1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Такая гт сэзв-отовка состоит в восстановлении олек. полимеров крахмала с высокой м -йвнулярной массой в мальтозу (ди- мер глюкозы), глюкоз>' и другие ч ..Рментирующиеся сахара (рис. !). е Фе~~ При этом концентрация гтолимеР с промежуточной молекулярной ов су массой (декстринов) должна быть ь-лена к минимуму, так как они не свед ферментируются под воздействиеьт др~'1 рожжей. Сахарный тростник и сахарнап Ътхэекла содержа~ сахарозу (димвры свеч фруктозы-глюкозы)„которая меже ф 1ьсьерментнроваться непосредственно г фет микроорганизмами, используемым ив промышленности для производи в ства этанола. Таким образом, дп ~~ =этих субстратов предварительная я этт тпь йч подготовка представляет собои лнтп ч физический продесс, при котором т1 обо гидролиз сахароэы не требуется ' Ь-очные продукты производства сапревоз хара — мелассы также являются тт' х'чвосходгтым субстратом для про- изводства зтаиола ферментацией.
- ф нтациь Технология дрожжевои фермен 'И~ни крахмала и сахарозы известна ' давно, и найдены оптимальные РЕЯО1~ жимы производства пива, вина и спиртов. В области технологии н сэльзования целлюлозы такие успеспотя1 хи пока не достигнуты, несмотр яэна многочисленные исследования нн~ ьт Ин)"- в области ферментации деллюлозь' - ~с='1зучалась возможность получения целлюлозы из древесины, сельскох ~~ йственных и промышленных отхохозяйо дов в результате различных фиат ч-ких, химических и биологических тческк процессов. Предварительная понто чтвка сырья проводилась химическитовк ми и физическими методами с и' ' ' менением гидролиза при на~реве, примеУ с помощью сильных кислот и гнело ВИ, а также путем измельчения.
При очей, ферментации деллюлоза предварит гтчьно гидролизуется до деллобиозы ительтч (димер глюкозы), а затем подверг ь:ся дальнейшему расщеплению до гнется глюкозы (рнс. 1) (11, 12]. В слУчае жидких отходов, П, У г 'вугчаемых из продуктов пищевои Ол) чь промышленности, требуется прели гкяттельная подготовка иного рода. парии Так, молочная сыворотка содер и- ле~ко ферментирующиеся субекит нико и страты — казеин и лактозу Я, один еъ их концентрация слишком мала, чтобы можно было обеспечить пР ' чьяышленное производство этанола. омь Поэтому, чтобы довести содержа" 'а ферментирующегося субстрата до не ф значительно~о уровня, необходимо асэвысить их концентрации в потоке пов отходов настолько, чтобы конечньгп х~гыход этанола был достаточно вы- В высоким, а следовательно, экономичп ным., субстт Предварительная подготовка сУ 11 — трата не является единственным показателем, характеризующим в" йод ферментирующихся сахаров из „уход начального субстрата.
На этот про " с могут также влиять виды обраодесс ° зующихся сахаров и их соотношенп ' (( Когда в анаэробной ферментации приниманэт участие два и более вуди чоюахаров, то один из них может иниаа са гибировать процесс по отношению ч другим сахарам. Такое ингибирок дт ванне, называемое кагиабояитниой Р Р~чкарессией, может влиять на выход оеиро. этанола.
Способы получения энергии нз биомассы 311 Сахароза Йод)ююию, ьюзьер злю!тати) т руоююа й 1~укюаю-г-!тььхеати диктата !гала кююа. Оклер тЛюттози) 4 т"ила клюза и Иге ю коза) аеьтьтькьо а (О 1 ко о тлюкози) кола!а уич)мт еокиози) т"люката и-с-о н-с — он но-с — н 1 н — с — он Н вЂ” С вЂ” ОН сн,он 6-уюерат или иткаам+ехи)виет Н вЂ” С-0 ! н — с — он но-С вЂ” н ! н — с — он ! Н вЂ” С вЂ” ОН снто® а)туклкпа-у-ьотитеиот с — н,он С-о НΠ— С вЂ” Н Н вЂ” С вЂ” ОН ! Н вЂ” С вЂ” ОН енто® 1 етруклкин-l,о-аикчтаю с — н,о® с=о но — С вЂ” н ! н — с — он ! н — с — он 1 снхо!Рт Рис. 1. Получение этанола фермеитацней.
Крахмал <а )-Ф, а /о глюкоза ) Аокоотрики 1а т-е тлюкоза ) мал!тозе гример 1.2. Ферментация субстрата Первичным субстратом, используемым для получения этанола ферментацией. являются глюкоза, лактоза, целлюлоза, сахароза и ксилан. Все субстраты, за исключением ксилана, представляют собой сахара на основе гексозы, и ферментацию каждого из них можно регулировать с помощью предварительной обработки, а также путем применения того или иного типа микробной культуры. Первая стадия ферментации субстратов — катаболический обмен гексозпого сахара — представлена на рис.
1 (131. Так, сахароза гидролизуется с помощью фермента сахароза-фосфоритезза в глюкозу-1-Р и фруктозу, которые в свою очередь фосфорилнруютск. Целлюлоза ферментативно расшепляетсв в два этапа: вначале она превращается в целлобнозу (целлюлозу), а затем — в глюкозу (целлобиоза или целлобнознав фосфорнлаза).
