Mnogocvetno ljuljko smo pokosili 10. maja 1988 in silirali v poskusne silose (100 l) kot neovelo (S/0) in po 6 (S/6), 10 (S/10), 30 (S/30) in 34 (S/34) urah venenja. Vsebnost sušine (SS) se je ...povečala od 190 g kg-1 pri košnji, na 230, 267, 376 in 434 g kg-1 po 6, 10, 30 in 36 urah venenja. Iz neovele krme smo pripravili tudi silažo, tretirano z mravljinčno kislino (S/0 MK, 4 g 85 % mravljinčne kisline na kg). Silose smo odprli po 12 letih. Silaže S/0, S/0 MK, S/6, S/10, S/30 in S/34 so vsebovale 106, 171, 215, 241, 346 in 412 g SS kg-1. Vsebovale so 1,8, 104,2, 97,3, 77,4, 83,5 in 48,0 g mlečne kisline, 55,5, 34,6, 26,7, 24,0, 19,8 in 15,2 g ocetne kisline ter 53,96, 4,81, 4,05, 11,37, 0,01 in 0,00 g maslene kisline na kg SS. Deleži amoniakovega N pri S/0, S/0 MK, S/6, S/10, S/30 in S/34 so bili 552, 195, 211, 212, 108 in 69 g kg-1 skupnega N. Tako venenje kot tretiranje z mravljinčno kislino je izboljšalo obstojnost silaže. Delež amoniakovega N in vsebnost ocetne kisline sta bila negativno povezana z vsebnostjo SS (r = –0,85 in –0,89; p < 0,05). Vsebnost NEL je bila pri S/0 precej manjša (3,62 MJ kg-1 SS) kot pri silažah iz ovele krme (od 5,01 do 5,39 MJ kg-1 SS) in pri silaži z dodatkom mravljinčne kisline (5,22 MJ kg-1 SS). Vsebnost NEL je bila negativno povezana z deležem amoniakovega N (r = –0,98; p < 0,001), vsebnostjo ocetne (r = –0,91; p < 0,05), propionske (r = –0,98; p < 0,001) in maslene kisline (r = –0,99; p < 0,001). Rezultati raziskave kažejo, da je mogoče dobro fermentirane ovele silaže hraniti v zrakotesnih silosih tudi več kot deset let brez tveganja, da bi se silaže pokvarile. Pri silaži iz neovele krme se je mlečna kislina razgradila, silaža pa pokvarila. Obstojnost neovelih silaž za daljše obdobje je mogoče izboljšati z dodajanjem mravljinčne kisline.
Zanimanje za nova alternativna hraniva u Europi je poraslo zadnjih godina. Hranidbeni sastav i značajke fermentacije u raznim stadijima siliranja istraživani su na talijanskom ljulju (Lolium ...multiflorum Lam) i zimskim smjesama žitarica. Pokus je obavljen na velikoj farmi Galgamenti Agricultural Ltd. u Turnu u Mađarskoj. Proučavane su dvije različite smjese krmiva: smjesa A (tri vrste talijanskog ljulja 40% + dvije vrste tritikala 20% +dvije vrste zobi 20% + pšenica 15%+ ječam 5%) i smjesa B (tri vrste talijanskog ljulja 55% + dvije vrste zimske zobi 45%). Pokusno polje je iznosilo 30.600 m2 po tretmanu. Dvije različite mješavine krmiva posijane su 11. rujna 2017. godine, (smjesa A:75 kg sjemena/ha; smjesa B:75 kg sjemena/ha) na dubini od 2-5 cm. Zaštita biljaka nije primijenjena u sezoni rasta. Rezanje je obavljeno rukom za vrijeme stvaranja glavica tritikala na visini stabljike od 10 cm. Svježa smjesa A (suha tvar 189 g/kg; sirova bjelančevina: 161 g/kg DM;NDF: 485 g/kg DM) i svježa smjesa B (suha tvar 195 g/kg; sirova bjelančevina 159 g/kg DM;NDF:519 g/kg DM) je venula do 28-32% DM (24h) bez ikakvog micanja na prozoru. Povenulo krmivo je rukom brano i sjeckano kombajnom za krmivo (John Deere 7300) na betonskoj površini s teoretskom sjeckalicom duljine 9 mm (težine 800 kg). Povenuli i narezani materijal od 510 g stavljen je rukom u staklenke (volumena 0, 00072 m3 ,n=5 ukupni broj minisilosa =15). Otvorena su pet laboratorijska silosa po mješavinama 7., 14. i 90. dana nakon siliranja. Određeni su suha tvar DM, sirova bjelančevina CP, sirovo vlakno CF, neutralno deterđentsko vlakno NDF, kiselo deterđentsko vlakno ADF, kiseli deterđentski lignin ADL, ekstrakt etera, pepeo i ukupni šećer u svim tretmanima. Osim toga, u siliranim smjesama izmjereni su pH i koncentracija amonijaka N, hlapive masne kiseline. Nakon 90 dana siliranja u obje mješavine nađene su značajne razlike (p<0.5) u svim hranjivim tvarima osim u kiselom deterđentskom tkivu u mješavini A, sirovim bjelančevinama, pepelu i sirovom vlaknu u mješavini B na što nije djelovalo trajanje fermentacije. Siliranje je prouzročilo značajno smanjenje pH zbog proizvodnje mliječne kiseline ali je uspjelo postići fermentaciju mliječne kiseline. Vrijednosti za amonijak-N, etanol i octenu kiselinu i maslačnu kiselinu bile su niske. Ovi rezultati pokazuju da su talijanski ljulj i silaža zimskih žitarica bili podvrgnuti brzoj fermentaciji te da je kvaliteta dobro očuvana.
Mezcal je destilat koji se proizvodi spontanom fermentacijom mošta dobivenog kuhanjem stabljika biljke Agave spp. i prešanjem dobivene smjese. Mošt agave sadržava velike količine fruktoze i fenolnih ...spojeva, a fermentacija se najčešće odvija pri stresnim i nekontroliranim uvjetima. Kvasci koji mogu rasti u takvim uvjetima obično imaju povoljna biološka i industrijska svojstva koja ih čine otpornijim, poput svojstva flokulacije. U ovom je radu sedam sojeva kvasca Saccharomyces cerevisiae izoliranih iz mošta agave izloženo temperaturama od 10 do 40 °C i uzgojeno u podlogama u prisutnosti fruktoze ili glukoze. Brojanjem kolonija u tzv. „microdrop“ testu potvrđeno je da su kvasci koji su rasli u podlozi s dodatkom fruktoze imali veću otpornost na stres uzrokovan niskom temperaturom (10 °C), u usporedbi s kvascima uzgojenim pri 40 °C. Soj kvasca koji je najbolje podnio stres (Sc3Y8) i komercijalni vinski kvasac (Fermichamp) uzgojeni su u tekućoj podlozi za fermentaciju i dugotrajno izloženi toplinskom stresu, radi određivanja njihove sposobnosti flokulacije. Tijekom fermentacije u podlozi s fruktozom povećalo se nakupljanje metabolita na kraju procesa, osobito pri 40 °C, te je proizvedeno 2,3 puta više glicerola (8,6 g/L), 1,3 puta više etanola (43,6 g/L) i 3,4 puta više octene kiseline (7,3 g/L) nego tijekom fermentacije u podlozi s glukozom. Pomoću konfokalnog mikroskopa utvrđene su morfološke promjene u kvascu, kao što su agregacija stanica i prisutnost ožiljaka na stijenci nastalih uslijed pupanja kvasca, osobito u soju Sc3Y8 izloženom temperaturi od 40 °C. Potvrđeno je da ovaj soj kvasca za proizvodnju pića mezcal flokulira u prisutnosti iona kalcija. Analizom ekspresije gena FLO1, FLO5 i FLO11 uključenih u regulaciju flokulacije potvrđeno je da je došlo do indukcije transkripcije u oba soja kvasca S. cerevisiae, naročito gena FLO5 u soju Sc3Y8.
Svrha je ovoga rada bila odrediti hranjiva, funkcionalna, mikrobiološka i senzorska svojstva probiotičkih napitaka proizvedenih od smjese kravljeg mlijeka i sojinog napitka u različitim omjerima ...(25:75, 50:50 i 75:25). Kao kontrolni uzorci korišteni su kravlje mlijeko i sojin napitak. Fermentacija je provedena na 43 °C s pomoću mješovite kulture sastavljene od klasične jogurtne kulture i probiotičkog soja Lactobacillus acidophilus La5. Broj živih stanica soja La5 kretao se između 7,52 i 8,20 log CFU u mL proizvedenog napitka, što je iznad probiotičkog minimuma (106 CFU/mL). Mliječna kiselina je bila najzastupljenija organska kiselina u svim uzorcima (660,1 do 1003,0 mg/100 mL). U fermentiranim napicima bilo je 22,2-82,7 % (m/m) zasićenih i 22,3-77,8 % (m/m) nezasićenih masnih kiselina, od čega njih 15,5-65,9 % višestruko nezasićenih. Glavni šećeri iz sojinog napitka većim su dijelom fermentirali u mliječnu kiselinu (stupanj konverzije: 80 % stahioza, 50 % rafinoza). Funkcionalni probiotički napici uspješno su proizvedeni iz smjese kravljeg mlijeka i sojinog napitka u različitim omjerima fermentacijom s pomoću jogurtne kulture i L. acidophilus La5. Dodavanjem sojinog napitka kravljem mlijeku znatno su poboljšana senzorska svojstva krajnjeg proizvoda, pogotovo miris, okus i boja. Ispitivanjem je utvrđeno da potencijalni potrošači dobro prihvaćaju sve napitke, osim fermentiranog sojinog napitka. Rezultati ovog istraživanja pružaju dobru podlogu za daljnja optimiranja idealnog omjera kravljeg mlijeka i sojinog napitka u proizvodnji fermentiranih napitaka s održivim brojem probiotičkih bakterija, kao i proizvodnju napitaka s poželjnim funkcionalnim, hranjivim i senzorskim svojstvima.
Pozadina istraživanja. Lovastatin je poznati lijek za liječenje hiperkolesterolemije. Međutim, cijena njegove prozvodnje je još uvijek visoka. Stoga je potrebno pronaći jeftiniji izvor ugljika za ...proizvodnju lovastatina.
Eksperimentalni pristup. Ispitana je mogućnost uporabe četiriju različitih uzoraka poljoprivrednog otpada, i to: stabljika kukuruza, rižinih ljusaka, divlje vrste šećerne trske i uljnog taloga zaostaolog nakon proizvodnje sojinog ulja, kao supstrata za proizvodnju lovastatina submerznim uzgojem i fermentacijom na čvrstoj podlozi s pomoću novog soja plijesni Aspergillus sclerotiorum PSU-RSPG 178.
Rezultati i zaključci. Među ispitanim supstratima i metodama uzgoja, najveći je prinos lovastatina od 0,04 mg/g suhe tvari dobiven uzgojem na uljnom talogu nastalom pri proizvodnji sojinog ulja, pri temperaturi od 25 °C tijekom 14 dana fermentacije na čvrstoj podlozi. Stoga su tom talogu kao izvori ugljika zasebno dodani glukoza, pšenično brašno, elementi u tragovima, palmino ulje, urea i melasa. Dodatkom palminog ulja prinos lovastatina povećao se na 0,99 mg/g. Optimalni uvjeti pri kojima je dobiveno (20±2) mg/g lovastatina nakon 18 dana fermentacije na čvrstoj podlozi bili su: uljni talog s udjelom vlage u suhoj tvari od 80 %, omjer taloga (u g) i micelijskih diskova od 1:4, te omjer taloga (u g) i palminog ulja (u mL) od 1:2. Osim toga, zaključeno je da prinosi lovastatina dobiveni fermentacijom na čvrstoj podlozi od svježeg ili sušenog uljnog taloga nisu bili bitno različiti.
Novina i znanstveni doprinos. Zaključili smo da se plijesan Aspergillus sclerotiorum PSU-RSPG 178 može upotrijebiti za proizvodnju lovastatina na podlozi od uljnog taloga nastalog pri proizvodnji sojinog ulja obogaćenoj palminim uljem kao izvorom ugljika.
