Летучие примеси биоэтанола-сырца из мискантуса гигантского
https://doi.org/10.21285/achb.1009
EDN: OCWINK
Аннотация
Вопрос изучения летучих примесей биоэтанола-сырца имеет важное техническое значение для дальнейших каталитических превращений биоэтанола в продукты технической химии и товароведческое значение для предотвращения фальсификации пищевого спирта. В работе впервые исследованы летучие примеси биоэтанола-сырца, полученного из мискантуса гигантского с помощью авторских методов предобработки. Использованы три авторских метода, основанные на воздействии на сырье разбавленными растворами азотной кислоты при атмосферном давлении. В качестве арбитражного метода использован классической способ предобработки целлюлозосодержащего недревесного сырья – щелочная делигнификация с помощью гидроксида натрия. Полученные субстраты подвергались ферментативному гидролизу (препараты «Целлолюкс-A» и «Ультрафло Коре»), совмещенному со спиртовым брожением (продуцент Saccharomyces сerevisiae Y-3136). Компонентный состав биоэтанола-сырца определен с помощью метода газожидкостной хроматографии. Примененная методология получения биоэтанола позволила получить биоэтанол-сырец с содержанием метанола не более 0,009 об.%, что в 10 раз ниже регламентируемых отраслевых норм. На чистоту образцов биоэтанола-сырца влияют два параметра: во-первых, стадийность предобработки (двустадийная предобработка позволяет в 4–21 раз снизить общее количество примесей в биоэтаноле-сырце по сравнению с одностадийной предобработкой), во-вторых, конкретный способ одностадийной предобработки (так, предобработка с помощью азотной кислоты позволяет получить в 5 раз более чистый биоэтанол-сырец, чем классическая щелочная делигнификация).
При поддержке: Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 22-13-00107-П, https://rscf.ru/project/22-13-00107/.
Об авторах
Е. А. Скиба
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
Россия
Россия
Скиба Екатерина Анатольевна, д.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник
659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1
Г. Ф. Миронова
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
Россия
Россия
Миронова Галина Федоровна, к.т.н., научный сотрудник
659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1
Список литературы
1. Kazmi A., Sultana T., Ali A., Nijabat A., Li G., Hou H. Innovations in bioethanol production: a comprehensive review of feedstock generations and technology advances // Energy Strategy Reviews. 2025. Vol. 57. 101634. DOI: 10.1016/j.esr.2024.101634.
2. Jain S., Kumar S. A comprehensive review of bioethanol production from diverse feedstocks: current advancements and economic perspectives // Energy. 2024. Vol. 296. P. 131130. DOI: 10.1016/j.energy.2024.131130.
3. Zhang Y., Oates L.G., Serate J., Xie D., Pohlmann E., Bukhman Y.V., et al. Diverse lignocellulosic feedstocks can achieve high field-scale ethanol yields while providing flexibility for the biorefinery and landscape-level environmental benefits // GCB Bioenergy: Bioproducts for a Sustainable Bioeconomy. 2018. Vol. 10, no. 11. Р. 825–840. DOI: 10.1111/gcbb.12533.
4. Turner W., Greetham D., Mos M., Squance M., Kam J., Du C. Exploring the bioethanol production potential of Miscanthus cultivars // Applied Sciences. 2021. Vol. 11, no. 21. Р. 9949. DOI: 10.3390/app11219949.
5. Osipov D.O., Dotsenko A.S., Semenova M.V., Rozhkova A.M., Sinitsyn A.P. Comparative study of the convertibility of pretreated Miscanthus straw using enzyme preparations produced by different recombinant strains of Penicillium verruculosum // Agronomy. 2024. Vol. 14, no. 3. P. 499. DOI: 10.3390/agronomy14030499.
6. Zhang Z., Xu J., Jin S., Zhuang H., Li S., Wu X., et al. Considerable energy crop production potentials in the Russian Far East // Biomass and Bioenergy. 2024. Vol. 189. P. 107365. DOI: 10.1016/j.biombioe.2024.107365.
7. Gismatulina Y.A., Budaeva V.V., Kortusov A.N., Kashcheyeva E.I., Gladysheva E.K., Mironova G.F., et al. Evaluation of chemical composition of Miscanthus × giganteus raised in different climate regions in Russia // Plants. 2022. Vol. 11, no. 20. P. 2791. DOI: 10.3390/plants11202791.
8. Шелехова Т.М., Абрамова И.М., Шелехова Н.В., Скворцова Л.И., Полтавская Н.В., Амелякина М.В. Сравнительный анализ химического состава невыдержанных зерновых дистиллятов российского и зарубежного производства // Пищевая промышленность. 2024. N 10. С. 110–114. DOI: 10.52653/PPI.2024.10.10.022. EDN: ZRUTEA.
9. Абрамова И.М., Туршатов М.В., Кривченко В.А., Соловьев А.О., Никитенко В.Д. Исследование биохимического состава топинамбура и получаемых на его основе этилового спирта и пищевых функциональных продуктов // Биотехнология. 2022. Т. 38. N 4. С. 56–61. DOI: 10.56304/S0234275822040020. EDN: DCDJRK.
10. Агеева Н.М., Тихонова А.Н., Бирюков А.П. Влияние ферментных препаратов на ароматобразующие компоненты красных столовых вин // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 2. С. 251–260. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-2-251-260. EDN: GRPOPD.
11. Habe H., Shinbo T., Yamamoto T., Sato S., Shimada H., Sakaki K. Chemical analysis of impurities in diverse bioethanol samples // Journal of the Japan Petroleum Institute. 2013. Vol. 56, no. 6. Р. 414–422. DOI: 10.1627/jpi.56.414.
12. Xiang H., Xin R., Prasongthum N., Natewong P., Sooknoi T., Wang J., et al. Catalytic conversion of bioethanol to value-added chemicals and fuels: a review // Resources Chemicals and Materials. 2022. Vol. 1, no. 1. Р. 47–68. DOI: 10.1016/j.recm.2021.12.002.
13. Sanchez N., Ruiz R., Hacker V., Cobo M. Impact of bioethanol impurities on steam reforming for hydrogen production: a review // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. Vol. 45, no. 21. Р. 11923–11942. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.02.159.
14. Sanchez N., Ruiz R., Plazas A., Vasquez J., Cobo M. Effect of pretreatment on the ethanol and fusel alcohol production during fermentation of sugarcane press-mud // Biochemical Engineering Journal. 2020. Vol. 161. P. 107668. DOI: 10.1016/j.bej.2020.107668.
15. Sanchez N., Cobo M., Rodriguez-Fontalvo D., Uribe-Laverde M.Á., Ruiz-Pardo R.Y. Bioethanol production from sugarcane press-mud: assessment of the fermentation conditions to reduce fusel alcohol // Fermentation. 2021. Vol. 7, no. 3. P. 194. DOI: 10.3390/fermentation7030194.
16. Ovchinnikova E.V., Banzaraktsaeva S.P., Kovgan M.A., Chumachenko V.A. Effect of C3-alcohol impurities on alumina-catalyzed bioethanol dehydration to ethylene: experimental study and reactor modeling // Catalysts. 2023. Vol. 13, no. 3. P. 509. DOI: 10.3390/catal13030509.
17. Tantayotai P., Krungkaew S., Fatriasari W., Chantarasiri A., Sriariyanun M., Panakkal E.J. A sustainable approach for the concurrent production of bioethanol and volatile compounds from agro residues using different yeast strains // Biomass and Bioenergy. 2025. Vol. 201. P. 108134. DOI: 10.1016/j.biombioe.2025.108134.
18. Kim J.S., Lee Y.Y., Kim T.H. A review on alkaline pretreatment technology for bioconversion of lignocellulosic biomass // Bioresource Technology. 2016. Vol. 199. Р. 42–48. DOI: 10.1016/j.biortech.2015.08.085.
19. Bhatia S.K., Jagtap S.S., Bedekar A.A., Bhatia R.K., Patel A.K., Pant D., et al. Recent developments in pretreatment technologies on lignocellulosic biomass: effect of key parameters, technological improvements, and challenges // Bioresource Technology. 2020. Vol. 300. P. 122724. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.122724.
20. Скиба Е.А., Кащеева Е.И., Золотухин В.Н., Кухленко А.А. Ферментативный гидролиз высококонцентрированных субстратов, полученных из мискантуса гигантского // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024. Т. 14. N 3. С. 394–405. DOI: 10.21285/achb.933. EDN: YXAMLK.
21. Серба Е.М., Оверченко М.Б., Римарева Л.В. Биотехнологические основы микробной конверсии концентрированного зернового сусла в этанол: монография. М.: Издательский дом «Библио-Глобус», 2017. 120 с. DOI: 10.18334/9785950050169. EDN: YRYGRF.
22. Nassini D., Alvarez F.J., Bohé A.E., Olivieri A.C. Multivariate optimization of a gas chromatographic method for the determination of organic impurities in ethanol // Microchemical Journal. 2023. Vol. 194. P. 109332. DOI: 10.1016/j.microc.2023.109332.
23. Li G.-B., Chen J., Song B.-Q., Zhang X., Zhang Z., Pan R.-K., et al. Efficient purification of bioethanol by an ethanol-trapping coordination network // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 293. P. 121097. DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121097.
24. Tantayotai P., Krungkaew S., Fatriasari W., Chantarasiri A., Sriariyanun M., Panakkal E.J. A sustainable approach for the concurrent production of bioethanol and volatile compounds from agro residues using different yeast strains // Biomass and Bioenergy. 2025. Vol. 201. P. 108134. DOI: 10.1016/j.biombioe.2025.108134.
25. Ovchinnikovа E.V., Mironova G.F., Banzaraktsaeva S.P., Skiba E.A., Budaeva V.V., Kovgan M.A., et al. Bioprocessing of oat hulls to ethylene: impact of dilute HNO<sub>3</sub>- or NaOH pretreatment on process efficiency and sustainability // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2021. Vol. 9, no. 49. P. 16588–16596. DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c05112.
26. Villaverde J.J., Li J., Ek M., Ligero P., de Vega A. Native lignin structure of Miscanthus × giganteus and its changes during acetic and formic acid fractionation // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009. Vol. 57, no. 14. Р. 6262–6270.
27. Li M., Si S., Hao B., Zha Y., Wan C., Hong S., et al. Mild alkali-pretreatment efectively extracts guaiacyl-rich lignin for high lignocellulose digestibility coupled with largely diminishing yeast fermentation inhibitors in Miscanthus // Bioresource Technology. 2014. Vol. 169. Р. 447–454. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.07.017.
Рецензия
Для цитирования:
Скиба Е.А., Миронова Г.Ф. Летучие примеси биоэтанола-сырца из мискантуса гигантского. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2025;15(4):590-596. https://doi.org/10.21285/achb.1009. EDN: OCWINK
For citation:
Skiba E.A., Mironova G.F. Volatile impurities in crude bioethanol produced from giant miscanthus. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2025;15(4):590-596. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/achb.1009. EDN: OCWINK
Просмотров:
64
Послать статью по эл. почте 