Comparison of Waxy vs. Nonwaxy Wheats in Fuel Ethanol Fermentation

Abstract

Cereal Chem. 86(2):145-156 Fermentation performance of eight waxy, seven nonwaxy soft, and 15 nonwaxy hard wheat cultivars was compared in a laboratory dry-grind procedure. With nitrogen supplements in the mash, the range of ethanol yields was 368-447 L/ton. Nonwaxy soft wheat had an average ethanol yield of 433 L/ton, higher than nonwaxy hard and waxy wheat. Conversion efficiencies were 91.3-96.2%. Despite having higher levels of free sugars in grain, waxy wheat had higher conversion efficiency than nonwaxy wheat. Although there was huge variation in the protein content between nonwaxy hard and soft wheat, no difference in conversion efficiency was observed. Waxy cultivars had extremely low peak viscosity during liquefaction. Novel mashing properties of waxy cultivars were related to unique pasting properties of starch granules. With nitrogen supplementation, waxy wheat had a faster fermentation rate than nonwaxy wheat. Fermentation rates for waxy cultivars without nitrogen supplementation and nonwaxy cultivars with nitrogen supplementation were comparable. Ethanol yield was highly related to both total starch and protein content, but total starch was a better predictor of ethanol yield. There were strong negative relationships between total starch content of grain and both yield and protein content of distillers dried grains with solubles (DDGS).

Limitations and Challenges for Wheat-Based Bioethanol Production

“…The following five parameters have been shown to influence the functional properties of starch and are used as evaluative criteria in this study: amylose/amylopectin content [Zhao et al, 2009;Wu et al, 2006, Wu et al, 2007Lee et al, 2001]; starch granule morphology [Liu et al, 2007]; amylopectin fine structure [Zhang et al, 2008a;Sasaki et al, 2002;Zhang et al, 2008b]; thermal properties [Zhao et al, 2009;Wu et al, 2007]; pasting properties [Zhao et al, 2009].…”

“…In this chapter, we review the rational for grain-based bioethanol production, the starch characteristics that would be optimal for a bioethanol feedstock, and propose selection criteria for development of dedicated, wheat-based, bioethanol feedstocks. USA) [ Zhao et al, 2009] and the most commonly available blended gasoline contains 10% (E10) corn ethanol [Pryor, 2009;Tao & Aden, 2009]. Brazil produced approximately 24.5 billion L in 2008 but mandates 20-25% (E20-E25) blend ratios [Hahn, 2008].…”

Desarrollo y evaluación de nuevo germoplasma de maíz (Zea mays L.) para uso especial en Argentina

“…En consecuencia, 100 g de almidón producen 56,73 g de etanol (=69,61 ml EtOH) (Widstrom et al, 1987;Gulati et al, 1996;Srichuwong et al, 2010). Sin embargo, en el proceso industrial las levaduras no fermentan únicamente a la glucosa hidrolizada a partir del almidón, sino también a otros azúcares fermentables (fructosa, maltosa y sacarosa) que están presentes en el grano antes de la molienda y también aquellos probablemente liberados a partir de polisacáridos no almidonosos durante la trituración del grano (Zhao et al, 2009) En la Tabla 8.102 se presenta el rendimiento expresado en Kg. grano/ha y la cantidad de almidón extraíble (%ES) junto al rendimiento teórico de etanol de cada híbrido a través de la molienda seca.…”

“…Otros estudios realizados en trigos waxy también demuestran que la eficiencia de conversión del almidón en etanol de este tipo de materiales es hasta un 5% mayor que la observada en trigos duros o blandos (Zhao et al, 2009). Los gránulos de almidón gelatinizados de los trigos waxy son más susceptibles a la ruptura durante la licuefacción por lo que las moléculas de almidón están más expuestas y accesibles a la α-amilasa y los picos de viscosidad son menores.…”

“…Los gránulos de almidón gelatinizados de los trigos waxy son más susceptibles a la ruptura durante la licuefacción por lo que las moléculas de almidón están más expuestas y accesibles a la α-amilasa y los picos de viscosidad son menores. De esta forma, la industria de la molienda seca podría incrementar el contenido de sólidos del puré, disminuir las dosis de α-amilasa o reducir los requerimientos de energía de los sistemas de agitación cuando se utilizan materiales waxy como materia prima (Zhao et al, 2009). Por su parte, Martínez et al (1996) observaron que los maíces de alta calidad proteica rinden una mayor cantidad de ES que los materiales convencionales con la ventaja de que su gluten es altamente energético y rico en aminoácidos esenciales, por lo que los co-productos de la molienda (gluten-meal, DDG, DDGS) resultan un alimento excelente para cerdos, aves de corral y bovinos.…”