Спиртті ашу процестері

Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті Жаратылыстану ғылымдар факультеті Биотехнология және микробиология факультеті

Ашу процесі - бұл электрондардың немесе сутек атомдарының акцепторы органикалық заттар болғанда, энергия алу мақсатында гетерофты микробтардың субстарттарының биологиялық тотығуының бір түрі.

Спиртті ашу процестері

Спирт- бұл қаныққан көміртек атомында бір немесе бірнеше гидроксил(-ОН) тобы

бар көмірсутектің туындылары.

Спирт деген не?

Спиртті ашу. Оның негізі этил спиртін, азықтық және жем ашытқыларын, сыра өндіру және шарап жасап алуда жатыр. Спиртті ашудың қоздырушылары бола алады:ашытқылар-сахаромицеттер, кейбір мицелиалды саңырауқұлақтар(Aspergillus oryzae) және бактериялар ( Erwinia amylovora, Sarcina ventricular, Zymomonas mobilis, Z. Anaerobia) .

Saccharomyces cerevisiae арнайы штаммы этанол өндірісінде биообъект ретінде ұсынылған.

Шаң тәрізді ашытқылар ашу процесі бойы диспергирленген күйде болатынын естен шығармау керек. Олар автолизге қарағанда крахмалдық жіне қант заттарының сусының көбірек ашытады. Мақта тәрізділер - түбіне тұнып қалады немесе үстіне қалқып шығады, олар айқын ароматизаторлар.

Этанолдың продуценттерінің ерекшеліктері кестеде көрсетілген.

Әртүрлі мемелекеттерде этанол өндіру үшін шикізат ретінде қол жетімді өсімдік көздік көздері қолданылады. Ресей, Украина, Беларусияда- астық, картоп және қызылша мелассасы, АҚШта- сахароза және қамыс мелассасын, Жапонияда-күріш және т. б. қолданады. Гексозанның кез-келген көзі этил спиртін алу үшін шикізат ретінде қолданыла алады, мысалы, қылқанжапырақтылар, сабан, торф және т. б. ағаштарының целлюлозасы. Сондықтан сілтілік сульфиттер, яғни, қағаз-целлюлозалық өндірістің қалдықтары этил спиртінің өндірісінде кең қолданысқа ие.

Крахмал ---Клейстеризациялау+ уыт немесе саңырауқұлақ ферменттеріҚант массасы (кептелген) +ашытқылар Демдеу, қайнату +дистилляциялау Этанол

Этил спиртін алу үшін крахмал шығу тегі жағынан әртүрлі болуы мүмкін (картоп, жүгері, бидай, күріш) . Крахмалды шикізат алдын-ала үгітеді (уатады), бұл үшін балға немесе басқа да ұсатқыштар қолданады.

Крахмал амилоза және амилопектиннен тұрады. Тармақталмаған амилоза толық дерлік биозадан - мальтозаға дейін гиддролизденеді, ал тармақталған амилопектин тек ішінара - декстриндерге дейін, ашыту процесінде мальтозаға дейін баяу ыдырайды.

Ашыту кезінде 30°Сдан- 38°Сқа дейінгі температураны сақтайды(ашытқы түріне байланысты) .

Глюкоза және ксилозаны ашытатын табиғи бактериялар белгілі, мысалы, Thermoanaerobacter ethanolicus. Алайда өсімдік қалдықтары гидролизаттарының бактериалды анаэробты ферментациясының рентабельдігін ескерген жөн. Ол ашытындыдағы этанолдың концентрациясы 4, 5-5% төмен болмаса ғана іске асады.

Ректификациядан кейінгі "гидролиз спиртінде" 0, 05-0, 1% дейін метанол және салыстырмалы түрде мөлшері жоғарылатылған альдегид, органикалық қышқыл және этанолмен салыстырғандағы эфир(ол картоп немесе астық ректификаты) болады.

Целлюлоза өндірісінің қалдығы - сілтілік сульфиттер, оның құрамында шамамен 3% редуцирленуші заттары бар

Өндірістің қалдықтарды барда мен көміртек диоксиді болып табылады. Барданы мал мен құстардың жемі ретінде қолданады, көміртек диоксиді - азық-түлік өнеркәсібінде, мысалы, "құрғақ мұз" түрінде.

Целлюлозасы бар ағаш және шөптесін өсімдіктердің гидролизаттарын ашыту кезінде де этанол алуға болады. Мұндай гидролизаттар құрамында әдетте 2-3, 5% редуцирлеуші қанттар( көбінесе- гексозалар, одан азырақ пентозалар) болады.

Сілтілік сульфиттердің құрамы

Сілтілік сульфиттердегі қанттар, мысалы, шырша әдетте глюкозаның - шамамен 29%, галактозаның - 4, 2%, маннозаның - 43%, пентозаның - 17%, уран қышқылдарының - 3%, фруктозаның - 4% қосады.

Ағашты қолдану арқылы, этанол және ашытқы алуды біріктіруге ұмтылады, алайда бұл екі процесте жеке жүре алады. Төменде целлюлозаның комбинирленген қолданысының сызбасы берілген.

