxianus (2°).

Etanolio koncentraciją tūrio procentais visuose mėginiuose nustatyta 6 tūrio procentai.

28

9 lentelė. Kluyvermyces mielų įtaka raugalo parametrams nenaudojant fermentų

Mėginiai Etanolio kiekis,

tūrio %

Bendras titruojamasis

rūgštingumas, °N

pH

K.dobzhenski 6 3,5 4,39

+/- 0,06 +/- 0,035 +/- 0,043

K.arosophlazum 6 3 4,09

+/- 0,06 +/- 0,03 +/- 0,04

K.lactis 6 2,8 4,3

+/- 0,06 +/- 0,028 +/- 0,043

K.bulgaricus 6 2,8 4,27

+/- 0,06 +/- 0,028 +/- 0,042

K. marxianus 6 2 4,87

+/- 0,06 +/- 0,02 +/- 0,048


Vid.vertė 6 2,82 4,384

Stand. nuokrypis 0 0,54 0,2927

Stand. paklaida 0 0,24 0,1309

P 0,0003 <0,0001

Variacijos koef., % 0 19,16 6,68


Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad naudojant Kluyveromyces skirtingų porūšių

mieles, topinambų poţeminės dalies fermentacijai, gaunama vienoda etanolio išeiga, bet skirtingi

raugalo BTR bei pH parametrai.

3.2.2. Acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų

aerobiniu būdu

Atlikus analizę nustatyta, kad atitinkamos Kluyveromyces skirtingų porūšių mielės turi skirtingą

įtaką acetaldehido, etilacetato ir metilacetato formavimuisi mėginiuose (6 pav.).

29

a b

c

6 pav. Fuzelio junginių kiekis etanolyje pagamintame iš topinambų nenaudojant fermentų

(a – acetaldehido kiekis; b – etilacetato kiekis ; c – metilacetato kiekis)

Acetaldehido susidarė mėginiuose, fermentuotuose K. dobzhanski, K. lactis ir K. marxianus

mielėmis. Didţiausias acetaldehido kiekis nustatytas mėginyje, fermentuotame K. lactis mielėmis

(168,35 mg/l). Naudojant K. dobzhanski mieles fermentacijai, nustatytas maţiausias acetaldehido

kiekis (14,88 mg/l.). Acetaldehido nenustatyta mėginuose, fermentuotuose K. arosphlarum ir K.

bulgaricus mielėmis.

Etilacetato nustatyta K. dobzhanski, K. arosphlarum, K. bulgaricus ir K. marxianus mielėmis

fermentuotuose mėginiuose. Didţiausias kiekis nustatytas K. marxianus mielėm fermentuotuose

mėginiuose (7924,96 mg/l), maţiausias - K. arosphlarum mielėmis (492,91 mg/l). Visiškai

nenustatyta mėginuose, kurių fermentacijai buvo naudotos K. lactis mielės.

Metilacetato nustatyta tik mėginiuose, fermentuotuose K. dobzhanski mielėmis (141,71 mg/l).

Kituose mėginiuose, fermentuotuose Kluyveromyces skirtingų porūšių mielėmis, metilacetato

nesusidarė.

30

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad Kluyveromyces skirtingų porūšių mielės

skirtingai įtakoja acetaldehido, etilacetato ir metilacetato susidarymo kiekį mėginiuose, o saugiausi

šių junginių aspektu yra mėginiai, fermentuoti K. arosphlarumi ir K. bulgaricus mielėmis, nes

metilacetato ir acetaldehido mėginiuose nesusidarė. Tačiau etilacetato nedidelis kiekis susidarė

fermentuojant tiek su K. arosphlarumi, tiek su K. bulgaricum. Tokį etilacetato susidarymą galima

susieti su rūgščių buvimu, kurios reaguodamos su alkoholiais sudaro esterius, šiuo atveju

etilacetatą.


kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų aerobiniu būdu

Nustatytos skirtingos metanolio, propanolio, izobutanolio ir izoamilo kitimo tendencijos

etanolio mėginiuose (7 pav.). Metanolio nustatyta mėginiuose, fermentuotuose K. lactis, K.

bulgaricus, K. marxianus mielėmis, didţiausias jo kiekis susidaro naudojant fermentacijai K. lactis

mieles (2529,08 mg/l), maţiausias - K. bulgaricus (607,8 mg/l).

Propanolio nustatyta visuose tirtuose mėginiuose, didţiausias kiekis nustatytas mėginyje,

fermentuotame K. dobzhanski mielėmis (923,23 mg/l). Maţiausias propanolio kiekis nustatytas

mėginyje, fermentuotame K. arosphlarum mielėmis (212,39 mg/l).

Izobutanolio nustatyta mėginiuose, fermentuotuose K. dobzhanski, K. bulgaricus ir K.

marxianus. Didţiausias izobutanolio kiekis nustatytas mėginyje, fermentuotame K. marxianus

(21240,3 mg/l), maţiausias - K. bulgaricus mielėmis (615,93 mg/l).

Izoamilo nustatyta visuose tirtuose mėginiuose, didţiausias kiekis nustatytas mėginyje,

fermentuotame K. dobzhanski (1255,85 mg/l). Maţiausias izoamilo alkoholio kiekis nustatytas

mėginyje, fermentuotame K. arosphlarum mielėmis (288,91 mg/l).

31

a b

c d

7 pav. Aukštesniųjų alkoholių kiekis etanolyje pagamintame iš topinambų nenaudojant

fermentų (a – metanolio kiekis; b – propanolio kiekis; c – izobutanolis; d – izoamilo alkoholis)

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad metanolio, propalio, izobutanolio ir izoamilo

alkoholio kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų aerobiniu būdu, priklauso nuo

Kluyveromyces mielių porūšių. Metanolis bei izobutanolis susidarė ne visuose mėginiuose.

Didţiausias metanolio kieks susidaro naudojant K. lactis mieles, o izobutanolio - K. marxianus

mieles.

Propanolio bei izoamilo alkoholio kiekis etanolyje, kurio gamybai naudotos skirtingų porūšių

mielės, kito paklaidų ribose.Tiek propanolio, tiek izoamilo alkoholio didţiausias kiekis susidarė, kai

etanolio gamybai buvo naudotos K.dobzhanski mielės o maţiausias - K. arosphlarum mielės.

