Weipermeaat als grondstof voor ethanol en single cell protein productie

Whey permeate is a side-product of the milk industry that, due to its composition, has little value in the
cattle feed market. However, it contains high amounts of sugars (lactose), which makes it an attractive
substrate for fermentation-based production of building blocks and fuels, including bioethanol. The yeast
Kluyveromyces marxianus has the metabolic capacity to efficiently convert lactose to ethanol and single-cell
proteins (SCPs), effectively revalorizing whey permeate. A potential contaminant of bioethanol, ethylacetate,
is produced during the aerobic metabolism of K. marxianus. Therefore, the optimization of the fermentation
conditions to maximize bioethanol and SCPs production and prevent ethylacetate formation is crucial.
During this KIEM GoChem project, several bioreactors and flask-scale experiments have been run to
optimize the production of bioethanol and SCPs at the HAN BioCentre. For the optimization, a synthetic lactose
media has been used, with which we tested different temperatures and aeration times. Higher temperatures
than initially used improved the growth rate and bioethanol production of the strain, while lower aeration times
would prevent ethylacetate formation while increasing bioethanol production.
Two different whey permeate streams were used during this research: permeate A and B. Permeate
A contained ~60-100 g/L of lactose and low salinity, while permeate B contained ~120 g/L of lactose and high
salinity. Although permeate B is better suited for fermentation, the high salinity prevented any microorganisms
from growing, while permeate A spontaneously fermented if not properly handled. Therefore, strategies for the
desalting of permeate B were studied, and fermentation experiments proved that K. marxianus can grow on
desalted permeate B.
The most interesting fermentation was of permeate A under optimized conditions, where the theoretical
maximum of lactose conversion to bioethanol was achieved. By exchanging permeate A for permeate B, the
industrial process should be viable, as indicated by our partners (Fachhochschule Münster)

Weipermeaat is een reststroom vanuit de zuivelindustrie en heeft op basis van zijn samenstelling een lage waarde in de veevoermarkt maar biedt wel perspectieven voor de basischemie: het bevat grote hoeveelheden suikers (lactose). Eén van de mogelijke manieren om de waarde van het weipermeaat te vergroten is middels fermentatie richting biobased building blocks zoals ethanol. De gist Kluyveromyces marxianus kan efficiënt lactose omzetten in ethanol waarbij tevens single cell protein (SCP) wordt geproduceerd. In dit project zal een haalbaarheidsstudie worden uitgevoerd waarin oplossingen worden onderzocht voor de bestaande praktische uitdagingen bij de productie van ethanol op weipermeaat waaronder een hoge zoutconcentratie. Ook zal er onderzoek gedaan worden naar de toepassing van bijproducten. Op basis van de resultaten zal een evaluatie van de business case plaatsvinden waarbij zowel ethanol productie als de verhoging van de nutritionele restwaarde door SCP-productie wordt meegenomen. In het samenwerkingsverband is deskundigheid aanwezig in de hele keten vanaf de weipermeaat reststromen (Looop BV) en fermentatie met gisten (HAN BioCentre) tot aan toepassing (Beethanol BV en de Fachhochschule Münster). Het project zal deels worden uitgevoerd door studenten vanuit de HAN University of Applied Science.