Спиртті ашу процестері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Спиртті ашу процестері
Ашу процесі - бұл электрондардың немесе сутек атомдарының акцепторы органикалық заттар болғанда,энергия алу мақсатында гетерофты микробтардың субстарттарының биологиялық тотығуының бір түрі. Биотехнологиялық ашу процестері антибиотиктер,амин қышқылдары және басқа да өнімдердің биотехнологиясына қарағанда,ертерек зерттелген. Алайда кейбір ашу процестері практика жүзінде қолданылғанына біраз ғана уақыт болды,мысалы, Zymomonas spp арқылы жүретін ашу.
Көптеген ашу процестерінің негізі ретінде универсальды реакция ,яғни, глюкозаның (көміртек көзі) негізгі аралық өнім (интермедиат)- пирожүзім қышқылына немесе пируватқа ауысуы жатыр, одан әртүрлі соңғы өнімдер синтезделеді. Ең жоғарғы мөлшерде түзілген метоболитке сәйкес ашу процестерін былайша атайды: спиртті,майқышқылды ,сүтқышқылды және т.б.
Май қышқылы
Май қышқылы
сүтқышқылы
сүтқышқылы
Сірке қышқылы
Сірке қышқылы
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). Аталып өткен ағзалардың ішінде ашытқылар алдынғы орында, ал олардың көмегімен этанолды алу әлемдегі ең ірі топқа жатқызылады.Адамдар этанолды күнделікті өмірде еріткіш ретінде,химиялық синтезге қолданылатын шикізат ретінде,медицинада және т.б. салаларда қолданады.
Saccharomyces cerevisiae арнайы штаммы этанол өндірісінде биообъект ретінде ұсынылған ( африкалық континентте көбінесе Schizosaccharomyces pombe және S. Octosporus қолданады).Өз кезегінде штаммдарды жоғарғы және төменгі ашу процестері тобына ,ал флокуляцияға қабілеттігіне қарай шаң тәрізді және мақта тәрізді деп бөліп қарастырады. Жоғарғы ашу процесіне спирттік,нан пісіру және кейбір сыра ашытқысы, төменгі ашу процесіне сыра және шарап ашытқыларының көбісі жатады. Екі топтында клеткалары флокуляцияға ұшырауы мүмкін. 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 41 кестеде көрсетілген.
S. cerevisiae-қа қарағанда аэротолерантты бактериялар Z. Mobilis этанолға азырақ сезімтал,оларда катаболитті репрессия болмайды, ал глюкозаны қолдану және этанолды түзу жылдамдығы 2-3 есе жоғары (qC2HsOH= 1,87 гг*сағ). Глюкозаның катаболизмі Энтнер-Дудоров арқылы жүреді. Алайда бұл бактерияның көбею жылдамдығы төменірек және спирттік өнімділігі соншалықты жоғары емес. Продуцентпен жүргізетін генетика-селекциялы жұмыстын нәтижесі оң болатынына сену ғана қалады.
S. rosei-ге елеулі қызығушылық білдіреді. Бұл ашытқылар этанолды топинамбургті (жер алмұрты) қолдану арқылы түзе алады. Топинамбурте этанолға дейінгі гидролизде ашитын көміртек түрінің ең көбі инулин болады.Ол тіпті құнарсыз құмды топырақты солтүстік өнірлерде де жақсы өседі(Архангелде,Ленинградта және басқа да облыстарды).
41 кесте.Этанол продуценттерінің характеристикасы

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,торфжәне т.б. ағаштарының целлюлозасы. Сондықтан сілтілік сульфиттер,яғни, қағаз-целлюлозалық өндірістің қалдықтары этил спиртінің өндірісінде кең қолданысқа ие.Этанолды алудың технологиялық сызбасы төменде көрсетілген. Онда шикізатты амилолитикалық ферменттпен қайта өндеу кезіндегідей ,алдымен крахмалды глюкозаға айналдыру керектігі көрсетілген.Іс жүзінде саңырауқұлақ амилазасы (Aspergillus niger, A.oryzae және т.б.) немесе өнген астық (уыт) қолданылады.