32


pagamintame iš topinambų aerobiniu būdu

Atlikus aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių suminio kiekio analizę buvo nustatytos

skirtingos jo kitimo tendencijos (10 lentelė). Mėginiuose, kurių fermentacijai buvo naudojamos K.

arosphlarum mielės, gautas maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis

(994,21 mg/l), o didţiausias šių junginių kiekis susidarė mėginyje, kurio fermentacijai naudotos K.

marxianus mielės (32029,05 mg/l).


topinambų

Mėginiai be

katalizatorių

Acetaldehi-

das

Metilace-

tatas

Etilace-

tatas

Meta-

nolis

Propa-

nolis

Izobuta-

nolis

Izoamilo-

alkoholis

Suminis

kiekis

mg/l

K.dobzhanski 14,88

+/- 0,14

141,71

+/- 14,1

629,69

+/- 6,2 0

923,23

+/- 9,2

918,73

+/- 9,1

1255,85

+/- 12,5

3884,09

+/- 38,8

K.

arosphlarum 0 0

492,91

+/-4,9 0

212,39

+/- 2,1 0

288,91

+/- 28

994,21

+/- 9,9

K. lactis 168,35

+/- 1,6 0 0

2529,08

+/- 25,2

446,73

+/- 4,4 0

607,68

+/- 6

3751,84

+/- 37.5

K. bulgaricus 0 0 900,101

+/- 9

607,8

+/- 6

836,42

+/- 8,3

615,93

+/- 6,1

1137,77

+/- 11,3

4098,021

+/- 40,9

K. marxianus 104,88

+/- 10,4 0

7924,96

+/- 79,2

992,76

+/- 9,9

748,3

+/- 7,3

21240,3

+/- 21,1

1017,9

+/- 10,1

32029,05

+/- 32


Vid.vertė 557,62 28,34 1990 825,9 633,4 4555 861,6 8951

Stand.

nuokrypis 75,72 63,37 3334 1042 296 9336 402,7 12963

Stand.

paklaida 33,88 28,34 1491 465,9 132,4 4175 108,1 5797

P 0,1642 0,3739 0253 0,1509 0,0087 0,3366 0,0087 0,1974

Variacijos

koef., % 131,49 223,61 167,58 126,12 46,73 204,96 46,73 144,82


3.2.5. Fermentų įtaka raugalo, fermentuoto K. arosophlazum mielėmis, fizikiniams

cheminiams rodikliams

Atlikus raugalo pagrindinų rodiklių analizę, nustatytos skirtingos pH, BTR ir etanolio kiekio

kitimo tendencijos (11 lentelė). Didţiausia pH reikšmė nustatyta mėginio, kurio ţaliavos

33

sucukrinimui naudotas Pentopan BG biokatalizatorius (4,01), o kituose mėginiuose pH kito

paklaidų ribose vidutinė reikšmė (3,9).

Atlikus raugalo BTR analizę, didţiausias BTR nustatytas mėginio, kurio ţaliavos

sucukrinimui naudotas Depol692L fermentinis preparatas (3,8°), o maţiausias mėginio, kurio

ţaliavos sucukrinimui naudotas Depol680P (3°).

Nustačius etanolio koncentraciją, maţiausia ji nustatyta mėginyje, kurio ţaliavos

sucukrinimui naudotas Pentopan BG biokatalizatorius (2 tūrio %). Kituose mėginiuose etanolio

koncentracija nustatyta (4 tūrio %)

11 lentelė. Fermentų įtaka raugalo parametrams naudojant K. arosophlazum mieles


tūrio % Bendrasis rūgštingumas, °N pH

Pentopan BG 2

+/- 0,02

3,5

+/- 0,035

4,01

+/- 0,04

Depol680P 4

+/- 0,04

3

+/- 0,03

3,9

+/- 0,039

Depol692L 4

+/- 0,04

3,8

+/- 0,038

3,91

+/- 0,039

Ecopulp TX-200-A 4

+/- 0,04

3,5

+/- 0,035

3,89

+/- 0,038

Stargen 4

+/- 0,04

3,6

+/- 0,036

3,9

+/- 0,039


Vid.vertė 3,6 3,48 3,822

Stand. nuokrypis 0,8944 0,295 0,0497

Stand. paklaida 0,4 0,1319 0,02223

P 0,0008 < 0,0001 < 0,0001

Variacijos koef., % 24,85 8,48 1,27



fermentuojant K. arosophlazum mielėmis ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius

biokatalizatorius

Atlikus analizę nustatyta, kad atitinkami biokatalizatoriai panašiai įtakoja acetaldehido,

etilacetato ir metilacetato kiekį mėginiuose (8 pav.). Acetaldehido nustatyta mėginiuose, kurių

gamybai naudoti biokatalizatoriai: Pentopan BG, Depol TM 680P ir Depol TM 692L. Didţiausias

acetaldehido kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas Depol TM 692L biokatalizatorius

(78,8 mg/l). Naudojant Depol TM 680P biokatalizatorių nustatytas maţiausias acetaldehido kiekis

34

(39,81 mg/l.). Acetaldehido nenustatyta mėginuose, kurių gamybai naudoti Ecopulp ® TX-200-A

ir Stargen fermentai.

Metilacetato nustatyta mėginiuose, kurių gamybai naudoti Pentopan BG, Depol TM 680P ir

Depol TM 692L. Didţiausias metilacetato kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas

Depol TM 692L biokatalizatorius (233,76 mg/l.), maţiausias - Pentopan BG (69,49 mg/l.). Kituose

mėginiuose metilacetato nenustatyta.

Etilacetato nustatyta visuose mėginiuose. Didţiausias kiekis nustatytas mėginiuose, kurių

gamybai naudotas Depol TM 692L biokatalizatorius (8300,17 mg/l), maţiausias - Stargen (2295,77

mg/l).

a b

c

8 pav. Fuzelio junginių kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų, naudojant fermentus

ir K. arosophlazum mieles (a – acetaldehido kiekis; b – etilacetato kiekis ; c – melacetato

kiekis)

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad naudoti biokatalizatoriai panašiai įtakoja

acetaldehido, metilacetato ir etilacetato susidarymą mėginiuose. Acetaldehidas ir metilacetas

susidarė mėginiuose su vienodais biokatalizatorias: Pentopan BG, Depol TM 680P ir Depol TM

692L. Didţiausias acetaldehido, metilacetato ir etilacetato kiekis nustatytas mėginuose, kurių

ţaliavos sucukrinimui naudotas Depol TM 692L.

