PRIMER ANYAGCSERE TERMÉKEK

ELőÁLLÍTÁSA







Alapanyagok
 
 

a./ Cukor C és energiaforrás: 25 % termelési költségben

Glükóz, szacharóz

Tisztaság [%] = cukor / szárazanyag x 100

Cukorgyártás durva cukorlé - DS = 13-17%, T= 89-91% híg cukorlé - DS » 20 %, T nagyobb 91 %

s?r? cukorlé- DS » 70 %, T = 93 % [cukor] » 70 %

kristályosítás ? Krist. cukor + melasz

Tárolás fermentáláshoz: > 67 % felett steril, pH» 8-9

* sűrű cukorlé és melasz kell!
 
 

b./ Keményítő

- legelterjedtebb növényi cukor tároló vegyület:

lineáris amilóz (a 1,4)

elágazó amilopektin (a 1,6)

- gélesedik sterilizáláskor

*a -amiláz -> maltodextrinek

(B. licheniformis, B. stearothermophilus)

- glükoamiláz -> glükóz

(A. niger, B. pullanolyticus)

speciális alkalmazásokra

* glükóz izomeráz -> fruktóz

* katalitikus hidrogénezés -> szorbitol

pl. aszkorbinsav szintézishez

Gazdaságosság

    Főtermék: EtOH = 30 x109 liter/év (» 50 % Brazil)

    Általános növekedés:

    ` 1990: 6 x 109$

    J2000: 100 x 109 $

Piaci részesedés:

    energia - fosszilis hordozók ?

    - üvegház hatás

    egyebek

    Költségcsökkentés: Környezetvédelmi adó


ETANOL TERMELÉS

1./ Alapanyag: keményítő - burgonya

- búza

- rozs

- kukorica

- zab

- manioka

2./ Keményítő bontása-amiláz (a -1,4)

B. licheniformis - hőstabil Topt. 85 0C

- Ca2+ stabilizálja

- pH 6-7

B. subtilis - Topt. 55 0C

- pH 5,5-6,5

A. oryzae - Topt. 40 0C

- pH 4,5-8,5

glükoamiláz (a -1,4; a -1,6; a -1,3)

A. niger - Topt. 60 0C

- pH 4,5-5,0

autoamilolízis

3./ Előforraló: Henze edény

    keményítő fellazítás

    sterilezés nyomás és hő alatt
 

4./ Erjeszt? (cefre) kád

    rozsdamentes acél:

    hengeres, könnyen tisztítható, sterilezhet?

    hatékony keverés

    hűtés: Topt. 20-22 ? 34 0C, pH 3,5 ? 5,0

    10 % élesztő

    köpenyhűtés; hűtőkígyó

    hőcserélő - energiaigény ?

4./ Desztilláló

    rozsdamentes acél

    82-87 % EtOH

5./ Utótisztító

    rézből készül

    újraforralás után: aldehid mentesítés

6./ Desztillációs maradék

    100-1000 liter/100 liter alkohol

    töményítés, szárítás -> takarmány

    -> talajjavító



Alkoholos fermentáció

a./ Éleszt[:

    Topt. 25 - 35 0C, pH 3,5 - 6,0

    anaerob: Embden-Meyerhof út

* 2-2 mol EtOH, CO2, ATP / mol glükóz

* kitermelés @ 90-95 %

b./ Zymomonas mobilis:

    anaerob, mezofil

    GMO = Z. mobilis ADH + lignocellulóz bontó

c./ Termofilek:

    el[nyei / hátrányai *: több az előny!

Thermoanaerobacter ethanolicus

    Baktérium vs. élesztő

d./ Immobilizált mikroorganizmusok

    cél: stabil, apró bogyók

    előnyök: lokális EtOH koncentráció

    szubsztrát gátlás

    biomassza

    hátrány: diffúzió limitál

    gradiensek: szubsztrát, termék,

    pH, oC

e./ Lignocellulózból

    » 2 x 1011 tonna/év -> fele lignocellulóz

    cellulóz + hemicellulóz + lignin szerkezet

    celluláz komplex: indukálható exoenzimek

    endo-b -(1,4)-glükanáz

    exo-b -glükanáz

    b -(1,4)-glükozidáz


Etanol hasznosítás

A. Energiahordozó

Olajimport:

USA: 50 % (!)

Brazília: 80 %

PRO-ALKOOL

Brazília - > 1 milliárd USD

- > 500 000 motor gasohol (20 % EtOH)

USA/Kanada

farmer - EtOH (10 %)

Jellemzők

    benzin 2-5 %

    EtOH 4-13,5 %

B. Fermentáció

    szénforrásként pl. polihidroxibutirát szintézisben

    igény: > 3 x 109 liter/év

C. Takarmány

    pl. marhahús puhító

    igény: > 2 x 109 liter/év

D. Dízel motor

    EtOH + peroxid = keveredik az olajjal


GLICERIN TERMELÉS

Legegyszerűbb poliol

R Kémiai szintézis: megy, de sok klórozott melléktermék

R Biotechnológia:

Saccharomyces acidifaciens éleszt?

    - 22 % cukorkonverzió

Dunaliella tertiolecta alga

    - sótűrő [0,1 - 5 M]

Biokémia:

    Acetaldehid + SO32- komplex nem tud reagálni

    NADH2 -vel -> glicerin

Dunaliella - ozmoreguláció

Termelés: glicerin kinyerés komplex tápból (!)

Módszerek:

S. cerevisiae: 30-35 oC, 2-3 nap

    3 % Na2SO3, 10-15 % melasz

    termék: 3 % glicerin,

    2 % EtOH, 1 % acetaldehid

I. Világháború - 2000 t/hó
 

    Sótűrő élesztők, baktériumok:

    nem-steril, de lassú (8-10 nap)

    18-30 % cukor -> glicerin konv.

Dunaliella: 7 M=56 % glicerin

    intracelluláris konc.

    CO2 + hn

    b -karotin melléktermék
 
 



ACETON / BUTANOL / IZOPROPANOL TERMELÉS

Clostridium acetobutylicum (1910 - )

    Weizmann vs. Fernbach:

    butanol fermentáció keményítőből

I. világháború:

    aceton kell (UK) - Weizmann J

    keményítő fogytán ? Kanada

Háború után:

    butanol kell az autóiparnak

II. világháború:

    keményítő helyett melasz

    66 % butanol, 10 % aceton fermentációból (USA)

Háború után:

    kőolajból olcsóbb -> biotechnológia =

1973 - :

    biotech. * , vegyipar *

Z Biokémia:

    pH> 5 + Fe limitáció ? tejsav, ecetsav

    PFOR (piruvát:ferredoxin oxidoreduktáz) kritikus

    alacsony pH, szubsztrát felesleg,

    foszfát/szulfát limitáció -> oldószer

    szolventogenezis, sporuláció -> stress válasz
 

Z Termelés:

    törzsjavítás

    butanol rezisztens (membrán lipidek sérülnek)

    szelektív termék skála (downstream)

    szubsztát hasznosítás (cellulóz?)

    folyamatos fermentálás / két lépcs?s

    savtermelő fázis elmaradhat

    immobilizálás

    oldószer tolerancia nő

    termék kinyerés

    desztilláció drága + alacsony oldószer konc.

    extrakció hidrofób fázisba

    reverz ozmózis

    adszorpció




Ugrás a harmadik fóliához