Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Этанол — сравнительно дешевое сырье для микробиологического получения аминокислот. Он является хорошим источником углерода для производства лизина и глутаминовой кислоты с использованием Brevibacterium я Corynebacterium. На среде с этанолом выход глутаминовой кислоты повышается на 50% (Бекер, 1980). Имеется сообщение о том, что этанол может быть источником углерода и энергии при получении пенициллина. На среде с 10 об.% этанола его образуется до 410 ед/мл, а без этанола — только 200 ед/мл.
Таким образом, этиловый спирт можно рассматривать не только как горючее будущего, но и как перспективное сырье для различных отраслей микробиологической промышленности, развитие которой увеличит потребность в этиловом спирте.
Способы получения этанола. Издавна сырьем для производства этилового спирта микробиологическим способом служили различные сельскохозяйственные и дикорастущие растения, содержащие сахар или крахмал: зерно, картофель, сахарная свекла, сахарный тростник, фрукты и др.
Синтетический этанол получают путем каталитической гидратации этилена, который составляет основную часть крекинговых и попутных газов, образующихся при переработке нефти. Однако предполагают, что в течение 20 лет производство синтетического этанола полностью прекратится и его будут получать исключительно путем ферментации (Экспресс-информ. ..., 1982).
Производство спирта на основе гидролиза целлюлозосодержащих материалов минеральными кислотами разрабатывалось в Германии, США, СССР в конце XIX—начале XX в. В нашей
179
стране большой размах гидролизная промышленность получила благодаря работам Шаркова (1%7).
Производство спирта из гидролизатов целлюлозосодержащего сырья более энергоемко, чем из глюкозо- и крахмалсодержащего, так как для получения сбраживаемого сахара необходимы более высокие температура и затраты на выделение и очистку спирта, содержание которого в бражке из целлюлозосодержащего сырья на порядок ниже (1,0—1,5 об.%), чем в бражке, перерабатываемой на заводах спиртовой промышленности из крахмалсодержащего сырья (6—12 об.% спирта). Несмотря на это, в ряде стран сочли целесообразным продолжить усовершенствование способов гидролиза древесины с целью получения этанола (Bhatia, 1980; Mendelsohn, 1981).
Получение спирта ферментацией целлюлозы. В 1976 г. появилось сообщение о новой комплексной технологии получения спирта, обеспечивающей наиболее полную утилизацию газетной бумаги. Технология заключается в получении ферментативным путем из целлюлозы глюкозы с последующим ее сбраживанием дрожжами до этанола. Схема предусматривает поэтапное оса-харивание бумаги целлюлазой Trichoderma viridae QM 9414, затем спиртовое брожение и выращивание кормовых дрожжей на отходах.
Процесс, предложенный Wilke et al. (1976), состоит в том, что целлюлозосодержащее сырье — древесину, хлопчатобумажные ткани, рисовую и пшеничную солому, бумагу — измельчают, а затем осахаривают целлюлазой или культуральной жидкостью микроорганизмов Trichoderma viride или Т. reesei. Полученный раствор глюкозы сбраживают до спирта, используя дрожжи Saccharomyces cerevisiae, Pichia или микроскопические грибы Rhizopus javanikus. Этот способ значительно увеличивает выход целевого продукта по сравнению с известным двухступенчатым методом получения этилового спирта.
Была создана соответствующая установка, рассчитанная на переработку 885 т газетной бумаги в день при выходе конечного продукта (глюкозы) 238 т 4%-ного раствора в день. Проектная производительность установки, работающей на сконцентрированных гидролизатах, содержащих не менее 14,3% сахаров, равнялась 81,5 т 95%-ного спирта в день, а ежедневное производство кормовых дрожжей, потребляющих отходы спиртового брожения,— 32,8 т. На основании показателей энергетического баланса производственных и эксплуатационных расходов, а также затрат, необходимых для организации производственного комплекса, этот способ утилизации газетной бумаги был признан рентабельным (Wilke et al., 1976).
По расчетам Linko (1977), стоимость глюкозы для рентабельного производства из нее этанола не должна превышать 8 центов за 1 кг. Себестоимость глюкозы, получаемой ферментативным путем, составляет пока 20—50 центов за 1 кг. Дальней-
J 80
шие исследования были направлены на разработку экономичного процесса: на поиск более активного продуцента целлюлаз и подбор с помощью методов селекции микроорганизмов, сбраживающих глюкозу в этанол с максимальным выходом.
Изучение ферментативного осахаривания целлюлозы фильтратом культуральной жидкости Trichoderma viridae QM 9414 показало, что процесс ферментативного гидролиза наиболее активно протекает при 45—50 °С, следовательно, целесообразно использование термофильных штаммов дрожжей. Было установлено, что выход этанола зависит от концентрации ферментов, активности отдельных компонентов целлюлазного комплекса и концентрации глюкозы. Присутствие целлюлаз не подавляет накопление этанола в ферментативной среде, а увеличение концентрации ферментов повышает его выход. Подобный процесс ферментации возможен при применении различных целлюлозо-содсржащих субстратов (Blotkamp et al., 1978).
