Конспект лекций по основам промышленной микробиологии, а также контрольные и тестовые зада
жүктеу/скачать 1,69 Mb. Pdf көрінісі
|
Основы промышленной микробиологии
| 3.2 Производство этанола
Этанол широко применяется в химической промышленности как исходное соединение для синтеза многих веществ, как растворитель, экстрагент, антифриз и т.п. Есть мнение, что у этанола большое буду- щее и как топлива в двигателях внутреннего сгорания: этанол гораздо более экологически чистое топливо, чем бензин. Сырьем для производства спирта служат разнообразные расти- тельные материалы, содержащие в достаточном количестве сбраживае- мые сахара или другие углеводы, которые можно осахарить. Наиболее широко используются: крахмалосодержащие материалы – зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, просо) и картофель – и сахаросодер- жащие материалы – меласса (отход сахарного и крахмало-паточного производства) и дефектная сахарная свекла. Из данных видов сырья вы- рабатывают этанол пищевого и медицинского назначения. Дальнейшее увеличение производства спирта будет идти по пути увеличения мощностей предприятий, использующих непищевое цел- люлозосодержащее сырьё, такое как древесина, отходы сельскохозяй- ственных растений, биомасса быстрорастущих «энергетических» рас- тений. Углеводы целлюлозосодержащего сырья осахаривают химиче- ским или ферментативным способом. Получаемый этанол может быть использован в химической промышленности и как топливо. Процесс производства спирта из крахмалистого сырья включает ряд стадий. Вначале сырье очищают, измельчают и разваривают с це- лью извлечения и растворения крахмала. Поскольку крахмал не под- вержен действию ферментов дрожжей, способных сбраживать только дисахариды и моносахариды, охлажденную разваренную массу обра- батывают амилолитическими ферментами солода или микробиальных ферментных препаратов. Следующая стадия – сбраживание осахаренной массы. Для этого используют естественно-чистые культуры дрожжей, последние систе- матически ведут на производственных заторах в специальном дрожже- вом отделении. Спиртовые дрожжи, применяемые при переработке крахмалисто- го сырья, должны обладать высокой бродильной активностью; быстро и полностью сбраживать сахара, а также использовать другие компо- ненты питательной среды в анаэробных условиях, быть устойчивыми к продуктам своего обмена (особенно к спирту), хорошо противостоять развитию инфекции. Уже около 100 лет применяют Saccharomyces сerevisiae , раса XII. Эти дрожжи хорошо сбраживают глюкозу, фруктозу, сахарозу, маль- 37 тозу, на 1/3 раффинозу, несколько слабее галактозу. В среде накапли- вают до 10…11 об. % спирта. Раса XII – верхнебродящая, хорошо рас- пределяется во всем объеме затора, пылевидная, не образует хлопьев. Оптимальная температура ее развития 30…38 °С, максимальная 38 °С, минимальная температура 5 °С. Значение рН во время брожения под- держивают в пределах 3,8…4,0. Используют также другие расы дрожжей, но не так широко. После сбраживания заторов в них остают- ся неиспользованными около 0,1 % галактозы, 0,4 % декстринов и 0,5 % пентоз. Проводится селекционная работа по получению рас дрожжей с более высокими производственно ценными свойствами, в частности, способных интенсивно использовать галактозу и декстрины. В по- следние годы большое внимание уделяется селекции термотолерант- ных рас, дающих в промышленном производстве ряд преимуществ (ускорение микробиологических процессов, уменьшение расхода хла- дагента и др.). Разрабатываются методы получения этанола на различ- ных субстратах с использованием иммобилизованных клеток микроор- ганизмов. Этанол может быть выработан из сахаросодержащего сырья – мелассы. Меласса – побочный продукт сахарного производства, со- держит около 80 % сухих веществ и 20 % воды, в сухих веществах со- держится до 45…50 % сахарозы. К дрожжам, используемым для сбра- живания мелассных растворов, предъявляются в основном те же тре- бования, что и к расам для производства спирта на крахмалистых сре- дах. Кроме того, они должны обладать способностью переносить высокие концентрации сухих веществ, содержащихся в мелассе, и бо- лее полно сбраживать раффинозу. В производстве широкое применение нашла раса Я Saccharomy- ces сerevisia , а при использовании дрожжей после брожения в качестве хлебопекарных – раса В (венгерская). Дрожжи этих рас хорошо сбра- живают сахарозу, глюкозу и фруктозу, раффинозу только на 1/3. При большом содержании раффинозы в мелассе недобор спирта может быть значительным. Крупномасштабное получение этанола в качестве топлива осу- ществляется в основном в Бразилии и других странах Южной Амери- ки. В качестве источника углеводов используется сахарный тростник и маниока, в качестве продуцента этанола – Saccharomyces cerevisiae . Сырьем для получения технического спирта могут служить гидролизаты древесины и другого целлюлозосодержащего сырья. Древесина хвойных и лиственных пород содержит 40…75 % полиса- харидов. Различают легко- и трудногидролизуемые полисахариды. 38 Легкогидролизуемые полисахариды состоят из гемицеллюлоз и пекти- новых веществ. Трудногидролизуемые полисахариды содержат цел- люлозу с небольшой примесью гемицеллюлоз. Растительное сырье под давлением подвергают кислотному гид- ролизу. Полученный гидролизат содержит 3,2…3,5 % редуцирующих сахаров, преимущественно глюкозу, в небольших количествах галак- тозу и маннозу, а также пентозы – ксилозу, арабинозу, рамнозу. Для сбраживания древесных гидролизатов используют ряд рас Saccharomyces и Schizosaccharomyces . Присутствующие в гидролизате вредные примеси играют роль антисептиков – подавляют развитие посторонних микроорганизмов. Поэтому на гидролизных спиртовых заводах отсутствуют установки для размножения чистых и производ- ственных культур дрожжей, а одни и те же дрожжи используют на протяжении многих месяцев. Зрелая бражка по окончании брожения содержит 1,0…1,5 % эта- нола и побочные продукты брожения, несброженные сахара и другие органические вещества. При перегонке бражки и ректификации гидро- лизного спирта не удается полностью избавиться от этих примесей; гидролизный спирт (ректификат) содержит до 0,05…0,1 % метанола и несколько большее количество кислот, сложных эфиров и альдегидов, чем ректификат из пищевого сырья. При традиционном способе получения этанола из гидролизатов древесины и отходов сельскохозяйственных растений значительная жүктеу/скачать 1,69 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|