'Optimization of Bio-ethanol Production from Low-cost Medjool Date Fruit
Date
2023-12-23
Authors
Anas Ahmad Elias Alhaddad
أنس أحمد إلياس الحداد
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Al-Quds University
Abstract
In the Jordan Valley area / West Bank, tons of date palm fruit wastes of the Medjool variety (Phoenix dactylifera L.) are produced annually during harvesting and industrial processing. Generally, 15% of the annual Date fruit production is considered a low-cost category (1.9 USD/kg) with high nutritional value. In 2023, this category is expected to be 2,700 tonnes, thus leading to high losses for the farmers, while demand for this class is deficient at local and international markets. This study aimed to study the potential of converting these low-cost fruit classes into high-value bio-ethanol as a by-product using the yeast Saccharomyces cerevisiae. Design of Experiment (Stat-Ease) software was used to design and run different experiments to optimize the fermentation process under three variables (sugar contents, yeast dose, and duration of fermentation). At the same time, temperature and pH values were fixed at 30° C and 6.5, respectively. Sixteen runs were conducted in the Environmental research lab at Al Quds University.
Results revealed that the highest bio-ethanol yield was observed when the sugar content was 18.86 Brix. At the same time, the impact of yeast dose and duration of fermentation have a minimum impact on bio-ethanol production. The optimum yield was 6.48% bio-ethanol after incubation of 48 h and a sugar content of 18.86 Brix. The amount of bio-ethanol produced could help the farmers generate additional income with long shelf time, an alternative for selling their low-cost date fruit after the harvesting for a low price. One kilogram of low-cost date fruit can produce 357.95 mL of bio-ethanol, so one ton of low-cost dates could produce 357.95 L.
في منطقة وادي الأردن / الضفة الغربية، يتم إنتاج أطنان من نفايات ثمار نخيل التمر من صنف المجهول (Phoenix dactylifera L.) سنويًا أثناء الحصاد والتجهيز الصناعي. بشكل عام، تعتبر نسبة 15% من إنتاج ثمار التمر السنوي ضمن فئة منخفضة التكلفة (1.9 دولار أمريكي لكل كيلوغرام) ذات قيمة غذائية عالية. في عام 2023، من المتوقع أن تبلغ هذه الفئة 2,700 طن، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة للمزارعين، بينما الطلب على هذه الفئة ضعيف في الأسواق المحلية والدولية. هدفت هذه الدراسة إلى إختبار إمكانية تحويل هذه الفئات منخفضة التكلفة من الفواكه إلى إيثانول حيوي عالي القيمة كمنتج ثانوي باستخدام خميرة Saccharomyces cerevisiae. تم استخدام برنامج تصميم التجارب (Stat-Ease) لتصميم وتشغيل تجارب مختلفة لتحسين عملية التخمير تحت ثلاثة متغيرات (محتوى السكر، جرعة الخميرة، ومدة التخمير). في الوقت نفسه، تم تثبيت قيم درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني على 30 درجة مئوية و6.5 على التوالي. تم إجراء ستة عشر تجربة في مختبر البحوث البيئية في جامعة القدس. كشفت النتائج أن أعلى عائد من الإيثانول الحيوي تم ملاحظته عندما كان محتوى السكر 18.86 بريكس. في الوقت نفسه، كان لجرعة الخميرة ومدة التخمير تأثير ضئيل على إنتاج الإيثانول الحيوي. كان العائد الأمثل نسبة 6.48% من الإيثانول الحيوي بعد حضانة لمدة 48 ساعة ومحتوى سكري قدره 18.86 بريكس. يمكن أن يساعد مقدار الإيثانول الحيوي المنتج المزارعين في توليد دخل إضافي مع فترة صلاحية طويلة، بديلًا لبيع ثمار التمر منخفضة التكلفة بعد الحصاد بسعر منخفض. يمكن أن ينتج كيلوغرام واحد من ثمار التمر منخفضة التكلفة 357.95 مل من الإيثانول الحيوي، لذلك يمكن أن ينتج طن واحد من التمور منخفضة التكلفة 357.95 لترًا.
في منطقة وادي الأردن / الضفة الغربية، يتم إنتاج أطنان من نفايات ثمار نخيل التمر من صنف المجهول (Phoenix dactylifera L.) سنويًا أثناء الحصاد والتجهيز الصناعي. بشكل عام، تعتبر نسبة 15% من إنتاج ثمار التمر السنوي ضمن فئة منخفضة التكلفة (1.9 دولار أمريكي لكل كيلوغرام) ذات قيمة غذائية عالية. في عام 2023، من المتوقع أن تبلغ هذه الفئة 2,700 طن، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة للمزارعين، بينما الطلب على هذه الفئة ضعيف في الأسواق المحلية والدولية. هدفت هذه الدراسة إلى إختبار إمكانية تحويل هذه الفئات منخفضة التكلفة من الفواكه إلى إيثانول حيوي عالي القيمة كمنتج ثانوي باستخدام خميرة Saccharomyces cerevisiae. تم استخدام برنامج تصميم التجارب (Stat-Ease) لتصميم وتشغيل تجارب مختلفة لتحسين عملية التخمير تحت ثلاثة متغيرات (محتوى السكر، جرعة الخميرة، ومدة التخمير). في الوقت نفسه، تم تثبيت قيم درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني على 30 درجة مئوية و6.5 على التوالي. تم إجراء ستة عشر تجربة في مختبر البحوث البيئية في جامعة القدس. كشفت النتائج أن أعلى عائد من الإيثانول الحيوي تم ملاحظته عندما كان محتوى السكر 18.86 بريكس. في الوقت نفسه، كان لجرعة الخميرة ومدة التخمير تأثير ضئيل على إنتاج الإيثانول الحيوي. كان العائد الأمثل نسبة 6.48% من الإيثانول الحيوي بعد حضانة لمدة 48 ساعة ومحتوى سكري قدره 18.86 بريكس. يمكن أن يساعد مقدار الإيثانول الحيوي المنتج المزارعين في توليد دخل إضافي مع فترة صلاحية طويلة، بديلًا لبيع ثمار التمر منخفضة التكلفة بعد الحصاد بسعر منخفض. يمكن أن ينتج كيلوغرام واحد من ثمار التمر منخفضة التكلفة 357.95 مل من الإيثانول الحيوي، لذلك يمكن أن ينتج طن واحد من التمور منخفضة التكلفة 357.95 لترًا.