Крахмал в ходе предварительной обработки гидролизуегсв в ферментирующийся субстрат — глюкозу и мальтозу. Мальтоза, димер глюкозы, расщепляется на две молекулы глюкозы. При плохой предварительной подготовке большое количество декстринов остаются негидрализованными, и, следовательно, они могут не подвергнуться ферментации. Лактоза превращаетск в глюкозу и галактозу, в которых постепенно происходит гликолитический обмен. Кснлан состоит из мопомеров пентозного сахара и расщепляется в кснлозу и ксилозу-5-фосфат, в которых затем начинаетсв ассимиляционный обмен питиуглеродпого сахара. Такой обмен ведет к образованию глицеральдегида-3-Р и ацетила-Р, при этом из каждой молекулы ксилозы образуется одна молекула этанола и одна молекула пировиноградной кислоты.
В случае других соединений, таких, как липины и органические кислоты, происходит ассоциированный обмен с гликолевой, дикарбоновой кислотой и глиоксалатами. Поскольку большая часть исследуемых в настоящее ерема субстратов длв производства этанола представлвет собой гексозы, рассмотрим, каким образом дрожжи илн бактериальнак культура ферментируют эти соединения в этанол. После того как сахара достигли начальной стадии превращения в клеточном метаболизме (табл.
1), микроорганизмы могут осуществлять катаболизм греми путями. Основным путем метаболизма глюкозы, очевидно, является гликолнз (табл. 1), который состоит нз серии трансформаций, включая реакции фосфорилирования, имеющие важное значение в производстве энергии длв роста клеток мнкроорьанизмов. Молекула глюкозы последовательно распределяется, образуя два моля пировиноградной кислоты на моль гексозы. Гексозомонофосфатный шунт (табл. 1) несколько отличается от гликолиза из каждого моля глюкозы (или сахара) образуются один моль этанола и один моль пировнноградпой кислоты. При распаде по Энтену-Дудорову (табл. 1) из каждого моля глюкозы образуются два лтоля пировиноградной кислоты по механизму, отличному от ! ликолиза.
Дрожжам свойственны два пу- З12 Ч тИ гзгигн по псину днтгра — /)уй гроза Ггноиаиантоагегат- ний игуан Глиаголиз Пути про- ераиггний тан фсрмосгапнн Каманмс прспзааи Мнарспргантмм Глюкоза Глюкоза-б-Р б-(аивяггпаоонагп 2-кето-д-диокси-д- дргргглтааглаагя наг/анна Глютхга Ф Глюкоза -б.р Этаиольиый Этан ол Диоксяд углерода Дрожжи а/апотопоз С!оиг!гйит и многие кишечные бактерии б- Ф ю сонат со, Пднтгоодикдгат ГлицераладегидаЬР-ацятиа~афат Молочная кислота Оеешанокислый Аагтилдецеа т /3-ди-Р-гаага~а- ! ногая «исюпга Яцгталы/ггии 3-Р-еницгрипатя кисттга Ф 2-Р- ад я кислота аагсбигнип пцооаг каира аной лисл тгы Глиаералм/егид-д Р /3-аг-Р-гпиагрипо- аиг «ислопга 3-Р-глиигринооая ни спето 2.р-глиигр нсапя ниглпта 2! лен пироги.
кгта~нгйтилотаг/ Бутандиольиый Васй!ш и другие бекте1аии Бутанол-ацетоиовый С!Рз!ги!!ит Пононний продуюп 2 /пирозиногртйегя кислота ) Пироеичогра да Зтанол кислота Пнрааанзаад. Парниногр ад нгя наилагж гая тггаанаа Гомомолочиокислый Глсговас!Ииз Яггергососсиз По/идаааг ннргдниг группы азрспкяги Бактерии агдрозкнги Баюгггрии Ба ктгрии Таблица !. Аиаэробиое брожение пировииоградиой каюлоты Муравьиное кислота Уксусная кислота Диоксид углерода Водород Этаиол Как при смешанокислой фермеитации плюс 2,3-бу- таидиол Уксусная кислота Масляная кислота Этанол Ацетон Изопропенол Диоксид углерода Водород Молочная кислота ти обмена — гликолиз и гексозомонофосфатный щунт; другие бактерии используют все три типа обмена. Метаболические пути (последовательности), показанные на рис.
! и 2, протекают не только в анаэробных условиях. Присутствие кислорода (или его отсутствие) не влияет на путь обмена. В аэробных условиях восстановленный в этих метаболических последоиательностях никотинамидадениндинуклеотид ()л(Аьг" до АРАОН) вновь окисляется через систему транспорта электронов, в которой кислород служит акцептором электронов, и образуется вода. Однако в анаэробных условиях микробы используют в качестве акпептора электронов какое-то органическое соединение, чтобы регенерировать )а)АО'. В процессе эволюции возможен ряд систем, в которых основной точкой ответвления в процессе ферментации служит пировиноградная кислота. При ферментации по этанольному типу пировиноградная кислота превращается в уксусный альдегид и двуокись углерода; уксусный альдегид затем восстанавливается в этанол, а АРАОН вновь окисляется.
В этом процессе теоретически возможно получить два моля этанола на каждый моль превращенной глюкозы или, исходя из соотношений масс, можно превратить в зтанол 51;,', глюкозы. Практически получают только 90 — 95',г теоретического количества этанола, так как некоторая часть пировиноградной кислоты поглогцает- Способы получения энергии из биомассы Глюкага 1 г"люкона-б-Р Ф 'Рруктага-б-р Ф аоруктоза -/,б-/11 Р 2( тгиааиийеид-д.
Р/ 1 2!22-ди-Р-глиигринатя кисл ига/ 2!д-Р-глицериновая кислота/ 2(2 /~ глиигриноат ггиглота ) Ф 2!днкдгоенол пирогиноградной кислота|) Рис. 2. Микробиые метаболические обмены, ведущие к образованию пировиио- градиой кислоты. ся клетками. Побочными продуктами при таком брожении является небольшое количество высших спиртов. Наиболее эффективный способ производства этанола — дрожжевая ферментация [(табл. 1), 11411.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
