Побочные продукты и отходы, содержащие углеводы, можно переработать путем традиционного микробного брожения или биотехнологических процессов, относящихся к сфере промышленной микробиологии. Например, меласса, которая служит маточным сиропом для кристаллизации сахарозы и удаляется из технологического цикла, когда концентрация сахара становится слишком низкой, является обильным побочным продуктом, содержащим помимо сахара сульфиты, карбонаты и соли кальция и магния (особенно свекловичная меласса). Однако при ее брожении используется не весь остаточный сахар. Крахмал составляет около 50 % сухой массы зерен злаков, картофеля и маниока. Этот продукт производят главным образом из кукурузы и пшеницы, непригодной для хлебопечения, а также из картофеля. Он легко подвергается кислотному или ферментативному гидролизу, в результате чего получаются декстрины и глюкоза, которые потом используются в промышленности для ферментационного производства спирта и фруктозного сиропа.

Гемицеллюлозы охватывают группу полисахаридов, связанных с целлюлозой в первичной и вторичной стенках растительных клеток. Они составляют до 10 % древесной массы хвойных деревьев и 20 % — лиственных пород. В соломе и кукурузных кочерыжках их доля превышает 30 %. При гидролизе гемицеллюлоз, в частности ксиланов, образуются пентозы, главным образом ксилозы. Швейцарским исследователям, работающим в промышленной группе Шульцера, удалось экстрагировать этот моносахарид из сульфитных растворов, образующихся на заводах по производству древесной массы: до 80 кг из 1 т отходов. Выход из жома сахарного тростника еще выше — порядка 120 кг ксилозы на 1 т отходов.

Сотрудники Исследовательского института солнечной энергии (SERI) в 1982 г. обнаружили анаэробную бактерию Thermobacteroidessaccharolyticum, которая при температуре выше 40 °С вызывает деградацию гемицеллюлоз, содержащихся в фураже или древесных отходах. Среди полученных конечных продуктов были этанол и молочная кислота.

Сейчас исследователи из SERI пытаются выделить ферменты, ответственные за разрушение гемицеллюлоз и сбраживание продуктов такой деградации. Шнайдер из Национального исследовательского совета в Канаде и Цао из университета Пардю независимо показали, что после превращения ксилозы в ксилулозу последняя может сбраживаться в спирт при участии Saccharomycescerevisiae. Изомеризация осуществляется ферментом ксилозоизомеразой. При введении кодирующего его гена в дрожжевые клетки могут происходить превращение альдопентоз в альдоцетозы и последующее спиртовое брожение.

С другой стороны, из ксилозы можно получить ксилит, который очень сладок и в то же время не вызывает порчи зубов. Что касается гидролиза целлюлозы в глюкозу, то его можно провести при помощи Trichodermareesii, целлюлоза которой разрушает кристаллическую и нерастворимую целлюлозу. Спапо с коллегами из военно-интендантской службы США (Натик, шт. Массачусетс) выделил мутант гриба, который продуцирует в два-четыре раза больше целлюлазы, чем штамм дикого типа.

Процесс гидролиза целлюлозы очень прост. Гриб выращивают в среде, содержащей еловую древесину и минеральные соли. Затем культура фильтруется, твердые элементы отбрасываются. Остается янтарного цвета жидкость с ферментом. Раствор вместе с измельченной бумагой помещают в реакционный чан и инкубируют при температуре 50 °С и атмосферном давлении. В ходе реакции гидролиза образуется неочищенный глюкозный сироп, после чего не гидролизованная целлюлоза и фермент используются повторно. Выход глюкозы составляет около 50 % исходной целлюлозы. Опытная фабрика в Натике перерабатывает до 500 кг этого продукта в месяц; его производственную мощность (по сырью) можно увеличить до 2 000 кг. Благодаря этому процессу из 1 т старого картона или соломы после сбраживания глюкозы, полученной гидролизом целлюлозы, образуется 150 л спирта.

По мнению американских специалистов, превращение отходов целлюлозы в спирт заслуживает большего внимания, чем получение спирта из крахмала кукурузы.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую скидка 15%

^ Наверх