Lactic acid is a significant chemical for food, cosmetic, pharmaceutical and chemical industry. Currently, Serbia imports lactic acid and utilization of distillery stillage, a waste water from ...bioethanol production, as a cheap substrate for lactic acid fermentation could be an efficient and environmentally friendly approach. The main goal of this work was to investigate the possibilities of integrated production of lactic acid and animal feed on an industrial distillery stillage from bioethanol production on starch feedstock. Chemical analysis of the stillage has shown high content of proteins and valuable composition of minerals for the growth of LAB. In the selection process, Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 was chosen as the most promising strain for integrated production of lactic acid and biomass suitable for animal feed. The kinetics of lactic acid and biomass production in the batch fermentation and the impact of temperature, inoculum concentration, shaking and pH control were evaluated. The temperature of 41°C, shaking (90 rpm) and inoculum concentration of 5% (v/v) were selected for the fermentation. Among two different neutralizing agents (powdered CaCO3 and 30% solution of NaOH) a solution of 30% NaOH was selected for pH adjustment in four hour intervals during the fermentation. This system enabled the most optimal pH control and resulted in high lactic acid productivity and extensive growth of Lb. rhamnosus ATCC 7469. Significant improvements of the process were achieved in fed-batch fermentation where the final concentration of lactic acid was increased for 47.6 % and volumetric productivity for 21 % over the batch process. Maximal lactic acid productivity in fed-batch fermentation was 1.80 g L-1 h-1, with lactic acid yield of 0.87 g g-1 and lactic acid concentration of 97.1 g L-1. The number of viable cells at the end of fermentation was 109 CFU ml-1. The fermentation with a recirculation of immobilized Lb. rhamnosus ATCC 7469 onto zeolite was studied as a fermentation strategy. The strong adsorption of Lb. rhamnosus ATCC 7469 cells onto the zeolite surface allowed easy cell separation from the fermentation media, dense growth and high stability of immobilized cells for reuse in repeated batch cycles. A number of viable cells of over 1010 CFU per g of zeolite was achieved at the end of fourth fermentation cycle. A maximal process productivity of 1.69 g L-1, maximal lactic acid concentration of 42.19 g L-1 and average yield coefficient of 0.96 g g-1 were reached in the fermentation of stillage without mineral or nitrogen supplementation. However, in accordance to mineral requirements of Lb. rhamnosus ATCC 7469 and chemical content of minerals in stillage, exchange of Na+ ions in zeolite structure with selected Mg was performed. Exchange of Na+ with Mg2+ ions had improved immobilization of bacterial cells and increased lactic acid production for approximately 10%. Suitability of the fermentation residuals after lactic acid separation for animal nutrition was assessed after determination of chemical composition and calculation of energy parameters. The digestibility of the stillage remained after lactic acid production was 96.63 % DM with the high protein content of 38.65 % DM and values of digestible and methabolisable energy above 4000 kcal kg-1 DM. The in vitro survival test has shown survival of 88% of bacteria after 4h incubation under pH=2.5 and 85.7% after 4h incubation in the presence of 0.3% of bile. These values are high so it could be expected for Lb. rhamnosus ATCC 7469 to survive passage through stomach and exhibit beneficial effect on animal health. The strain has shown antimicrobial effect and capability to produce exopolysaccharides. These findings qualify residuals from lactic acid fermentation on stillage as a highquality feed predominantly for monogastric animals. The results have shown that the stillage from bioethanol production could be used as an inexpensive substrate for integral production of lactic acid and monogastric animal feed with probiotics.
Mlečna kiselina je važna supstanca za prehrambenu, farmaceutsku i hemijsku industriju. Srbija trenutno uvozi mlečnu kiselinu pa bi korišćenje destilerijske džibre, otpadne vode iz procesa proizvodnje bioetanola, kao jeftinog supstrata u proizvodnji mlečne kiseline moglo biti efikasna i ekološki povoljna strategija. Osnovni cilj ove disertacije je bio da se ispita mogućnost integrisane proizvodnje mlečne kiseline i stočne hrane na industrijskoj destilerijskoj džibri iz proizvodnje bioetanola na skrobnim sirovinama. Hemijskom karakterizacijom džibre je pokazano da je džibra bogata proteinima i da sadrži odgovarajući sastav jona metala za rast bakterija mlečne kiseline. U toku selekcije mikroorganizama odabran je soj Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469, kao odgovarajući soj za paralelnu proizvodnju mlečne kiseline i biomase pogodne za stočnu ishranu. U šaržnom sistemu je ispitan uticaj temperature, koncentracije inokuluma, mešanja i kontrole pH. Nakon optimizacije, odabrana je temperature od 41°C, mešanje od 90 obrt/min, koncentracija inokuluma 5 % (v/v). Ispitana je mogućnost korišćenja CaCO3 i 30% NaOH kao sredstava za neutralizaciju i kontrolu pH vrednosti i odabran je dodatak 30% NaOH u četvorosatnim intervalima kao najpovoljniji za integrisani postupak proizvodnje mlečne kiseline i stočne hrane. Primenom NaOH je ostvarena visoka produktivnost i intenzivan rast Lb. rhamnosus ATCC 7469. Značajno unapređenje procesa je postignuto primenom dolivnog postupka gde je konačna koncentracija mlečne kiseline u medijumu povećana za 47,6% a zapreminska produktivnost za 21% u odnosu na šaržni postupak. Maksimalna postignuta produktivnost mlečne kiseline je iznosila 1,80 g L-1 h-1, sa prinosom mlečne kiseline od 0,87 g g-1 i koncentracijom mlečne kiseline od 97,1 g L-1. Broj vijabilnih ćelija po završetku fermentacije je bio 109 CFU ml-1. Recirkulacioni šaržni postupak sa imobilisanim Lb. rhamnosus ATCC 7469 na zeolitu je takođe isptivan. Snažna adsorpcija ćelija na površinu zeolita je omogućila lako odvajanje imobilizata od fermentisanog medijuma, gust rast ćelija u biofilmu i visoku stabilnost imobilisanih ćelija za recirkulaciju. Na kraju četvrtog ciklusa broj vijabilnih imobilisanih ćelija iznosio je više od 1010 CFU g-1 zeolitnog nosača. U šaržnom procesu sa recirkulacijom na tečnoj džibri bez dodatka izvora azota i minerla najviša postignuta produktivnost je iznosila 1,69 g L-1 h-1, uz maksimalnu koncentraciju mlečne kiseline 42,19 g L-1 i prosečni koeficijent prinosa od 0,96 g g-1. Ipak, u skladu sa potrebama Lb. rhamnosus ATCC 7469 i mineralnim sastavom džibre izvršena je i modifikacija zeolita, izmenom jona Na+ jonima Mg2+, što je rezultovalo povećanom adsorpcijom bakterija na površinu modifikovanog zeolita, kao i povećanjem proizvodnje mlečne kiseline za oko 10%. Ostaci nakon mlečno-kiselinske fermentacije i odvajanja tečne frakcije sa mlečnom kiselinom su analizirani sa aspekta primene u ishrani životinja nakon hemijske analize i izračunavanja važnih energetskih parametara. Svarljivost ostataka nakon fermentacije je bila 96,63 % SM, sa više od 38,65% SM proteina, uz veoma visoke vrednosti svarljive i metaboličke energije od preko 4000 kcal kg-1 SM. Pokazano je da u in vitro uslovima 88% ćelija Lb. rhamnosus ATCC 7469 preživljava četvorosatnu izloženost pH=2,5 i 85,7% ćelija preživljava četvorosatnu izloženost žučnim solima u koncentraciji 0,3%, uz ispoljenu antimikrobnu aktivnost i sposobnost proizvodnje egzopolisaharida. Zbog visokog preživljavanja Lb. rhamnosus ATCC 7469, može se očekivati da soj preživi prolazak kroz gastrointestinalni trakt i pozitivno deluje na zdravlje životinja. Na osnovu svojih karateristika ostaci džibre nakon mlečno-kiselinske fermentacije predstavljaju kvalitetnu hranu prvenstveno za monogastrične životinje. Zaključuje se da se destilerijska džibra može koristiti bez azotnih i mineralnih dodataka kao jeftin supstrat za proizvodnju mlečne kiseline sa visokom produktivnošću (1,80 g L-1 h-1) uz paralelnu proizvodnju kvalitetne stočne hrane za monogastrične životinje obogaćene probiotskim bakterijama.
