Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
Однако сейчас запасы ископаемого сырья стали предметом конкуренции, так
как оно требуется для производства химических веществ, энергии и даже
пищевых продуктов; все это усугубляется повышением цен на нефть и уголь.
В таких условиях применение процессов нового типа при производстве
химических веществ из возобновляемой биомассы становится все более
перспективным. Идет переоценка возмож-
Химия и технология
133
ностей использования модернизированных процессов, по сути своей подобных
разработанным в начале века.
В этом направлении уже сделаны первые шаги. Так, глице-рол получают с
помощью водорослей; активно ведется работа по изучению возможности
использования лигнина древесины. С технической точки зрения это сложная
проблема: решение ее откроет новый путь получения многих ценных
ароматических соединений, играющих столь важную роль в современной
химической промышленности.
Помимо новых способов получения химических веществ из биомассы
биотехнология дает нам также более эффективные и производительные
катализаторы для осуществления химических взаимопревращений. Они могут
использоваться двояким путем. Во-первых, специфичность действия фермента
(или ферментов) может применяться при катализе in vivo или in vitro
простых, но технически трудно осуществимых превращений. Примером такого
рода служит гидроксилирование стероидов при синтезе лекарственных
веществ. Во-вторых, с их помощью можно осуществлять полный биосинтез
сложных и дорогостоящих тонких химических продуктов из простых составных
частей, например образование антибиотиков в ходе вторичного метаболизма у
грибов. В табл. 4.1 приведены различные варианты использования
биокаталитической активности. Многообещающей областью дальнейшего
развития представляется производство ценных веществ из растений [среди
которых упомянем терпены (ароматические вещества) и алкалоиды
(используемые при производстве лекарств)] путем массового культивирования
клеток растений.
4.2. Развитие современной химической биотехнологии
4.2.1. Бродильное производство растворителей
О бродильном производстве глицерола шла речь в гл. 1, а о получении
этанола - растворителя, пищевого продукта, промежуточного вещества в
реакциях химического синтеза и горючего - в гл. 2. К числу других важных
бродильных производств относится получение ацетона и бутанола. Впервые в
промышленном масштабе они были осуществлены в Манчестере Вейсманном в
ходе первой мировой войны. Ацетон был необходим для производства кордита
и как метательное взрывчатое вещество в тяжелой артиллерии. До начала
военных действий его импортировали из Германии. Ацетон низкого качества
получали путем сухой перегонки древесины, но для упомянутых целей нужен
был высококачественный растворитель.
134
Глава 4
Таблица 4.1. Биотехнология и химическая промышленность
Биокатализ на стадии роста Нерегулируемый
Изменение среды с целью модификации метаболизма Получение мутантов,
способных к сверхпродукции промежуточных продуктов метаболизма Индукция
определенных ферментативных процессов Ингибированная ферментация
Направленный синтез из предшественников в обход метаболического контроля
Биокатализ по завершении роста Одностадийные превращения, позволяющие
обойтись без о чистки фер-меита или принятия мер по сохранению его
стабильности Многостадийные процессы ферментативной конверсии Биокатализ
in vitro Использование очищенного фермента для одностадийной конверсии
какого-либо природного субстрата Одностадийное образование химических
промежуточных продуктов из неприродных субстратов с использованием
очищенных ферментов с широким спектром действия Многостадийные
полусинтетические метаболитические процессы Химический катализ на основе
биологических принципов Создание химических аналогов ферментативных
процессов Получение химических катализаторов с биологической
специфичностью (образование "биоорганических комплексов")
Белок одноклеточных организмов Органические кислоты, аминокислоты
Аминокислоты
Антибиотики
Аминокислоты, антибиотики
Изомеризация глюкозы, получение глюконата, трансформация стероидов
Трансформация стероидов
Глюкозоизомераза, аминокислоты
Получение гидрохинона с помощью глюкозооксидазы
Бродильный процесс (ферментация) был основан на переработке крахмала,
концентрация которого составляла до 3,8% (вес/объем), анаэробными
спорообразующими бактериями Clostridium acetobutylicum. Превращению
подвергалось до 30% субстрата, в результате чего получалась смесь
растворителей (60 /о бутанола, 30% ацетона, 5-10% этанола, изопропанола и
мезитилоксида). Остальная часть субстрата в ходе процесса,
представленного на рис. 4.1, превращалась в водород и углекислый газ.
Поскольку образовывались большие объемы газов, при крупномасштабном
производстве перемешивания не требовалось,
Химия и технология
135
Крахмал
Глюкоза
1
Г люкозо-6-фосфат
I
Триозофосфат
1е_
Пируват
СО 2
Ацетил-СоА
Ацетоацетил -СоА
4 Н +
Ацетон
Бутират
j*-2"*
4Н
