Distillery wastes to lactic acid: Bio refinery approach

Abstract

The cost of distillery wastewater treatment is an important issue in overall economy of bioethanol production. Besides traditional utilization of distillery wastewater or stillage in animal nutrition, its chemical complexity is offering other possibilities. Complete distillery wastewater and liquid stillage from bioethanol production were studied as substrates for batch, fed-batch and repeated batch lactic acid fermentation by Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 for parallel production of lactic acid, probiotics and feed. Both of the substrates, liquid stillage and complete stillage enabled effective production of lactic acid with the process productivity of approximately 1.80 g h-1L-1, however utilization of the remains was different. The first strategy enabled conversion of liquid distillery wastewater into lactic acid and high value feed additive with zeolite immobilized probiotic biomass. The second strategy enabled effective lactic acid production on the complete stillage with additional production of high quality fermented feed for monogastric animals.

Troškovi tretmana destilerijske otpadne vode značajno utiču na ukupnu cenu proizvodnje bioetanola. Pored tradicionalne upotrebe destilerijske otpadne vode ili džibre u ishrani stoke, složeni hemijski sastav džibre pruža i alternativne mogućnosti iskorišćenja. Kompletna destilerijska džibra iz proizvodnje bioetanola na otpadnom hlebu je korišćena kao supstrat za mlečno-kiselinsku fermentaciju pomoću Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 u cilju proizvodnje mlečne kiseline, probiotika i stočne hrane. Koncentracija mlečne kiseline, broj živih ćelija i koncentracija redukujućih šećera su praćeni u toku fermentacije. Mlečno-kiselinska fermentacija tečnog dela destilerijske džibre je izvođena šaržno sa slobodnim i imobilisanim biokatalizatorom i takođe šaržno sa recikulacijom pomoću imobilisane biomase na zeolitu. U mlečno-kiselinskoj fermentaciji cele džibre postignuta je visoka koncentracija mlečne kiseline dok je fermentisani čvrst ostatak džibre pokazao adekvatna svojstva za upotrebu u ishrani monogastričnih životinja. Obe vrste supstrata, tečni deo džibre i kompletna džibra omogućavaju efikasnu proizvodnju mlečne kiseline sa produktivnošću od oko 1,80 g L-1 h-1, ali nastaju različiti sporedni proizvodi. Prva strategija omogućava korišćenje tečnog dela džibre za proizvodnju mlečne kiseline i vrednog probiotskog dodatka ishrani životinja (sa brojem živih ćelija od preko 1010 CFU ml-1) uz mogućnost iskorišćenja zaostalog nefermentisanog dela džibre za proizvodnju stočne hrane. Druga strategija podrazumeva fermentaciju cele džibre u kojoj paralelno nastaju mlečna kiselina i fermentisani čvrsti ostatak kao visoko vredna hrana za monogastrične životinje. U oba procesa nije bilo potrebno obogaćivati džibru ni sa mineralima ni sa skupim izvorima azota. PR This work was funded by the Serbian Ministry of Education, Science and Technological development (TR 31017).