Получение спирта

Замена дефицитного бензина иными видами топлива является актуальной проблемой современности. Особенно остро вопрос стоит в странах Америки и Западной Европы.

Использование этанола в чистом виде или в смеси с бензином (газохол) снижает загрязнение окружающей среды, поскольку при его сгорании образуется лишь углекислота и вода.

Спиртовой брожение – самая старая отрасль биотехнологии – имеет готовые технологические системы и развитую промышленную базу.

Этанол является ценным сырьем для химической промышленности.

Сырье.

Сырьем для процессов спиртового брожения могут быть разнообразные биомассы, имеющие в своем составе шести - и пятиуглеродные сахара в виде мономеров. Сахаросодержащим материалами являются сахарная свекла, кормовая патока, отходы сахарного тростника. Моносахариды, такие как глюкоза, сахароза и некоторые другие, содержащие в тростниковой или свекловичной мелассе, легко вовлекаются в реакции спиртового брожения, не требуя сложной обработки и подготовительных операций.

Для регионов с умеренным климатом, обладающих большими массивами лесов, желательно использование древесных отходов. Помимо отходов лесопиления и деревообработки можно использовать также солому, торф, тростник. Использование древесины в качестве сырья для производства этанола требует ее предварительной подготовки, включающей механическое разрушение содержащегося в ней лигнинцеллюлозного комплекса, гидролиз сравнительно легко гидролизуемой фракции целлюлозы.

Сырьем для процессов спиртового брожения могут быть биомассы, имеющие в своем составе сахара в виде полимеров, включая крахмалсодержащие (зерно, картофель). Эти полимерные соединения требуют предварительного гидролиза до мономеров. В настоящее время более широкое признание получил ферментативный гиролиз крахмала. С этой целью используются такие гидролитические ферменты, как α- и β-амилазы, поллуланазы как в иммобилизованном, так и в свободном состоянии, а также в сочетании друг с другом.

Сырьем для процессов спиртового брожения может быть биомасса специально выращенных или собранных пресноводных и морских растений и водорослей. Взаимосвязь ферментов, производимых различными организмами, подбор разлагающих культур очень важны для использования водорослей в качестве субстрата.

Микроорганизмы.

Традиционно для конверсии углеводов в этанол используются дрожжи, прежде всего родов: Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Candida, Kluyveromyces. Для биотехнологических целей выведена раса дрожжей Saccharomyces cerevisia ХII, жизнедеятельность которой продолжается, даже когда объемная доля этанола в культуральной жидкости достигает 10-11%. Промышленность осваивает и другие виды дрожжей родов: Schizosaccharomyces, Candida, Kluyveromyces, которые могут использовать субстраты, не характерные для дрожжей рода Saccharomyces, например ксилозу (Candida).

Мезофильные бактерии рода Zumomonas (Zumomonas mobilis и Z. anaerobica) (t_opt 30-40⁰) обладают в несколько раз более интенсивным метаболизмом, чем дрожжи. Характерная черта бактерий рода Zumomonas состоит в том, что они способны перерабатывать в этанол и углекислый газ не только гексозы, но и другие сахара. Выход этанола при этом увеличивается в 1,5-2 раза. Эти бактерии также сбраживают глюкозу, фруктозу и сахарозу с большей скоростью, чем дрожжи, и в отличие от дрожжей способны длительно расти анаэробно.

Группа термофильных этанолообразующих бактерий – Clostridium thermocellum, Cl. thermohydrosulphuricum, Thermoanaerobacter ethanolicus (t_opt 60-65⁰) – отличает рядом особенностей. Имеющиеся в ней микроорганизмы с целлюлозолитической активностью способны трансформировать растительные углеводные полимеры прямо в этанол. Бактерии этой группы расщепляют целлюлозу и гемицеллюлозу, так что отпадает необходимость предварительного разложения целлюлозы. Они способны сбраживать субстраты с высокой скоростью, устойчивы к нагреванию, которое увеличивает летучесть этанола (облегчая его отгонку из ферментера) и повышает растворимость субстратов. Наконец, они обладают самой большой скоростью роста из пока известных микробов, разлагающих целлюлозу.

Поиск по сайту: