Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Разработан способ избирательной делигнификации целлюлозосодержащих материалов обработкой системой растворителей NaOH — этанол — вода в условиях, приводящих к минимальной потере ферментируемых углеводов в целлюлозной биомассе. Делигнифицированную целлюлозную массу отделяют центрифугированием, промывают водным этанолом и высушивают при 50 °С. Полученная целлюлоза служит основным субстратом для синтеза этанола с участием Clostridium thermocellum ATCC 31924 и Clostridium thermosaccharolyticum HG-4. Скорость деградации делигнифицированной еловой древесины при последовательном добавлении культур составляет 0,6 г/(л-ч) с выходом этанола через 120 ч в концентрации 26 г/л. Заметно увеличивается скорость деградации субстрата и образования спирта при помощи двух культур, использующих делигнифицированные кукурузную и пшеничную солому: в спирт превращается 85% субстрата (Avgerinos, Wang, 1983).
Щепу осины и пшеничную солому, а также эти же субстраты после предобработки острым паром, водой и NaOH применяли для культивирования Clostridium thermocellum в монокультуре и сокультуре с Clostridium thermohydrosulfuricum. Скорость образования этанола и конечная концентрация его заметно возрастают в варианте с предобработкой (Saddler et al., 1984).
Мутант Clostridium thermosaccharolyticum образует незначительные количества побочных продуктов брожения (молочную и уксусную кислоты). Он более устойчив к высоким концентрациям этанола по сравнению с исходным штаммом. Выход этанола равен 0,43 г/г ксилозы, максимальная концентрация этанола — 45 г/л, при этом концентрация уксусной кислоты не превышает 4 г/л. Это хорошие показатели, особенно, если учесть, что при получении спирта из гидролизатов целлюлозосодержа-
199
Различные отходы и (или) биомасса
Целлобиоза,-глюкоза I—
СО, + Н2. лактат, ацетат, ^ганод
Манноза,
галактоза,
ксилоза.
арабиноза
I
1 ioTCK-N 7
Различные углеводы пентозы. гектозы, крахмал)
Thennoanaerobacter ethanohcus, Clostridium (hermohydrosulfuncum. Clostridium thermoiaccharolytici;m
11ецел1ю.лозные обходы (N-содержащие вещества, органические кислоты)
Anetсменные и другие термофильные бактерии
Methanobactenum
thermoautotrohcum
Methano^arcina
Непрерывно удаляемый азеотроп
-»-Диаилляция
Этанол абсолютный
Меган
Геп.ю
Термофильные условия
Рис. 5. Схема получения этанола из целлюлозосодержаишх отходов и биомассы с помощью термофильных анаэробных
бактерии (по Wiegel, 1982)
щих материалов с помощью дрожжей ректификации подвергают бражку с содержанием этанола 15 г/л {Цирлин, 1984).
Zeikus и сотр. (1981) при рассмотрении последних достижений в области этанольной ферментации с участием термофильных бактерий, а также результатов исследований физиологобиохимических свойств этанолобразующих термофильных бактерий, представляющих практический интерес с точки зрения разработки непрерывных технологических схем получения этанола прямой биоконверсией биомассы растительного происхождения, пришли к заключению, что по сравнению с дрожжами и мезофильными бактериями ферментация с участием термофильных бактерий позволяет более эффективно превращать в этанол целлюлозные и гемицеллюлозные компоненты делигнифициро-ванной биомассы. При этом исключается стадия предварительной деполимеризации этих субстратов, что значительно снижает стоимость конечного продукта и упрощает технологию спиртового производства.
Анализ получения этанола из целлюлозосодержащих субстратов, крахмала и сахарных сиропов показывает, что использование термофильных бактерий в процессе получения этанола имеет следующие преимущества: термофильные культуры меньше подвержены вытеснению, их ферменты термостабильны. Не требуется жесткая стерилизация среды и оборудования, кроме того, снижаются затраты на охлаждение. При 50—60 °С осуществляется самопроизвольная дистилляция этанола, следовательно, снимается проблема ингибирования процесса его образования. Применение термофильных бактериальных культур при промышленном получении этанола из сахаров и целлюлозосодержащих субстратов позволит снизить себестоимость этанола примерно на 25% по сравнению с существующей (Payton, 1984).
В настоящее время более 2/3 расходов производства этанола составляют затраты на сырье, поэтому в ряде стран наметились тенденции к расширению переработки дешевых видов сырья, в частности отходов деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства. Оригинальную схему получения этанола из целлюлозы предложил Wiegel (J982) (рис. 5). Если учесть, что только в США количество целлюлозосодержащих отходов достигает 940-106 т в год, при этом на долю целлюлозы приходится 478-106 т, то получение этанола представляется вполне реальным.
