Siberian Federal University

Issue

Journal of Siberian Federal University. Biology. 2022 15 (3)

Authors

Serba, Elena M.; Rimareva, Lyubov V.; Van Chi Tran; Overchenko, Marina B.; Ignatova, Nadezhda I.; Pavlova, Anzhelika A.; Abramova, Irina M.

Contact information

Serba, Elena M.: Russian Research Institute of Food Biotechnology-Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety Moscow, Russian Federation; ; ORCID: 0000-0002-1660-2634; Rimareva, Lyubov V.: Russian Research Institute of Food Biotechnology-Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety Moscow, Russian Federation; ORCID: 0000-0003-3097-0836; Van Chi Tran: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry Thai Nguyen, Vietnam; ORCID: 0000-0001-5067-6189; Overchenko, Marina B.: Russian Research Institute of Food Biotechnology-Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety Moscow, Russian Federation; Ignatova, Nadezhda I.: Russian Research Institute of Food Biotechnology-Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety Moscow, Russian Federation; Pavlova, Anzhelika A.: Russian Research Institute of Food Biotechnology-Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety Moscow, Russian Federation; Abramova, Irina M.: Russian Research Institute of Food Biotechnology-Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety Moscow, Russian Federation; ORCID: 0000-0001-9297-0554

Keywords

grain sorghum; wort; microbial conversion; ethanol; lysine

Abstract

Показана перспективность использования сахарного сорго в производстве спирта взамен традиционно применяемых зерновых культур пищевого назначения. Однако практически не исследованы вопросы комплексной биотехнологической переработки зернового сорго в этанол и кормовые белково-аминокислотные добавки. Цель работы состояла в изучении влияния особенностей состава полимеров зерна сорго на качество сусла, эффективность его сбраживания, выход спирта и синтез лизина. Объектами исследований являлись различные сорта зернового сорго, спиртовые дрожжи Sасcharomyces cerevisiae 985-Т и продуцент лизина Brevibacterium RCAM 01129. Сусло, приготовленное из зерна сорго с более высокой крахмалистостью, обладало хорошей экстрактивностью и содержало максимальное количество растворимых сухих и редуцирующих углеводов. Однако высокое содержание некрахмальных полисахаридов и белков отрицательно сказывалось на реологических свойствах сусла, вязкость которого повышалась на 20–30 %. Уровень синтеза этанола существенно зависел от качественных показателей сусла и от содержания в зерне основных полимеров. Так, результаты сбраживания сусла, приготовленного из зерна сорго с крахмалистостью порядка 72 %, но различающегося по содержанию других полимеров, показали, что более высокий уровень образования спирта отмечен в бражке из сортов с пониженным содержанием гемицеллюлозы. Наиболее низкая степень конверсии углеводов в этанол отмечена при сбраживании сусла, приготовленного из сорта сорго с содержанием гемицеллюлозы 8,3 %, несмотря на самую высокую его крахмалистость (75,6 %). При этом выход спирта со 100 г крахмала составил 64,3 см3, что на 3,3–3,6 % ниже аналогичных показателей в вариантах, где использовались сорта с более низким содержанием некрахмальных полисахаридов. На уровень синтеза лизина, так же как этанола, оказывало влияние содержание углеводных и белковых полимеров в исследуемых сортах сорго. Наибольший выход лизина (28,7 %) достигнут на питательных средах, приготовленных из сортов сорго с высоким содержанием крахмала (74,1 %) и белка (12,0 %), но пониженным – гемицеллюлоз (6,1 %). Представлена схема комплексного производства спирта и кормовой лизино-белковой добавки, в которой содержание белка в 1,8 раза, а лизина – в 36,5 раза выше, чем в зерновой барде

Sugar sorghum has been extensively studied as a promising crop for the production of alcohol instead of traditionally used food crops. However, the issues of combined biotechnological processing of grain sorghum into ethanol and protein-amino acid feed supplements have hardly been investigated. The aim of the present work was to study the effect of the polymer composition of sorghum grain on the quality of wort, the efficiency of its fermentation, the yield of alcohol, and the synthesis of lysine. Different varieties of grain sorghum, alcohol yeast Sасcharomyces cerevisiae 985-Т, and lysine producer Brevibacterium RCAM 01129 were used in this study. The wort prepared from sorghum grain with higher starchiness had adequate extract content and contained the maximum amount of soluble dry and reducing carbohydrates. However, the high content of non-starch polysaccharides and proteins negatively affected the rheological properties of the wort, the viscosity of which increased by 20–30 %. The level of ethanol synthesis was essentially determined by the quality parameters of the wort and the content of the main polymers in the grain. Thus, the results of fermentation of wort prepared from sorghum grain with starch content of about 72 % but differing in the content of other polymers showed that the level of alcohol formation was higher in the brews of varieties with reduced hemicellulose content. The lowest degree of conversion of carbohydrates to ethanol was observed in the fermentation of wort prepared from sorghum with hemicellulose content of 8.3 %, despite its highest starchiness (75.6 %). At the same time, the yield of alcohol from 100 g of starch was 64.3 cm3, which was 3.3–3.6 % lower than where varieties with lower content of non-starch polysaccharides were used. The level of synthesis of lysine, as well as ethanol, was influenced by the content of carbohydrate and protein polymers in the sorghum varieties studied in this work. The highest lysine yield (28.7 %) was achieved on nutrient media prepared from sorghum varieties high in starch (74.1 %) and protein (12.0 %) but low in hemicellulose (6.1 %). A scheme of combined production of alcohol and lysine-protein feed supplements has been developed, in which the protein and lysine contents are higher by a factor of 1.8 and 36.5, respectively, compared to grain vinasse

Pages

347–362

DOI

10.17516/1997-1389-0392

Paper at repository of SibFU

https://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/149182

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0).