Ағынды ашытқыларда липидтер, дәрумендер(биотин, инозит, пиридоксин, рибофлавин), көмірсу мөлшері азырақ. Ал пантотенді қышқылдар, тиамин, холин және күлді элементтері бірнеше көбірек. Ағынды және гидролизді ашытқылардың құрамындағы ақуыз және ақуызды нуклеин қышқылының азоты арқылы ауырлық түсіру коэффициенті немесе 20% (NH^/NO^. • 100) тең КОБА-коэффициенті бірдей. Салыстыру үшін жіп тәрізді саңырауқұлақтардың КОБА-коэффициентін көрсетуге болады. Ол 2-5% тең, сол үшін ол ашытқылардың және бактериялардың ақуыздарынан ажыратылады (КОБА-коэффициенті 30%) .

Ағынды және гидролизді ашытқылардың химиялық құрамы, құрғақ заттар %.

Этанол және нан пісіру ашытқыларын алудың бір сызбасы 128(6) суретінде көрсетілген. Ашытқыны айдаудан бұрын (позиция 7) нан пісіру ашытқыларын сепарациялайды. Бұл өндірісте жем ашытқыларын өсіру үшін барданы қолдануға болады.

Ашу процесі басында 21-27 °С -та, ал соңында 32-33°С -та жүреді. Ашу процесінің ұзақтығы мелассаның сапасына байланысты, орташа есеппен ұзақтығы 36-72 сағатты құрайды, этанолдың ашудағы үлесі 6-9%.

Спиртті ашуды бірнеше жолмен қарқындатуға болады:

1) Кезеңді ферментацияның орнына үздіксіз ферментацияны қолданса, этанолды өндіру жүйесінің өнімділігі 2 есе артады; сондай-ақ белсенді ашытқылардың флокулирлеуші тұқымдарын алған, биомассаны қайта циркуляциялау, клеткаларды иммобилизациялау жөн;

2) 4265, 6-4665, 5 Па зарядындағы вакуумдық ферментация жасау этанолды алып тастау үшін және оның ингибирлеуші әсерін төмендету(контаминация болу мүмкін екенін ұмытпау қажет) үшін қолданылады;

3) Флеш-ферментация жасау арқылы, яғни, культуралды сұйықтықтың бір бөлігі белгілі бір уақыт өткен сайын этанолды алып тастау үшін вакуумды камераға түседі;

4) бл этанол-толерантты микроорганизмдер штаммдарының селекцясы арқасында, салыстырмалы түрдеашу кезінде спирттің концентрациясы жоғарақ болады.

Бұл процесті жүргізу қағидалары: клеткалардың флотацияға қабілеттілігі, ферментатордың газ-сұйықтық эмульсия жағдайында жұмыс жасауы, культуралды сұйықтықты араластыруға жұмсалатын эниргиясы жоқ зонаны таңдап алу . Газо-эмульсионды режим көпіршікті субстраттарды белсенді барботаждағанда пайда болады. Сол үшін екі қабатты турбинді араластырғыштары бар ферментаторлар жарайды (130 сурет) .

Көрсетілген әдіс келесі артықшылықтарға ие:клеткалармен культивирлеуші орталардың арасында диффузиондық барьердің болмауы, клеткалардың мықты адгезиясы, тасымалдаушыларды қайта жаңартудың қажеті жоқ, клетканы жинақтаушы процестерді жүргізе алу мүмкіндігі, олардың иммобилизациялары. Сондай-ақ, спиртті бір ғана жабдықпен алу үшін негізгі биотехнологиялық процестердің жүзеге аса алуы.

Спиртті ашудың мысалында өндірілген этанол қолданылған қанттың 95% құрайтыны көрсетілген.

Мақсатты түрде нан пісіру ашытқыларын (жоғарғы ашу пр. ) алу мелассалы ортада аэрацияда (рН 4, 4-4, 5) іске асырылады. Ол ағынды әдіспен жүреді, яғни ортаны биораекторға үздіксіз, ақырындап көлемі ұлғаятын ағынмен құйылады.

Сепарацияланған, сумен жуылған және тығыздалған нан пісіру ашытқыларын 4-5°С та рефрижераторда сақтайды. Ондай ашытқыларға мынандай талаптар қойылады:ылғалдылығы 75% артық емес, ұнның қоспасында тез реактивтенуі, қантты белсенді ашытуы(жоғарғы көтерілу күші және мальтазалы белсенділігі), тұзға төзімділігі және мелассадағы қоспаларға төзімді болуы.

Сыраның әртүрлі түрлерінің құрамында этанол, көмірсу, азоттық заттар (амидтар, аминқышқылдары, пептидтер) көміртек диоксиді- ферменттік гидролиздің өнімі; ащы, шайыр, танин, эфирлік майлар- құлмақтардың аналық шоқтары мен, неорганикалық тұздар мен іздерінен тұрады.

Спирттік ашу да сыра қайнатудың негізіне кіреді . Сыраны уыттылардың құрамына кіретін, алкогольді сусындарға жатқызамыз. Нанның уыттары арқылы экстракт қосып ашу арқылы алынады. Осындай экстракттардың құрамында ашу көмірсулары болады.

Түсі мен иісі, сыраның күштілігі көп жағдайларда ашытқының штаммасына байланысты(Saccharomyces cerevisiae, S. carlsbergensis және т. с. с. ) Ресейде көп жағдайларда S қолданады.

СЫРАНЫҢ ДӘМІ

Тұнбадан түзілген сыра ароматтырақ болады, себебі оған ащы заттар азырақ енеді. Сыра жасау процессінің келесі технологиялық кезеңдерінің маңызы болып табылады: