Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Фирма «Галф Ойл» (США) израсходовала около 9 млн долларов на разработку способов получения этанола из целлюлозосодержащих отходов, таких, как твердые городские, сельскохозяйственные отходы и отходы производства бумаги. После успешной работы опытной установки производительностью 1 т/сут фирма создала установку производительностью 50 т/сут, а позднее была пущена в эксплуатацию установка производительностью 2 тыс. т/сут. Процесс получения этанола по способу фирмы «Галф Ойл» основан на обработке предварительно подготовленной суспензии с содержанием целлюлозы 7,5—15,0% ферментами Trichoderma reesei целлобиогидролазой и р-глюкози-дазой. Образовавшуюся при этом глюкозу сбраживают в этанол дрожжи Saccharomyces cerevteiae, S. berg^nsis и Candida brassi-cae. В качестве сырья испытаны древесные опилки, кора деревьев и стоки целлюлозно-бумажного производства (Humphrey, 1980; Black,1980).
Получение этанола на основе кислотного или ферментативного гидролиза сельскохозяйственных отходов считают перспективным. США, например, располагают большим количеством (300 млн т/год) неиспользуемых сельскохозяйственных отходов. Если учесть, что ежегодная потребность США в этаноле составляет 112,5 млн гал, то расход сырья для ее удовлетворения не превысит 2% отходов. Таким образом, имеющиеся ресурсы растительного сырья позволяют практически неограниченно увеличивать выработку спирта (Sitton, 1979).
Kim (1981) изучен процесс получения этанола из размельченной рисовой соломы путем одновременного гидролиза целлюлозосодержащих компонентов соломы и сбраживания образующихся при этом сахаров в спирт. Процесс предусматривает использование целлюлаз грибов рода Trichoderma н культивирование термофильных дрожжей Saccharomyces cerevisiae NCYC 716.
В течение этого процесса в среде не накапливается целлобиоза
181
и тем самым устраняется ингибирование образования целлюлолитических ферментов.
Mes-Hartree (1984) разработал способ ферментативного гидролиза пшеничной или ячменной соломы и сбраживания, который позволяет получать этанол с выходом, равным 75% теоретического. Показано, что выход этанола зависит от способа обработки соломы и способа экстракции целлюлозы, а также от концентрации ферментного препарата целлюлаз. Установлено, что при использовании комплекса целлюлолитических ферментов гриба Trichoderma harzianum выход этанола выше, чем при гидролизе целлюлозы ферментамн гриба Тrichoderma reesei. Это объясняется более высоким содержанием р-глюкозидазы в культуральной жидкости Trichoderma harrianum.
Заслуживает внимания новый способ превращения твердых бытовых отходов в этанол. Процесс утилизации включает систему разделения органических и неорганических отходов, гидролиз целлюлозы до глюкозы, сбраживание глюкозы и отгонку этанола. Авторы предлагают два способа гидролиза целллюло-зы: кислотный и ферментативный с одновременным сбраживанием сахара. Оба позволяют получать этанол с выходом, превышающим 80% теоретического (Laughlin, 1984).
Городские домашние отходы также могут служить сырьем для получения этанола. В этом случае гидролиз осуществляют в колонном реакторе целлюлазами Trichoderma reesei. Даже при низких концентрациях субстрата за 48 ч гидролиза выход сахаров составляет 45—50%. В гидролизатах преобладает глюкоза (60%), присутствуют также ксилоза (8,5%) и целлобиоза (7%). Полагают, что процесс может быть улучшен путем повторного использования целлюлаз (Clanet, 1985).
При сравнении экономических показателей различных способов производства этанола на основе целлюлозосодержащих материалов, кукурузного зерна и этилена, полученного синтетическим путем, выявлено, что спирт из целлюлозы может быть конкурентоспособным на рынке, поскольку его себестоимость равна 18,5 цента за 1 л, коммерческая стоимость — 38 центов за 1 л, а текущая цена на спирт на мировом рынке в 1S83 г. составляла 44 цента за 1 л. При этом чистая прибыль при продаже этанола из целлюлозы в 2 раза выше, чем при продаже синтетического этанола, и в 1,5 раза выше, чем при продаже этанола из зерна. Расчеты были проведены для соответствующих заводов одинаковой мощности (200 млн л в год 95%-ного этанола, учитывая затраты на производство и коммерческую стоимость этанола, полученного ферментативным путем с последующим сбраживанием из целлюлозосодержащих материалов, кукурузного зерна или синтетическим путем из этилена с учетом цен 1983 г.) (Emert, 1980).
Критический анализ (Keim Karrol, 1983) всех существующих технологий получения этанола из растительного сырья показал,
182
что для того, чтобы спирт из возобновляемых видов сырья мог эффективно конкурировать с нефтью, необходимо разработать более эффективные проекты, ориентированные на непрерывные процессы микробной ферментации. Кроме того, нужны одностадийная ферментация, т. е. совмещение нескольких стадий процесса в одном биореакторе, предобработка исходного сырья, поиск и селекция новых штаммов микроорганизмов.
Прямая микробиологическая трансформация. Особое внимание привлекает способ прямой микробиологической трансформации целлюлозосодержащих субстратов в этанол, органические кислоты и другие ценные продукты без предварительного химического или ферментативного гидролиза.