35


kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų, fermentuojant K. arosophlazum mielėmis

ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius biokatalizatorius

Atlikus etanolio mėginių analizę, kurio gamybai buvo naudoti įvairūs biokatalizatoriai,

nustatytos panašios metanolio ir izobutanolio bei propanolio ir izoamilo alkoholio kitimo

tendencijos (9 pav.) Metanolio nustatyta visuose mėginiuose, o didţiausias jo kiekis susidarė

gamyboje naudojant Depol 680P (2741,11 mg/l). Maţiausias metanolio kiekis nustatytas, gamybai

naudojant Stargen (610,06 mg/l).

a b

c d

9 pav. Aukštesniųjų alkoholių kiekis etanolyje pagamintame iš iš topinambų naudojant

fermentus ir K. arosophlazum mieles (a – metanolio kiekis; b – propanolio kiekis; c –

izobutanolis; d – izoamilo alkoholis)

Didţiausias propanolio kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas Depol TM 692L

(1344,45 mg/l), maţiausias - mėginyje, kurio gamybai naudotas Pentopan (530,38 mg/l).

Izobutanolio didţiausias kiekis susidarė naudojant biokatalizatorių Depol 680P (1946,79 mg/l).

Maţiausias kiekis nustatytas ţaliavą sucukrinant Stargen biokatalizatoriumi (961,15 mg/l).

36

Izoamilo alkoholio didţiausias kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas Depol TM

692L (1828,82 mg/l). Maţiausias izoamilo kiekis nustatytas mėginyje, kurio ţaliavos sucukrinimui

naudotas Pentopan (721,46 mg/l).

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad skirtingi biokatalizatoriai turi panašią įtaką

metanolio ir tirtų aukštesniųjų alkoholių kiekiui etanolio mėginiuose. Metanolio ir izobutanolio

kiekis mėginiuose kito paklaidų ribose, o didţiausias kiekis susidarė gamybai naudojant Depol TM

692L, maţiausias Stargen.

Propanolio ir izoamilo alkoholio kiekis mėginiuose, taip pat, kito paklaidų ribose. Didţiausias

kiekis propanolio ir izoamilo alkoholio nustatytas, kai gamybai naudotas Depol TM 692L, o

maţiausias - Pentopan.


pagamintame iš topinambų fermentuojant K. arosophlazum mielėmis ir ţaliavos sucukrinimui

naudojant įvairius biokatalizatorius

Atlikus aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių suminio kiekio analizę nustatytos

skirtingos jų kitimo tendencijos (12 lentelė). Mėginiuose, kurių fermentacijai buvo naudotos K.

arosphlarum mielės, o ţaliavos sucukrinimui Stargen biokatalizatorius, nustatytas maţiausias

aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių suminis kiekis (6397,84 mg/l), o didţiausias šių

junginių kiekis nustatytas mėginyje, kurio fermentacijai naudotos K. arosphlarum mielės, o

ţaliavos sucukrinimui Depol 692L (13794,7 mg/l).

12 lentelė. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje pagamintame iš

topinambų

Mėginiai

su K.

Arosphla-

rum

mielėmis

Acetal-

dehidas

Metil-

acetatas

Etilace-

tatas

Meta-

nolis

Propa-

nolis

Izobuta-

nolis

Izoamilo

alkoholis

Suminis

kiekis

mg/l

Pentopan 44,29 69,49

+/- 0,6

4264,62 1016,59

+/- 10,1

530,38

+/- 5,3 0

721,46

+/- 7,2

6646,83

+/- 66,4 +/- 0,4 +/- 42,6

Depol

680P

39,81 178,48

+/- 1,7

2654,8 2741,11

+/- 27,4 0

1946,79

+/- 19,4 0

7560,99

+/- 75,6 +/- 0,3 +/- 26,5

Depol

692L

78,8 233,76

+/- 2,3

8300,17 714,98

+/- 7,1

1344,45

+/- 13,4

1293,72

+/- 12,9

1828,82

+/- 18,2

13794,7

+/- 137 +/- 0,7 +/- 83

37

12 lentelės tęsinys. Aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis etanolyje

pagamintame iš topinambų

Mėginiai su

K. Arosp-

hlarum

mielėmis

Acetal-

dehidas

Metil-

acetatas

Etilace-

tatas

Meta-

nolis

Propa-

nolis

Izobuta-

nolis

Izoamilo

alkoholis

Suminis

kiekis

mg/l

Ecopulp

TX-200 0 0

2640,77

+/- 26,4

628,69

+/- 6,8

969,18

+/- 9,6

1179,56

+/- 11,7

1318,35

+/- 13,1

6736,55

+/- 67,3

Stargen 0 0 2295,77

+/- 22,9

610,06

+/- 6,1

1072,27

+/- 10,7

961,15

+/- 9,6

1458,59

+/- 14,5

6397,84

+/- 63,9


Vidutinė

vertė 32,58 96,35 4031 1142 783,3 1076 1065 8227

Standartinis

nuokrypis 33,35 106 2606 908,5 526,9 704,9 716,7 3143

Stand.

paklaida 14,91 47,39 1121 406,3 253,6 315,2 320,5 1405

P 0,0943 0,1118 0,0228 0,0482 0,0293 0,0269 0,0293 0,0042

Variacijos

koef., % 102,36 109,98 62,16 79,54 67,27 65,49 67,27 38,20


3.2.9. Fermentų įtaka raugalo, fermentuoto K. marxianus mielėmis, fizikiniai cheminiai

rodikliai

Atlikus raugalo pagrindinų rodiklių analizę, nustatytos skirtingos pH, BTR ir etanolio kiekio

kitimo tendencijos (13 lentelė). Didţiausia pH reikšmė nustatyta mėginio, kurio ţaliavos

sucukrinimui naudotas Ecopulp TX-200-A biokatalizatorius (4,22), o kituose mėginiuose pH kito

nuo (4,8) iki (4,12), atitinkamai mėginiuose su Depol692L ir Depol680P.

Atlikus raugalo BTR analizę, didţiausias BTR nustatytas mėginio, kurio ţaliavos

sucukrinimui naudotas Pentopan BG preparatas (4°N), o maţiausias mėginių, kurių ţaliavos

sucukrinimui naudoti Depol692L bei Stargen (2,6°N).

Didţiausia etanolio koncentracija nustatyta mėginyje, kurio ţaliavos sucukrinimui naudotas

Depol692L biokatalizatorius (8,5 tūrio %). Kituose mėginiuose etanolio koncentracija nustatyta 8

tūrio %.

38

13 lentelė. Fermentų įtaka raugalo parametrams naudojant K. marxianus mieles


tūrio % Bendrasis rūgštingumas, °N pH

Pentopan BG 8

+/- 0,08

4

+/- 0,04

4,12

+/- 0,04

Depol680P 8

+/- 0,08

3,4

+/- 0,03

4,12

+/- 0,04

Depol692L 8,5

+/- 0,08

2,5

+/- 0,02

4,08

+/- 0,04

Ecopulp TX-200-A 8

+/- 0,08

3

+/- 0,03

4,22

+/- 0,04

Stargen 8

+/- 0,08

2,5

+/- 0,02

4,09

+/- 0,04


Vid.vertė 8,1 3,08 4,126

Stand. nuokrypis 0,2236 0,638 0,0555

Stand. paklaida 0,1 0,285 0,02482

P <0,0001 0,0004 <0,0001

Variacijos koef., % 2,76 20,71 1,35


3.2.10. Acetaldehido, metilacetato ir etilacetato kiekis etanolyje, pagamintame iš

topinambų fermentuojant K. marxianus mielėmis ir ţaliavos sucukrinimui naudojant įvairius

biokatalizatorius

Atlikus analizę nustatyta, kad skirtingi biokatalizatoriai skirtingai įtakoja acetaldehido,

etilacetato ir metilacetato kiekį mėginiuose (10 pav.). Acetaldehido nustatyta mėginiuose, kurių

gamybai naudoti biokatalizatoriai: Pentopan BG, Depol TM 680P Depol TM 692L ir Stargen.

Didţiausias acetaldehido kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas Depol TM 680P

(327,46 mg/l). Naudojant Depol TM 692L, nustatytas maţiausias acetaldehido kiekis (20,79 mg/l).

Acetaldehido nenustatyta mėginyje, kurio gamybai naudotas Ecopulp ® TX-200-A.

39

a b

c

10 pav. Fuzelio junginių kiekis etanolyje pagamintame iš topinambų naudojant fermentus

ir K. marxianus mieles (a – acetaldehido kiekis; b – etilacetato kiekis ; c – metilacetato kiekis)

Metilacetato nustatyta mėginiuose, kurių gamybai naudoti Pentopan BG, Depol TM 680P,

Depol TM 692L ir Stargen. Didţiausias metilacetato kiekis nustatytas meginyje, kurio gamybai

naudotas Depol TM 680P (330,89 mg/l), maţiausias - Stargen (179,99 mg/l). Metilacetato

nenustatyta mėginyje, kurio gamybai naudotas Ecopulp ® TX-200-A.

Etilacetato nustatyta mėginiuose, kurių gamybai naudoti biokatalizatoriai Pentopan BG, Depol

TM 680P Depol TM 692L ir Ecopulp ® TX-200-A. Didţiausias kiekis nustatytas mėginyje, kurio

gamybai naudotas Depol TM 680P (7400,95 mg/l), maţiausias - Ecopulp ® TX-200-A (2777,17

mg/l).

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad naudoti biokatalizatoriai skirtingai veikia

acetaldehido, metilacetato ir etilacetato kiekį mėginiuose. Acetaldehidas ir metilacetas nustatytas

mėginiuose su Pentopan BG, Depol TM 680P, Depol TM 692L ir Stargen. Didţiausias

acetaldehido, metilacetato ir etilacetato kiekis nustatytas mėginuose, kurių ţaliavos sucukrinimui

naudotas Depol TM 680P.

40


kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų fermentuojant K. marxianus mielėmis ir ţaliavos

sucukrinimui naudojant įvairius biokatalizatorius

Atlikus etanolio mėginių analizę, kurio gamybai buvo naudoti įvairūs biokatalizatoriai,

nustatytos panašios metanolio ir izobutanolio bei propanolio ir izoamilo alkoholio kitimo

tendencijos (11 pav.) Metanolio nustatyta visuose mėginiuose, o didţiausias jo kiekis susidarė

gamyboje naudojant Stargen (719,3 mg/l). Maţiausias metanolio kiekis nustatytas, gamybai

naudojant Ecopulp ® TX-200-A (250,11 mg/l).

Didţiausias propanolio kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas Depol TM 680P

(2337,48 mg/l), maţiausias - mėginyje, kurio gamybai naudotas Ecopulp ® TX-200-A (497,72

mg/l).

Didţiausias izobutanolio kiekis susidarė ţaliavos sucukrinimui naudojant Stargen (650,53

mg/l). Maţiausias kiekis nustatytas ţaliavą sucukrinant Ecopulp ® TX-200-A (220,03 mg/l).

Izoamilo alkoholio didţiausias kiekis nustatytas mėginyje, kurio gamybai naudotas Depol TM

680P (3179,63 mg/l). Maţiausias izoamilo kiekis nustatytas mėginyje, kurio ţaliavos sucukrinimui

naudotas Ecopulp ® TX-200-A (677,03 mg/l).

a b


fermentus ir K. marxianus mieles (a – metanolio kiekis; b – propanolio kiekis; c –


41

c d


fermentus ir K. marxianus mieles (a – metanolio kiekis; b – propanolio kiekis; c –


Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad skirtingi biokatalizatoriai turi skirtingą įtaką

metanolio ir tirtų aukštesniųjų alkoholių kiekiui etanolio mėginiuose. Metanolio ir izobutanolio

kiekis mėginiuose kito paklaidų ribose, o didţiausias kiekis susidarė gamybai naudojant Stargen,

maţiausias - Ecopulp ® TX-200-A.

Propanolio ir izoamilo alkoholio kiekis mėginiuose kito paklaidų ribose. Didţiausias kiekis

propanolio ir izoamilo alkoholio nustatytas, kai gamybai naudotas Depol TM 680P, maţiausias -

Ecopulp ® TX-200-A.


pagamintame iš topinambų fermentuojant K. marxianus mielėmis ir ţaliavos sucukrinimui

naudojant įvairius biokatalizatorius

Atlikus aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių suminio kiekio analizę nustatytos

skirtingos jo kitimo tendencijos (14 lentelė). Mėginiuose, kurių fermentacijai buvo naudojamos K.

marxianus mielės, o ţaliavos sucukrinimui Stargen, nustatytas maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir

kitų fuzelio junginių suminis kiekis (3914,65 mg/l), o didţiausias šių junginių kiekis nustatytas

mėginyje, kurio fermentacijai naudotos K. marxianus mielės, o ţaliavos sucukrinimui Depol 680P

(14485,73 mg/l).