Zadnjih su godina enzimi, kulture kvasaca, aromatične biljke i organske kiseline alternativni dodaci hrani preživača. Ti dodaci nisu jamstvo za visoku proizvodnju ili proizvodnost, ali mogu biti ...važni za poboljšanje fermentacije u buragu, zdravlje životinja, proizvodne pokazatelje, reprodukciju i kakvoću životinjskih proizvoda. Organske kiseline mogu biti korisne zahvaljujući antimikrobnom djelovanju na fermentaciju u buragu. Najčešće organske kiseline su karboksilne kiseline. Dikarboksilne kiseline kao što je jabučna kiselina prirodno se nalaze u krmivima u različitim razinama. Katkada se nalaze u natrijevim, kalijevim ili kalcijevim solima ili dvostrukim solima. Jabučna kiselina ili njezine soli smanjuju koncentraciju mliječne kiseline u buragu stimulirajući korištenje laktata pomoću Selenomonas ruminantum. Isto tako je moguće da je dodavanje jabučne kiseline ili njezinih soli u hranu preživača djelotvorno u smanjenju pada pH neposredno nakon hranjenja. Osim toga, poznato je da uključenje jabučne kiseline u hranu smanjuje broj protozoa i emisije metana. Prema nekim radovima jabučna kiselina poboljšava performanse životinja i ekologiju buraga, dok prema drugim radovima nema djelovanja prema tim kriterijima. Oprečni rezultati mogu se pripisati razlikama u životinjama, vrsti krmiva, dozrelosti krmiva, omjeru krmivo:koncentrat, količini jabučne kiseline i kemijskom sastavu ja¬bučne kiseline dodane u hranu. Stoga je potrebno dalje in vivo istraživanje kako bi se došlo do konačnih zaključaka.
U radu je ispitan učinak aflatoksina B1, okratoksina A i zearalenona na morfologiju, parametre rasta i metaboličku aktivnost kvasaca Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Candida utilis i ...Kluyveromyces marxianus. Rezultati pokazuju da su tri mikotoksina utjecala na morfologiju svih kvasaca, prvenstveno na promjer stanica, ali ne i na njihov konačni broj. Fourierova transformacija infracrvene spektroskopije pokazala je da su membrane kvasaca vezale mikotoksine, naročito C. utilis. Kod većine kvasaca, osim kvasca S. uvarum izloženog okratoksinu A i zearaenonu, došlo je do denaturacije staničnih membrana. U ranoj su fazi fermentacije svi kvasci izloženi mikotoksinima imali nižu metaboličku aktivnost i sporiji rast biomase u usporedbi s kontrolom, no koncentracije produkata fermentacije i biomase dosegnule su razinu kontrolnih uzoraka do završetka fermentacije, osim u slučaju C. utilis izloženog 20 µg/mL zearalenona. Adaptivni odgovor mikotoksina upućuje na zaključak da se određeni kvasci mogu koristiti za kontrolu koncentracije mikotoksina u proizvodnji fermentirane hrane i pića.
Proizveden je mutant AmySΔR179-G180 delecijom arginina (Arg179) i glicina (Gly180) u α-amilazi iz bakterije Bacillus stearothermophilus (AmyS) pomoću ciljane mutageneze, a radi poboljšanja njezinih ...svojstava. Amilaze AmyS i AmySΔR179-G180 eksprimirane su u bakteriji Bacillus subtilis i pročišćene taloženjem pomoću amonijeva sulfata, te su im opisana i uspoređena svojstva. Delecijom aminokiselina Arg179 i Gly180 poboljšala se termostabilnost α-amilaze AmySΔR179-G180, a vrijeme poluraspada pri 100 °C bitno se produljilo s 24 na 33 min. Osim toga, ova je amilaza otpornija na djelovanje kiselina i treba manje kalcija za održavanje aktivnosti. Sekrecijska svojstva rekombinantnog soja ispitana su šaržnom fermentacijom u fermentoru od 7,5 L, te je dobivena velika aktivnost α-amilaze. Postignuta je najveća aktivnost od 3300 U/mL i produktivnost od 45,8 U/(mL•h).
