Переработка картофельных отходов может стать путём к повышению эффективности конверсии пищевых отходов

Исследователи из Колледжа сельскохозяйственных наук Университета Пенсильвании разработали новый подход для более эффективного преобразования картофельных отходов в этанол. Этот процесс может привести к снижению затрат на производство биотоплива в будущем и добавить дополнительную ценность для производителей чипсов.

Используя картофельное пюре из очисток и остатков картофеля от пищевого переработчика, исследователи запустили одновременный процесс осахаривания (расщепления сложного углевода крахмала на простые сахара) и ферментации (превращения сахаров в этанол дрожжами или другими микроорганизмами) в биореакторах.

Инновационным был одновременный характер процесса. Добавление в биореактор плесени Aspergillus niger и дрожжей Saccharomyces cerevisiae катализировало превращение картофельных отходов в биоэтанол.

Биореактор содержал пластиковые композитные носители для стимулирования образования биоплёнки и увеличения популяции микроорганизмов. В среде биоплёнки микробные клетки более многочисленны и устойчивы к стрессу, что повышает продуктивность. Это было особенно важно, так как активность ферментов плесени требовала более высокой температуры, а дрожжи должны были её выдерживать.

Исследователи оценили влияние температуры, pH и скорости аэрации. Оптимальными условиями оказались 35 °C (95 °F) и pH 5.8 без аэрации. Через 72 часа была достигнута максимальная концентрация этанола — 37.93 грамма на литр. Выход составил 0.41 грамма этанола на грамм крахмала.

«Эти результаты обнадёживают, потому что биореактор с ко-культурной биоплёнкой обеспечил аналогичное производство этанола (37.93 г/л) по сравнению с обычным методом (37.05 г/л), который требовал предварительной обработки коммерческими ферментами при более высокой температуре», — объяснил профессор Али Демирчи. — «Таким образом, отказ от добавления внешних ферментов и снижение энергозатрат определенно сократят стоимость производства биоэтанола».

Сканирующая электронная микроскопия показала, что в биоплёнке гифы (нити) плесени создают поверхность для прикрепления дрожжей, что является положительным фактором.

Результаты, демонстрирующие, что пластиковые композитные носители можно использовать для одновременного осахаривания и ферментации в биореакторах с ко-культурами, опубликованы в журнале Fuel.

«В целом, производство биоэтанола из крахмалосодержащих промышленных отходов можно улучшить с помощью биоплёночных реакторов, а стоимость производства снизить за счёт интеграции одновременного процесса осахаривания и ферментации и совместного культивирования», — отметила исследователь Гюльтен Измирлиоглу.

Более эффективное производство биоэтанола необходимо для удовлетворения спроса на возобновляемую энергию и снижения негативного воздействия нефтяного топлива на окружающую среду. Для этого требуются недорогие и доступные субстраты, такие как картофельная масса, а также усовершенствованные технологии переработки с более высокой производительностью.

Проект представляет большой интерес для компании Keystone Potato Products, которая надеется, что этот новый подход поможет добавить ценность её отходам картофельного пюре, обеспечив экономичное и экологичное управление отходами через производство ценных продуктов.