42


topinambų

Mėginiai

su K.

marxianus

mielėmis

Acetal-

dehidas

Metil-

acetatas

Etilace-

tatas

Meta-

nolis

Propa-

nolis

Izobu-

tanolis

Izoamilo

alkoholis

Suminis

kiekis

mg/l

Pentopan 21,46

+/- 0,2

214,76

+/- 2,1

4823,52

+/- 48,2

360,64

+/- 3,6

599,97

+/- 6

321,19

+/- 3,2

816,13

+/- 8,2

7157,67

+/- 71,6

Depol

680P

327,46

+/- 3,2

330,89

+/- 3,3

7400,95

+/- 74

482,89

+/- 4,8

2337,48

+/- 23,3

426,43

+/- 4,3

3179,63

+/- 31,8

14485,73

+/- 144,9

Depol

682L

20,79

+/- 0,2

228,77

+/- 2,2

3065,79

+/- 30,6

414,61

+/- 4,1

718,86

+/- 7,1

386,92

+/- 3,9

977,84

+/- 9,8

5813,58

+/- 58,2

Ecopulp

TX-200

0

0

2777,17

+/- 27,7

250,11

+/- 2,5

497,72

+/- 5

220,03

+/- 2,2

677,03

+/- 6,8

4422,06

+/- 44,3

Stargen 44,46

+/- 0,4

179,99

+/- 1,8 0

719,3

+/- 7,1

983,09

+/- 9,9

650,53

+/- 6,5

1337,28

+/- 13,4

3914,65

+/- 39,2


Vid.vertė 82,83 190,9 3613 445,5 1027 401 1398 7159

Stand.

nuokrypis 137,7 120,6 2732 175,1 754,4 159,9 1026 4287

Stand.

paklaida 61,56 53,93 1222 78,33 337,4 71,49 459 1917

P 0,2496 0,024 0,0417 0,0047 0,0382 0,005 0,0382 0,0202

Variacijos

koef., % 166,18 63,17 75,62 39,31 73,43 39,82 73,43 59,88


43

4.REZULTATŲ APTARIMAS

Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad atliekant etanolio gamybą iš mikronizuotų

rugių ţaliavos, naudojant Saccharomyces cerevisiae mielės bei fermentinius preparatus ţaliavos

sucukrinimui, nevisuomet galima gauti didesnes etanolio išeigas Tai galima sieti su mielių S.

cerevisiae fermentacijos ribotu pajėgumu skaldyti įvairius sudėtingus angliavandenius (Szambelan

et. al., 2005). Atlikus analizę nustatyta, kad skirtingi biokatalizatoriai turi skirtingą įtaką

acetaldehido, etilacetato, metilacetato, metanolio, propanolio, izobutanolio ir izoamilo formavimuisi

mėginiuose, fermentuojant juos Saccharomyces cerevisiae mielėmis. Fermentų kompozicijų

panaudojimas turi įtakos acetaldehido, etilacetato ir metilacetato formavimuisi mėginiuose.

Acetaldehido ir etilacetato didesnis kiekis gaunamas mėginiuose su fermentiniais preparatais, o

metilaceto nustatyta tik mėginiuose, kurių ţaliavos sucukrinimui nebuvo naudoti fermentai ar jų

kompozicijos, t.y., galime teigti, kad fermentai maţino šio junginio kiekį etanolyje, gautame iš

mikronizuotų rugių ţaliavos, fermentuojant ją Saccharomyces cerevisiae mielėmis. Metanolio

aspektu saugiausi mėginiai, kurių fermentacija buvo vykdyta ţaliavos sucukrinimui nenaudojant

biokatalizatorių. Propanolio kiekis etanolyje gaunamas maţesnis, ţaliavą sucukrinant fermentais.

Propanolio formavimasis etanolyje gali būti siejamas su aplinkos veiksniais (temperatūra, pH ir kt.)

fermentavimo metu bei S. cerevisiae mielių polinkiu gaminti etanolį su įvairiais šalutiniais

produktais. Izobutanolio ir izoamilo alkoholio kiekis mėginiuose kito paklaidų ribose. Galima teigti,

kad fermentinių preparatų panaudojimas ţaliavos sucukrinimui neturėjo reikšmingos įtakos

izobutanolio ir izoamilo alkoholio kiekiui mėginiuose.

Mes nustatėme, kad naudojant Kluyveromyces skirtingų porūšių mieles didelį kiekį inulino

turinčios ţaliavos fermentacijai gaunama etanolio išeiga kinta paklaidų ribose, tačiau gaunami

skirtingi raugalo parametrai: BTR bei pH. Šie parametrai gali turėti įtakos etanolio produkcijos

saugai. Mes nustatėme, kad Kluyveromyces var. skirtingų porūšių mielės turi skirtingą įtaką

acetaldehido, etilacetato, metilacetato, propanolio, izobutanolio ir izoamilo formavimuisi

mėginiuose. Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad saugiausi šių junginių aspektu yra

mėginiai, fermentuoti K. arosphlarumi ir K. bulgaricus mielėmis, nes metilacetato ir acetaldehido

mėginiuose nesusidarė. Tačiau etilacetato nedidelis kiekis susidarė tiek K. arosphlarumi, tiek K.

bulgaricum fermentuotuose mėginiuose. Tokį etilacetato susidarymą galima susieti su rūgščių

buvimu, kurios reaguodamos su alkoholiais sudaro esterius, šiuo atveju etilacetatą (Szambelan K.,

Chrapkowska K. J., 2003). Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad metanolio, propalio,

izobutanolio ir izoamilo alkoholio kiekis etanolyje, pagamintame iš topinambų aerobiniu būdu,

priklauso nuo Kluyveromyces mielių porūšių.

44

Vykdant etanolio gamybą iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant ją K.

arosphlarum, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus fermentus, nustatyta maţiausia etanolio

koncentracija mėginyje (naudojant ţaliavos sucukrinimui Pentopan BG etanolio gauta išeiga 2 tūrio

%). Kituose mėginiuose etanolio koncentracija nustatyta didesnė (4 tūrio %). Atlikus etanolyje

esančių aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių analizę, nustatyta, kad skirtingi

biokatalizatoriai panašiai įtakoja acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekį mėginiuose.

Acetaldehidas ir metilacetas susidarė mėginiuose su vienodais biokatalizatorias: Pentopan BG,

Depol TM 680P ir Depol TM 692L, tačiau didţiausias kiekis nustatytas mėginuose, kurių ţaliavos

sucukrinimui naudotas Depol TM 692L. Taip pat, nustatytos panašios metanolio ir izobutanolio bei

propanolio ir izoamilo alkoholio kitimo tendencijos. Metanolio ir izobutanolio kiekis mėginiuose

kito paklaidų ribose, taip pat, ir propanolio bei izoamilo alkoholio. Didţiausias jų kiekis nustatyti

ţaliavos sucukrinimui naudojant Depol TM 692L biokatalizatorių.

Etanolio gamybai naudojant Helianthus tuberosus L. ţaliavą, o fermentacijai K. marxianus

mieles bei ţaliavos sucukrinimui įvairius biokatalizatorius nustatyta, didţiausia etanolio išeiga

gaunama, kai ţaliavos sucukrinimui naudojamas Depol692L (8,5 tūrio %). Mes norėtume pabrėţti,

kad šio mėginio raugalo pH buvo ţemiausia (pH 4,08). Kituose mėginiuose etanolio koncentracija

nustatyta 8 tūrio %. Pagal gautus tyrimo rezultatus galima teigti, kad skirtingi biokatalizatoriai

skirtingai įtakoja acetaldehido, etilacetato ir metilacetato kiekį mėginiuose, nes acetaldehido,

etilacetato ir metilacetato kiekis mėginiuose su skirtingais biokatalizatoriais nustatytas skirtingas,

tačiau išanalizavus tyrimo rezultatus stebimos bendros tendencijos, t.y., didţiausias acetaldehido,

metilacetato ir etilacetato kiekis nustatytas mėginuose, kurių ţaliavos sucukrinimui naudotas Depol

TM 680P. Tačiau metanolio ir izobutanolio bei propanolio ir izoamilo alkoholio nustatytos panašios

kitimo tendencijos. Metanolio, izobutanolio propanolio ir izoamilo kiekis mėginiuose kito paklaidų

ribose, maţiausias jų kiekis susidarė mėginiuose su Ecopulp ® TX-200-A biokatalizatoriumi.

Atlikę eksperimentą galime teigti, kad aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių

formavimasis etanolyje yra sunkiai kontroliuojmas procesas, todėl reikėtų tirti galutinio produkto

kokybę šių junginių aspektu.

45

IŠVADOS

1. Gaminant etanolį iš mikronizuotų rugių ţaliavos, fermentuojant pastarąją Saccharomyces

cerevisiae mielėmis, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus fermentinius preparatus,

gaunami skirtingi raugalo parametrai:

a) maţiausias kiekis sausųjų medţiagų po fermentacijos gautas mėginių, kurių sucukrinimui

naudotas preparatas „Stargen“ (2 %), bei Depol TM 680P ir Stargen biokatalizatorių

kompozicija (2,4%);

b) didţiausias rūgščių kiekis nustatytas mėginiuose, kurių sucukrinimui naudoti Pentopan BG

ir Stargen (1,73°), o maţiausias mėginiuose su Stargen biokatalizatoriumi (0,96°);

c) didţiausia etanolio koncentracija gaunama, kai fermentacijai naudojama biokatalizatorių

kompozicija Ceremix® ir Stargen (5 tūrio %);

d) didţiausia pH vertė mėginių, kurių sucukrinimui naudota Depol TM 692L ir Stargen

biokatalizatorių kompozicija (4,02), o maţiausias mėginių su Pentopan BG ir Stargen

biokatalizatorių kompozicija (3,74).

2. Skirtingi fermentai, naudoti ţaliavos sucukrinimui, turėjo skirtingos įtakos aukštesniųjų

alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekiui etanolyje, pagamintame iš mikronizuotų rugių

ţaliavos: mėginiuose, kurių fermentacija buvo vykdyta pridėjus Ceramix ir Stargen

fermentinių preparatų kompoziciją, buvo gautas maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir kitų

fuzelio junginių kiekis (4827,91mg/l), o didţiausias kiekis susidarė mėginyje, su Depol TM

692L ir Stargen fermentine kompozicija (8461,27mg/l).

3. Vykdant etanolio gamybą iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją

Kluyveromyces marxianus skirtingų porūšių mielėmis, gaunama vienoda etanolio išeiga (6

tūrio %), tačiau skirtingas mėginių pH: didţiausia pH vertė - K. marxianus fermentuotuose

mėginiuose (4,87), maţiausia - K. arosophlazum fermentuotuose (4,09), todėl etanolio

saugai uţtikrinti, reikėtų rinktis didesnio pH mėginius.

4. Skirtingi Kluyveromyces var. porūšiai skirtingai įtakoja aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio

junginių kiekį etanolyje, pagamintame iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant

pastarąją aerobiniu būdu: mėginiuose fermentuotuose K. arosphlarum mielėmis, gaunamas

maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekis (994,21 mg/l), o didţiausias

šių junginių mėginiuose, fermentuotuose K. marxianus mielėmis (32029,05 mg/l).

46

5. Fermentai turėjo įtakos raugalo, fermentuoto K. arosophlazum mielėmis, fizikiniams

cheminiams rodikliams:

a) didţiausia pH reikšmė nustatyta mėginio, kurio ţaliavos sucukrinimui naudotas Pentopan

BG (4,01), o kituose mėginiuose pH kito paklaidų ribose (3,9);

b) didţiausias BTR nustatytas mėginių, kurių ţaliavos sucukrinimui naudotas Depol692L

(3,8°), o maţiausias mėginių, kurių ţaliavos sucukrinimui naudotas Depol680P (3°);

c) etanolio koncentraciją, maţiausia nustatyta mėginiuose, kurių ţaliavos sucukrinimui

naudotas Pentopan BG (2 tūrio %), kituose mėginiuose etanolio koncentracija nustatyta (4

tūrio %).

6. Vykdant etanolio gamybą iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją K.

arosphlarum, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus fermentus, gaunami skirtingi

aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekiai: kai ţaliavos sucukrinimui naudojamas

Stargen biokatalizatorius gaunamas maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių

suminis kiekis (6397,84 mg/l), didţiausias - kai ţaliavos sucukrinimui naudojamas Depol 692L

(13794,7 mg/l).

