Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
сахарной свеклы- диффузионным методом. Крахмалистое сырье нужно
механически измельчить до консистенции жидкого теста, а затем нагреть для
разрушения крахмальных зерен. Далее можно применить различные варианты
гидролиза, основанного на использовании разных сочетаний кислот и/или
применении ферментов. Обычно для разжижения исходного продукта применяют
термофильную (90 °С) бактериальную амилазу. На следующем этапе для
осахаривания при 50-60 °С (т. е. гидролиза декстринов до глюкозы)
используют глюкоамилазу. В пересчете на образовавшуюся глюкозу выход
составляет 51% (по массе). Однако, поскольку около 5% сахара расходуется
растущими клетками на энергетические нужды, а также на синтез других
органических соединений (глицерола, уксусной кислоты, ацетальдегида и
ряда других соединений, в основном высших спиртов), предельный выход
составляет около 48% в пересчете на исходный сахар. Весовой выход
продукта зависит также от природы сырья:
1 кг инвертированного .сахара = 0,484 кг этилового спирта =
0,61 л,
1 кг сахарозы = 0.510 кг этилового спирта = 0,65 л,
1 кг крахмала = 0,530 кг этилового спирта = 0,68 л.
Эти различия обусловлены тем, что в реакции гидролиза олигосахаридов и
более высокомолекулярных соединений участвует вода.
При малотоннажном производстве степень очистки исходного сырья,
получаемого, например, из кукурузы, может быть очень небольшой. С другой
стороны, на более крупных заводах использование обычного метода мокрого
помола, который применяется при производстве высококачественного сиропа
из глюкозы, дает то преимущество, что при этом удается получить ряд
ценных побочных продуктов, например кукурузное масло и глютен. Доходы от
их продажи позволяют снизить реальные затраты на производство спирта.
Даже при маломасштабном производстве на основе цельного зерна твердые
остатки и дрожжи имеют цену как корм для скота. В зависимости от
исходного сырья содержание сахара в сбраживаемом продукте варьирует, но
на практике, чтобы получить достаточно высокую концентрацию спирта в
сусле, содержание обеспечивающих брожение твердых веществ должно быть в
пределах 16-25%. Это важно, поскольку потребление пара в обычных системах
для перегонки при производстве 96%-ного спирта из 5%-ного сусла вдвое
больше, чем из 10%-ного.
В настоящее время главные сложности, связанные с производством спирта как
горючего., связаны с тем, что сырье для
Энергия и биотехнология
63'
этого процесса является одновременно и сырьем для! производства пищевых
продуктов и кормов. И'з-за этой конкуренции стоимость сырья весьма
высока. В зависимости от типа сырья 60-85% конечной продажной цены
получаемого сегодня спирта составляет стоимость сырьл. Отметим далее,
что, за исключением спиртовых заводов, перерабатывающих сахарный
тростник, на которых волокнистая часть стеблей (багасса) используется как
топливо, в широко распространенных процессах получения спирта тратится
больше энергии, чем ее содержится в получаемом продукте. Эти проблемы
можно будет решить, если в качестве исходного сырья будет использоваться
целлюлоза и удастся разработать новый энергетически более выгодный метод
выработки спирта.
Сложность использования целлюлозы заключается в том, что в природном
состоянии в клеточных стенках растений она находится в составе
нерастворимого комплекса с гемицеллюлозами и лигнином. Кроме того, за
счет образования водородных связей отдельные молекулы целлюлозы
определенным образом ориентируются относительно друг друга и образуют
микрофибриллы, которые в какой-то мере подобны кристаллам, что
препятствует действию гидролитических агентов. Даже после исчерпывающего
гидролиза веществ растительных клеток дрожжи, которые обычно используются
при получении спирта, неспособньг усваивать пятиуглеродные сахара,
уроновые кислоты и фенольные соединения, образующиеся из сопутствующих
целлюлозе' веществ клеточных стенок растений.
Чтобы решить эту проблему, работа ведется в нескольких направлениях. При
создании одних методов ставится цель получить глюкозный сироп, и основное
внимание уделяется гидролизу целлюлозы. В других случаях предпринимаются
попытки разрушить ферментами возможно большую часть лигноцеллюло-зы -
либо после разделении клеточных компонентов химическими методами, либо с
помощью бактерий, способных непосредственно атаковать как целлюлозу, так
и гемицеллюлозу. Размол - наиболее эффективный физический способ
предварительной подготовки сырья, но он дорог и энергоемок. Высказывались
предположения, что размол в замороженном состоянии обойдется дешевле.
Для делигнификации можно использовать химическую обработку такими
веществами, как едкий натр, надуксусная кислота или гипохлорит натрия.
Под действием- щелочи волокна набухают и разделяются. Гидролиз ведут либо
минеральными кислотами, либо биологическими методами. В последнем случае
используют гидролизующие целлюлозу ферменты грибов, например Trichoderma,
Aspergillus либо Sporotrichum. После отделения целлюлозы и гемицеллюлозы
