ELőÁLLÍTÁSA
Alapanyagok
Glükóz, szacharóz
Tisztaság [%] = cukor / szárazanyag x 100
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
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
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
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:
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
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