7. Fermentai turėjo įtakos raugalo, fermentuoto K. marxianus mielėmis, fizikiniams

cheminiams rodikliams:

a) didţiausia pH reikšmė mėginių, kurių ţaliavos sucukrinimui naudotas Ecopulp TX-200-A

(4,22), o kituose mėginiuose pH kito nuo (4,8) iki (4,12), atitinkamai mėginiuose

Depol692L ir Depol680P;

b) didţiausias BTR gautas mėginių, kurių ţaliavos sucukrinimui naudotas Pentopan BG (4°N),

o maţiausias - Depol692L bei Stargen, (2,6°N).

c) didţiausia etanolio koncentracija nustatyta mėginiuose, kurių ţaliavos sucukrinimui

naudotas Depol692L (8,5 tūrio %), kituose mėginiuose etanolio koncentracija nustatyta 8

tūrio %.

8. Vykdant etanolio gamybą iš Helianthus tuberosus L. ţaliavos, fermentuojant pastarąją K.

marxianus, o ţaliavos sucukrinimui naudojant skirtingus fermentus, gaunami skirtingi aukštesniųjų

alkoholių ir kitų fuzelio junginių kiekiai: kai ţaliavos sucukrinimui naudojamas Stargen, gaunamas

maţiausias aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių suminis kiekis (3914,65 mg/l), o

didţiausias - kai ţaliavos sucukrinimui naudojamas Depol 680P (14485,73 mg/l).

47

9. Efektyviausia etanolio gamybos technologija ir gaunamos didţiausios išeigos, vykdant pastarąją

aerobiniu būdu, fermentuojant Helianthus tuberosus L. K. marxianus mielėmis (8 tūrio %), taip pat,

ši gamyba pakankamai saugi, nes gaunamas maţesnis aukštesniųjų alkoholių ir kitų fuzelio junginių

kiekis, nei fermentuojant ruginę ţaliavą.

48

LITERATŪROS SĄRAŠAS

1. Anli R. E. and Bayram M. Traditional Aniseed – Flavored Spirit Drinks. Food Reviews

International. 2010. 26. P. 246-269

2. Batista F. R. M., Meirelles A. J. A. Computer simulation applied to studying continuous

spirit distillation and product quality control. Food Control. 2011. 22. P. 1592-1603.

3. Bekers M., Upite D., Kaminska E., Linde R., Scherbaka R., Danilevich A. and Grube M.

Fermentation of Jerusalem artichoke by Zymomonas and Saccharomyces. Nutrition & Food

Science. 2008. 38 (2). P. 128-135.

4. Bonciu C., Tabacaru C., Bahrim G. Yeasts isolation and selection for bioethanol production

from inulin hydrolysates. Innovative Romanian Food Biotechnology. 2010. 6. P. 25-34.

5. Charis Cook, Alessandra Devoto. Fuel from plant cell walls: recent developments in second

generation bioethanol. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2011. P. 1719–1732.

6. Cheng Y., Zhou W., Gao C., Lan K., Gao Y., Wu Q. Biodiesel production from Jerusalem

artichoke (Helianthus Tuberosus L.) tuber by heterotrophic microalgae Chlorella

protothecoides. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2009. 84. P. 777-781.

7. Cheung, S.W., Anderson, B.C. Laboratory investigation of ethanol production from

municipal primary wastewater. Bioresource Technol. 1997. 59, 81-96.

8. Clive H. The neurotoxicity of alcohol. Human & Experimental Toxicology. 2007. 26. P.

251-257.

1. De-gang Li, Huang Zhen, Lŭ Xingcai, Zhang Wu-gao, Yang Jian-guang. Physico-

chemical properties of ethanol–diesel blend fuel and its effect on performance and

emissions of diesel engines. Renewable Energy. 2005. P. 967–976.

2. Dien, B.S., Nochols, N.N., O’Bryan, P.J., Bothast, R.J. Development of new ethanologenic

Escherichia coli strains for fermentation of lignocellulosic biomass. Appl. Biochem.

Biotechnol. 2000. 84/86, 181-196.

3. Ezeji TC, Qureshi N, Blaschek HP. Acetone–butanol–ethanol (ABE) production from

concentrated substrate: reduction in substrate inhibition by fed-batch technique and product

inhibition by gas stripping. Appl Microbiol Biotechnol. 2004;63:653–8.

4. Gregg, D.J., Saddler, J.N. Factors affecting cellulose hydrolysis and the potential of enzyme

recycle to enhance the efficiency of an integrated wood to ethanolprocess. Biotechnol.

Bioeng. 1996. 51, 375-383.

5. Gustavo Perez-Verdin, Donald L. Grebner, Changyou Sun, Ian A. Munn, Emily B.

Schultz, Thomas G. Matney. Woody biomass availability for bioethanol conversion in

Mississippi. Biomass and Bioenergy. 2009. P. 490–503.













49

6. Hamelinck CN, van Hooijdonk G, Faaji APC. Ethanol from lignocellulosic biomass:

techno-economic performance in short-, middle- and long-term.Biomass Bioenergy

2005;28:384–410.

7. Hazelwood L. A., Daran J. M., van Maris A. J. A., Pronk J. T. and Dickinson J. R. The

Ehrlich Pathway for Fusel Alcohol Production: a Century of Research on Saccharomyces

cerevisiae Metabolism. Applied and environmental microbiology. 2008. 74. P. 2259-2266.

8. Yuan W. J., Chang B. L., Ren J. G., Liu J. P., Bai F. W., Li Y. Y. Consolidated

bioprocessing strategy for ethanol production from Jerusalem artichoke tubers by

Kluyveromyces marxianus under high gravity conditions. Journal of Applied Microbiology.

2012. 112. P. 38-44.

9. J.N. Saddler, W.E. Mabee. Bioethanol from lignocellulosics. Bioresource Technology.

2010. P 4800-4813.

10. John Sheehan, Michael Himmel. Enzymes, Energy, and the Environment. Journal of the

Science of Food and Agriculture . 1999. P. 817–827.

11. Kadar Z, Maltha SF, Szengyel Z, Reczey K, Laat W. Ethanol fermentation of various

pretreated and hydrolyzed substrates at low initial pH. Appl Biochem Biotechnol 2007;136–

140:847–58.

12. Lachenmeier D. W., Haupt S., Schulz K. Defining maximum levels of higher alcohols in

alcoholic beverages and surrogate alcohol products. Regulatory Toxicology and

Pharmacology. 2008. 50. P. 313-321.

13. Lachenmeier D. W., Rehm J. and Gmel G. Surrogate Alcohol: What Do We Know and

Where Do We Go? Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 2007. 31. P. 1613-

1624.

14. Lachenmeier D. W., Sohnius E. M. The role of acetaldehyde outside ethanol metabolism in

the carcinogenicity of alcoholic beverages: Evidence from a large chemical survey. Food

and Chemical Toxicology. 2008. 46. P. 2903-2911.

15. Lang K., Väli M., Szűcs S., Ádány R. and McKee M. The composition of surrogate and

illegal alcohol products in Estonia. Alcohol and Alcoholism. 2006. 41 (4). P. 446-450.

16. Lilly M., Bauer F. F., Styger G., Lambrechts M. G. and Pretorius I. S. The effect increased

branched-chain amino acid transaminase activity in yeast on the production of higher

alcohols and on the favour profiles of wine and distillates. FEMS Yeast Research. 2006. 6.

P. 726-743.

17. Lin J. W., Shaw S. Y. The potential of CO2 laser photoacoustic spectrometry for detection of

methanol in alcoholic beverage. Applied Physics B: Lasers and Optics. 2009. 94. P. 535-

544.



50

18. M. Forde. Microalgal biomass as a fermentation feedstock for bioethanol production.

Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2010. P. 191–203.

19. Ma X. Y., Zhang L. H., Shao H. B., Xu G., Zhang F., Ni F. T. and Brestic M. Jerusalem

artichoke (Helianthus tuberosus), a medicinal salt – resistant plant has high adaptability and

multiple-use values. Journal of Medicinal Plants. 2011. 5(8). P. 1272-1279.

20. Mariam B. Sticklen Plant genetic engineering for biofuel production: towards affordable

cellulosic ethanol. Nature Reviews Genetics. 2008. P. 433-443.

21. Maročkienė N. Topinambo (Helianthus tuberosus L.) morfologinių rodiklių ir gumbų

produktyvumo įvertinimas. Sodininkystė ir darţininkystė. 2007. T. 26 (1). P. 102-107.

22. McKee M., Sűzcs S., Sárváry A., Ádany R., Kiryanov N., Saburova L., Tomkins S.,

Andreev E., and Leon D. A. The composition of surrogate alcohols consumed in Russia.

Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 2005. 29 (10). P. 1884-1888.

23. Michael E., Himmel, Shi-You Ding, David K., Johnson, William S. Adney, Mark R.,

Nimlos, John W. Brady, Thomas D. Foust Biomass Recalcitrance: Engineering Plants and

Enzymes for Biofuels. Production Science. 2007. P. 801-807.

Microbiol Mol Biol Rev. 2008. 72(3):379-412.

24. Mustafa Balat. Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical

pathway. Energy Conversion and Management. 2011. P. 858–875.

25. Nevoigt E. Progress in metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae.

26. Pan L., Sinden M. R., Kennedy A. H., Chai H., Watson L. E., Graham T. L., Kinghorn A. D.

Bioactive constituents of Helianthus tuberosus (Jerusalem artichoke). Phytochemistry

Letters. 2009. 2. P. 15-18.

27. Rakhimov D. A., Arifkhodzhaev A. O., Mezhlumyan L. G., Yuldashev O. M., Rozikova U.

A., Aikhodzhaeva N. and Vakil M. M. Carbohydrates and proteins from Helianthus

tuberosus. Chemistry of Natural Compounds. 2003. 39(3). P. 312-313.

28. Razmovski R. N., Šciban M. B., Vučurovič V. M. Bioethanol production from Jerusalem

artichoke by acid hydrolysis. Romanian Biotechnological Letters. 2011. 16. P. 6497-6503.

29. Roberfroid M. Introducing inulin – type fructans. British Journal of Nutrition. 2005. 93. P.

S13-S25.

30. Robert Wooley, Mark Ruth, David Glassner, John Sheehan. Process Design and Costing of

Bioethanol Technology. Biotechnology Progress. 1999. P. 794–803.

31. Rojan P. John, G.S. Anisha, K. Madhavan Nampoothiri, Ashok Pandey. Micro and

macroalgal biomass. Bioresource Technology. 2011. P. 186–193.

32. Salaspuro M. Acetaldehyde as a common denominator and cumulative carcinogen in

digestive tract cancers. Scandinavian Journal of Gastroenterology. 2009. 44. P. 912-925.

http://www.sciencemag.org/search?author1=Michael+E.+Himmel&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=Shi-You+Ding&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=David+K.+Johnson&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=William+S.+Adney&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=Mark+R.+Nimlos&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=Mark+R.+Nimlos&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=John+W.+Brady&sortspec=date&submit=Submit

http://www.sciencemag.org/search?author1=Thomas+D.+Foust&sortspec=date&submit=Submit






http://www.sciencedirect.com/science/journal/09608524

51

33. Slimestad R., Seljaasen R., Meijer K., Skar S. L. Norwegian – grown Jerusalem artichoke

(Helianthus tuberosus L.): morphology and content of sugars and fructo-oligosaccharides in

stems and tubers. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2010. 90. P. 956-964.

34. Sun,Y. and Cheng, J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a

review. Bioresource Technol. 2002. 83, 1-11.

35. Szambelan K., Chrapkowska K. J. The influence of selected microorganisms in ethanol

yield from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) tubers. Polish journal of food and

nutrition sciences. 2003. 12(53). P. 49-52.

36. Szambelan K., Chrapkowska K. J. The influence of selected microorganisms in ethanol

yield from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) tubers. Polish journal of food and

nutrition sciences. 2003. 12(53). P. 40-52.

37. Terzić S., Atlagić J. Nitrogen and sugar content variability in tubers of Jerusalem artichoke

(Helianthus tuberosus). Genetika. 2009. 41(3). P. 289-295.

38. Thanonkeo P., Thanonkeo S., Charoensuk K. and Yamada M. Ethanol production from

Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) by Zymomonas mobilis TISTR548. African

Journal of Biotechnology. 2011. 10 (52). P. 10691-10697

39. Thuesombat P., Thanonkeo P., Laopaiboon L., Laopaiboon P., Yunchalard S.,

Kaewkannetra P. and Thanonkeo S. The batch ethanol fermentation of Jerusalem artichoke

using Saccharomyces cerevisiae. KMITL Science and Technology Journal. 2007. 7. P. 93-

96.

52

PRIEDAI

53

1 PRIEDAS

12 pav. Mėginio chromotogramos pavizdys

Documents

LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS · bei saulėgrąţas. Topinambo poţeminė dalis panaši į bulvių ar imbiero. Pagrindinė šaknis įsiskverbia nuo 1 iki 3 metrų gylį,