ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
133
ЗНАЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА БИОЭТАНОЛА
Джамалов Зохид Зафарович
1
Шамшиев Жаъфар Абдусалимович
2
Исламов Сохиб Яхшибекович
3
1
доктор философии технических наук (PhD)
Джизакского политехнического института,
2
доктор философии сельскохозяйственных наук (PhD)
Джизакского политехнического института,
3
доктор сельскохозяйственных наук (DSc), профессор Ташкентского
государственного аграрного университета
https://doi.org/10.5281/zenodo.13341599
Аннотация.
Обзор будет сосредоточен на добавленной стоимости виноградных
лоз за счет биотехнологических вмешательств и устойчивых процессов, а также
проанализирует текущие сценарии и возможности для обеспечения устойчивости.
Твердофазная ферментация (SSF) - это технология, которая позволяет перерабатывать
сельскохозяйственные отходы во многие ценные биопродукты, такие как этанол. В
этом статьи мы представляем лабораторный SSF для производства биоэтанола из
виноградного выжимка с использованием дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Была
выяснена зависимость эффективной фракции от относительной диэлектрической
проницаемости биоэтанола, бензина и их смесей.
Ключевые слова:
ферментация, биопродукты, этанол, бензин, дрожжи.
Производство этанола с технологией SSF из многих побочных продуктов и
сельскохозяйственных отходов привлекло внимание примерно 30 лет назад[1]. Однако
не было обнаружено исследований, в которых эти биопроцессы применялись бы к
остаткам в регионе Узбекистана.
В этой статье мы представляем испытание производства этанола в SSF с
использованием виноградного осадка в качестве субстрата. Эти результаты
сравнивали с результатами водно-спиртовой ферментации, а также измеряли степень
снижения массы остатков.
Ферментация в твердой среде (SSF) - это технология, которая позволяет получать
многие ценные биопродукты, такие как ферменты, пестициды, удобрения, красители,
органические кислоты и спирты, с использованием сельскохозяйственных остатков в
качестве сырья. В то же время эти ферменты сводят к минимуму остатки и
обеспечивают безопасное окончательное удаление [2].
В настоящее время газообразные продукты, содержащиеся в ископаемом топливе,
при сгорании углеводородов в двигателях внутреннего сгорания транспортных
средств, являются одной из основных причин загрязнения, глобальных выбросов
парниковых газов, из которых 72,8% приходится на автомобильный транспорт[3].
Во многих странах были предприняты значительные усилия по борьбе с
загрязнением и смягчению его последствий. В последние годы стало популярным
использование чистой энергии, такой как биотопливо. Фактически, биоэтанол,
смешанный с бензином, используется в качестве топлива для автомобилей во многих
странах. Эти смеси, как правило, содержат низкую концентрацию спирта - до 10 %
ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
134
(например, в Америки и большинстве стран Европы), тогда как в Бразилии
используется более высокие концентрации -до 85%, и в Америки так же доступно -
85%. смеси. Соединенные Штаты и Бразилия являются не только потребителями
биоэтанола для автомобилей, но и мировыми производителями этого биоэтанола.
Приготовление экстракта двух-объемной холодной воды (4°C) и твердый образец
единичной массы перемешивали в течение 10 минут для приготовления экстракта с
технологией SSF (вращающаяся мешалка, 250 об/мин). Затем его фильтровали и
центрифугировали. Супернатант использовали для аналитических измерений.
Биомассу определяли путем подсчета клеток (камера Нойбауэра), с помощью
окрашивания индикатором различали живые и неживые клетки. Общее содержание
сахара измеряли фенол-сернокислотным методом [6]. Содержание этанола измеряли с
помощью инфракрасного автоанализатора.
Потеря веса была измерена в каждой культуре. Используя анализатор влажности
(производства Ohaus Co., Ltd. с галогенной лампой), измеряли влажность образца SSF.
Для жидких образцов также измеряли рН (pH-метр, WTW 330) и плотность
(рефрактометр Брикса).