Bioethanol is a biofuel that is mostly used as a replacement for fossil fuels worldwide. Trends of producing this alternative fuel are rising and maize is one of the best renewable raw materials for ...the production of fuel ethanol due to the high content of starch in the grain. Major by-product that arises from the fermentation process of corn is dried distillers’ grains with solubles (DDGS). Due to its high feeding value, high protein and other valuable nutrients it represents an excellent component for livestock feed mixtures. Corn grain wet milling process produces apart from corn starch, which is the main product of great importance to the food and other industries, valuable by-products, which may also find their applications in human and animal nutrition. In the theoretical part of this dissertation a comprehensive overview of global trends in the production of bioethanol was made. State of the art technologies of corn grain processing used in the production of this alternative fuel and starch, as well as innovations that are being developed in order to improve the efficiency and cost-effectiveness of these production processes were introduced. Hybrids created in the Maize Research Institute "Zemun Polje" represent unique starting material for research of the possibilities of bioethanol, starch and animal feed production. The aim of this study was to, starting from different physical properties and chemical composition of standard and specialty hybrids of different genetic background, determine how and in which level do the grain characteristics affect the yield and quality of the final products. The physical and chemical properties of grain corn hybrids were investigated. The optimization process of enzymatic hydrolysis and fermentation of whole grain flour obtained from the selected maize hybrids by using thermostable enzyme α-amylase Termamyl SC and glucoamylase SAN Extra L, as well as the production microorganism - yeast Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus was conducted. Under optimal reaction conditions (ratio of corn flour and water 1:3, the concentration of α-amylase Termamyl SC 0.02% (v/w), glucoamylase SAN Extra L 0.12% (v/w) and inoculum concentration of Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus 2% (v/v), fermentation temperature 30˚C) adequate fermentation time for the modified process of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was determined (36h) in order to obtain a higher yield of ethanol as well as electricity savings. Maximum ethanol yields that can be achieved by fermentation of certain hybrids were determined. Highest ethanol yield (94.5% of theoretical content) was obtained from whole grain flour of hybrid ZP 434 in the separate hydrolysis and fermentation process (SHF), and it was concluded that higher bioethanol yields can be achieved on standard hybrids in regard to the specialty hybrids. Statistical analysis based on calculated correlation coefficients examined a link between certain physical and chemical parameters and ethanol yield. It was concluded that bioethanol yield was influenced by different factors. Chemical composition and physical properties of the whole kernel as well as other process parameters influenced the overall bioethanol yield. According to chemical composition and digestibility analysis of dried distillers’ grains with solubles (DDGS), it was found that all samples meet the quality requirements of the components of animal feed and can be used in complete and concentrated feed mixtures. Technological characteristics of corn grain wet milling process of the selected hybrids, i.e. the yield and quality of starch, as well as by-products (bran, gluten, germ, steep water and process water). In addition, amylose and amylopectin content, i.e. amylose and amylopectin ratio of the starches yield isolated from different maize genotypes were determined. Based on calculations, energy values of ethanol that can be obtained from one kilogram of maize, or combustion energy, of whole grain, certain components of grain, corn cobs and DDGS, it was determined that these products are rich in energy which indicates their quality and potential use of maize as energy source. Based on the average costs of production per acre of corn grain, and total ethanol production costs, potential incomes from the sale of by-products of this fuel, evaluation the feasibility of bioethanol production compared to corn per hectare of arable land and per kilogram of maize in Serbia was conducted. It was found that profit from one liter of ethanol would be higher than from one kilogram of corn grain. However, because production of one liter of ethanol requires on average 2.5 kg of corn grain, according to calculations it can be concluded that production of corn grain per hectare of arable land would be more profitable in our country.