Чтобы исследовать производство этанола из SSF, виноградные косточки
подвергали 3-х спиртовой ферментации дрожжами Saccharomyces cerevisiae в течение 4
дней.
Чтобы подтвердить ход ферментации, подсчитывали количество живых клеток,
потерю веса, остаточный сахар и содержание этанола. Потеря массы сосудов связана с
выделением углекислого газа.
В реакции глюкоза превращается в этанол и углекислый газ.
C
6
H
12
O
6
→ 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
Биоэтанол - это высокооктановое биотопливо, получаемое в результате
ферментации кукурузы, картофеля, зерновых (пшеницы, ячменя, ржи), сахарной
свеклы, сахарного тростника и растительных остатков.
Биоэтанол обычно используется в транспортном секторе в определенных сортах
бензина или смешивается с добавками, повышающими октановое число (этил трет-
бутиловый эфир). Метилтребутиловый эфир, который использовался для повышения
октанового числа, был запрещен в Соединенных Штатах и Канаде, поскольку он
является канцерогенным, а спрос на биоэтанол растет. Этилтребутиловый эфир (сырье
для производства 45% биоэтанола и 55% изобутилена) начал использоваться во
многих странах для замены метилтребутилового эфира [7]. Некоторые свойства
бензина и этанола представлены в таблице 1.
Таблица 1 . Некоторые характеристики бензина и этанола
Характеристики
Этанол
Бензин
Формула
C
2
H
5
OH
C
n
H
2n+2 (n: 4-12)
Молекулярный вес
46,07
100-105
Состав, вес (%)
Углерод
52,2
85-88
Водород
13,1
12-15
Кислород
34,7
0
Удельный вес (33
о
С)
0,796
0,72-0,78
ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
135
Плотность (кг, л
-1
) (33
о
С)
0,792
0,719-0,779
Температура кипения (
о
С)
95,5
44,4-242,5
Октановое число
100
86-94
Температура замерзание (
о
С)
-96,1
-22,2
Температура
самовоспламенения (
о
С)
440
275
Скрытая теплота
парообразования (кДж кг
-1
-33
о
С)
920
350
Теплотворная способность (кДж
кг
-1
)
29,800-26,800
45,600-43,000
Стехиометрическое воздушное
топливо
-1
, вес
9,0
14,7
Этанол смешивают с бензином из расчета 5%, 10% и 85%. В общей сложности 85%
этанола может использоваться только в некоторых двигателях, а смесь из 5% и 10%
может использоваться без модификации двигателя. Автомобиль на мягком топливе
может эксплуатироваться с меньшей скоростью и широко популярен в Соединенных
Штатах.
Метод определения характеристик диэлектрика хорошо известен и используется
в промышленности [8]. По сравнению с другими методами, эта характеристика имеет
такие преимущества, как отсутствие необходимости модифицировать образец,
доступны простые методы измерения, измеряется широкий диапазон физических и
химических свойств, а условия испытаний неизменно безопасны.
Относительная диэлектрическая проницаемость как функция температуры и
состава на диэлектрическую проницаемость жидкостей сильно влияет температура.
Для некоторых композиций эффективная часть диэлектрической проницаемости
уменьшается с повышением температуры.
С точки зрения состава, диэлектрическую проницаемость смеси веществ с
одинаковой полярностью, таких как дизельное топливо и биодизель, обычно можно
оценить, используя линейную функцию от диэлектрической проницаемости чистых
веществ [9]. Однако, если разница в полярности велика, как у смеси бензина
(неполярного) и биоэтанола (полярного), то диэлектрическая проницаемость не может
быть рассчитана этим методом. Расчет диэлектрической проницаемости жидкости на
основе ее молекулярной структуры является сложной задачей, поскольку она
включает в себя детали ее молекулярной структуры и межмолекулярных
взаимодействий. Поэтому в литературе было предложено несколько правил
смешивания для низкочастотных диэлектрических свойств и показателя преломления
(диэлектрическая проницаемость в оптической области) [10]. Однако для многих
смесей веществ с большими полярными различиями закон смешивания позволяет
получить точные результаты только в ограниченном диапазоне состава.
ILM-FAN VA INNOVATSIYA
ILMIY-AMALIY KONFERENSIYASI
in-academy.uz/index.php/si
136
References:
1.
Джамалов З.З., Кемалов Р.А., Исламов С.Я., Шамшиев Ж.А. Кинетика и
термодинамика сушки виноградного жмыха // Вестник Хорезмской академии
Маъмуна. – 2023. – №. 10/1 (107). – С. 130-133.
2.
Джамалов З.З., Кемалов Р.А., Исламов С.Я., Шамшиев Ж.А. Оценка эффективности
предварительной химической обработки виноградного жмыха и экологические
аспекты процесса химического гидролиза // Вестник Хорезмской академии Маъмуна. –
2023. – №. 10/1 (107). – С. 133-136.
3.
Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А., Джамалов З.З., Брызгалов Н.И., Мансуров О.П. Способ
получения биоэтанола из виноградной выжимки // Патентное ведомство: RU 2790726.
– 2023. – № 2022114365.
4.
Джамалов З.З., Кемалов Р.А. Моделирование составе мультиферментного
комплекса для получения моносахаридов с высокой степенью конверсии //
Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2023. – №. 4. – С. 42-48.
5.
Джамалов З.З., Кемалов Р.А. Современные состояние и пути совершенствования
производства биоэтанола из виноградного жмыха // Альтернативная энергетика и
экология (ISJAEE). – 2023. – №. 2. – С. 34-42.
6.
Джамалов
З.З.
Перспективы
технологии
этанолпродуцирующих
микроорганизмов, участвующих в брожении // Актуальные проблемы теории и
практики развития научных исследований: сборник статей Международной научно-
практической конференции (10 ноября 2022 г., г. Пермь). – Уфа: Аэтерна, 2022, стр. 14-
20.
7.
Джамалов З.З., Тулибаев А.Н., Кемалов Р.А. Биотехнологический потенциал
производства биоэтанола, относительная диэлектрическая проницаемость смесей
биоэтанола и бензина в зависимости от температуры и состава // Роль науки и
образования в модернизации и реформировании современного общества: Сборник
статей по итогам Международной научно-практической конференции (Новосибирск,
09 ноября 2022 г.) – Стерлитамак: АМИ, 2022. – С. 6-11.
8.
Джамалов З.З., Мансуров О.П. Перспективные методы в области предварительной
обработки лигноцеллюлозы для производства биоэтанола // Но вая наука в новом
мире: сборник статей III Международной научно-практической конференции (7 ноября
2022 г.) – Петрозаводск : МЦНП «Новая наука», 2022. – С. 194-200.
9.
Джамалов З.З., Кемалов Р.А., Исламов С.Я. Kinetics and Thermodynamics of Grape
Drying // Journal «Eurasian Journal of Physics, Chemistry and Mathematics». – Belgium, 2023.
– № 21. – P. 67-70 (ISSN (E) 2795-7667)
10.
Джамалов З.З., Кемалов Р.А., Исламов С.Я. Evaluation of the Effectiveness of the
Preliminary Chemical Treatment of Grape Cake and Environmental Aspects of the Chemical
Hydrolysis Process // Journal «Eurasian Research Bulletin». – Belgium, 2023. – № 23. – P. 31-
33. (ISSN (E) 2795-7675)
11.
Джамалов З.З., Шамшиев Ж.А. Исследование влияния штаммов дрожжей на
процесс спиртового брожения при получении биоэтанола из виноградных отходов //
Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE), 06 (423) 2024, с. 12- 16.
12.
Джамалов З.З. Выбор штаммов дрожжей при получении биоэтанола из выжимки
винограда // Вестник аграрной науки узбекистан. – 2024. – № 2 (14/2). – С. 148-150.