Bioetanol je biogorivo koje se širom sveta najviše koristi kao zamena za fosilna goriva. Trend proizvodnje ovog goriva je rastući, a kukuruz predstavlja jednu od najboljih obnovljivih sirovina za njegovu proizvodnju zahvaljujući visokom sadržaju skroba u zrnu. Suva džibra sa rastvorenim materijama (SDžSRM) je najznačajniji sporedni proizvod procesa proizvodnje bioetanola iz kukuruza. Zahvaljujući visokoj hranljivoj vrednosti, sadržaju proteina i drugih hranljivih materija, predstavlja kvalitetno hranivo koje može naći primenu kao komponenta u smešama koje se koriste za ishranu životinja. Procesom mokrog mlevenja zrna kukuruza se osim skroba, koji je osnovni proizvod od velikog značaja za prehrambenu i druge industrije, dobijaju vredni sporedni proizvodi koji takođe mogu naći primenu u ishrani ljudi i životinja. U teorijskom delu ove disertacije dat je sveobuhvatni prikaz svetskih trendova u proizvodnji bioetanola. Predstavljene su savremene tehnologije prerade kukuruza koje se koriste u proizvodnji ovog alternativnog goriva i skroba kao i inovacije koje se razvijaju u cilju poboljšanja efikasnosti i ekonomske isplativosti ovih postupaka. Hibridi kukuruza stvoreni u Institutu za kukuruz "Zemun Polje" predstavljaju jedinstven polazni materijal za istraživanja mogućnosti proizvodnje bioetanola, skroba i hrane za životinje. Cilj ovih istraživanja bio je da se polazeći od drugačijih fizičkih karakteristika i hemijskog sastava hibrida standardnog kvaliteta zrna i hibrida specifičnih svojstava različite genetičke osnove utvrdi na koji način i u kojoj meri ova svojstva zrna utiču na prinos i kvalitet finalnih proizvoda. Određena su fizička svojstva i hemijski sastav zrna ispitivanih hibrida kukuruza. Izvršena je optimizacija procesa enzimske hidrolize i alkoholne fermentacije brašna celog zrna odabranih hibrida kukuruza primenom enzima termostabilne α-amilaze Termamyl SC i glukoamilaze SAN Extra L, kao i proizvodnog mikroorganizma - kvasca Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus. Pri optimalnim reakcionim uslovima (odnos kukuruznog brašna i vode 1:3; koncentracija α-amilaze Termamyl SC 0,02% (v/w), glukoamilaze SAN Extra L 0,12% (v/w) i koncentracija inokuluma kvasca Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus 2% (v/v); temperatura fermentacije 30˚C) utvrđeno je adekvatno vreme trajanja fermentacije u cilju dobijanja što većeg prinosa etanola i uštede električne energije koji za modifikovani proces simultane saharifikacije i fermentacije iznosi 36h. Određeni su maksimalni prinosi bioetanola koji se mogu ostvariti fermentacijom ispitivanih hibrida. Ustanovljeno je da je hibrid ZP 434 dao najveći prinos bioetanola (94,5% od teorijskog sadržaja) u procesu odvojene hidrolize i fermentacije (SHF), kao i da veće prinose bioetanola mogu ostvariti hibridi standardnog hemijskog sastava zrna u odnosu na hibride specifičnih svojstava. Statističkom analizom, na osnovu izračunatih koeficijenata korelacije ispitano je postojanje veze između pojedinih fizičkih i hemijskih parametara zrna i prinosa etanola. Zaključeno je da je prinos bioetanola iz celog zrna ispitivanih ZP hibrida kukuruza posledica delovanja više različitih faktora. Hemijski sastav i fizičke karakteristike zrna, kao i drugi parametri procesa proizvodnje uticali su na prinos bioetanola. Analizom hemijskog sastava i svarljivosti suve kukuruzne džibre sa rastvorenim materijama ustanovljeno je da su sve džibre bile dobrog kvaliteta i da se kao takve mogu koristiti kao hranivo za pripremu potpunih i koncentrovanih smeša za ishranu životinja. Ispitivane su i tehnološke karakteristike mokrog mlevenja zrna odabranih hibrida, odnosno prinos i kvalitet skroba kao i prinos sporednih proizvoda procesa mokrog mlevenja kukuruza (mekinje, gluten, klice, voda od močenja i procesna voda). Pored toga, određivan je sadržaj amiloze i amilopektina, odnosno odnos amiloze i amilopektina u skrobovima izolovanim iz različitih genotipova kukuruza. Na osnovu proračuna energetskih vrednosti bioetanola koji se može dobiti iz kilograma kukuruza, odnosno energije sagorevanja celog zrna, pojedinih komponenata zrna, kukuruznog oklaska i suve kukuruzne džibre sa rastvorenim materijama ustanovljeno je da su ovi proizvodi bogati energijom što ukazuje na njihov kvalitet i potencijalnu primenu kukuruza kao energenta. Na osnovu prosečnih troškova proizvodnje kukuruza po hektaru, strukture i ukupnih troškova proizvodnje bioetanola, mogućih prihoda od sporednih proizvoda i prodaje ovog goriva u Srbiji izvršena je procena isplativosti proizvodnje bioetanola od kukuruza, po hektaru obradive površine kao i po kilogramu kukuruza. Utvrđeno je da bi se prodajom jednog litra etanola mogao ostvariti veći profit od onog koji se ostvaruje prodajom kilograma merkantilnog kukuruza. Međutim, s obzirom da je za proizvodnju jednog litra etanola u proseku potrebno 2,5 kg zrna kukuruza, na osnovu ovog proračuna se zaključuje da je u našoj zemlji po hektaru obradive površine veća isplativost od prodaje merkantilnog kukuruza.
PDF