Крахмал Клейстеризациялау+ уыт немесе саңырауқұлақ ферменттері Қант 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. Қайнату кезінде крахмалдың құрылымы бұзылу қажет. Мысалы, бидай және бидай үгітіндісі толығымен құрылымын 68°С-30 мин. ішінде бұзуға қабілетті. Крахмал, содан кейін болуы төменгі қантқа(моноз, биоз)дейін гидролизденуі тиіс, өйткені неғұрлым жоғары полимерленген көмірсулар ашытқы организмдермен ашымайды. Гидролиздеуші агенттер ретінде жіп тәрізді саңырауқұлақтардан немесе уыттан жасалған ферменттік препараттар қолданылады. 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.
Қанттар және декстриндерден басқа кептелулерде, әдетте, бейорганикалық тұздар түріндегі амин қышқылдары, пептидтер, макро - және микроэлементтер түрінде кездеседі(фосфор -- және фосфорорганикалық қосылыстар).
Бекітпені ашыту таза дақылдар, мезгілдік немесе үздіксіз тәсілдер көмегімен жүзеге асырылады. Қант және декстриндердің кептелудегі бастапқы концентрациясы жоғары болуы контаминанттар бактерияларына қолайсыз,жоғары осмостық қысым болғаны үшін. Кейінірек, осмостық қысым төмендегенде, түзілетін этанол және әрине өсіп келе жатқан немесе жасанды күкірт қышқылымен құралған қышқылдату (қышқылдық орта рН 3,8 -- 4,0) контаминанты бактериялар дамуын болдырмайтын негізгі факторлар ретінде шығады.
Ашыту кезінде 30°Сдан- 38°Сқа дейінгі температураны сақтайды(ашытқы түріне байланысты).
Ашу процесіне тек қана ашытқы түрі және тобы, температура және рН әсер етпейді,ферментациалық аппараттардың (суыту және жылыту жүйесі,орын алмасудың әдісімен интенсивтілігі) конструктивті ерекшеліктері де әсер етеді.Ашытудың ұзақтығы орташа алғанда 1,5-3 күндей болады.
Ашытындыда 1 -- 1,5%дан 6,5 -- 8,5% дейін этанол жинақталады;оны айдап 96% дейін жеткізеді.Сонымен қатар, ашытындыда сивушты майлар( жоғары қайнағыш фракция; -- 90° -- 150°С) , 5 -- 10% эфирлі альдегидтер болады. Сивушты майлар изопропил және н-пропилдерінің,изобутил және н-бутилінің,изоамил спирттерінің (2-метил- және 3-метилбутанолдары) қоспасы.Соңғы екеуінің үлесі 50% құрайды; сондай-ақ сивушты майларда β -фенил- және р-оксифенилэтил спирттерін байқаған.
Крахмал туралы есеп мазмұнын негізге ала отырып құрғақ зат, әр түрлі сортты жүгері, бидай, күріш, құмай жүгері орташа есеппен 65-75% крахмал жинайды да, одан алуға 45 дкл дейін этанол алуға болады.
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.
Гендік инженерия әдістерін қолдана отырып, Schizosaccharomyces pombe ашытқысына ксилоизомераза ферментінің биосинтезін кодтайтын ген енгізе алды. Бұл фермент D-ксилозаның D-ксилулезге айналу реакциясын катализдейді. Сол аралықта векторлық жүйе ретінде "ксилозоизомеразды" плазмида Escherichia coli болды.
D-ксилулоза пентозды циклге ене алады. Бұл цикл қосалқы заттар -фруктозо-6-фосфаты және 3-фосфоглицерин альдегиді (интермедиаттары пентозды циклде) арқылы гликолизге ауыса алады. Ксилозаның этанолға тікелей конверсиясына қол жеткізді. S.pombe - ның ксилозоизомеразаның гені бар клеткалары бір уақытта глюкозаны және әртүрлі ағаш гидролизаттарындағы ксилозаны ашыта алу қабілетіне ие болды.
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(42 кесте).

42 кесте.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.
Сілтілік сульфиттердің сандық және сапалық көрсеткіштеріне сульфитті қайнату жағдайлары, сорты және қайдан шыққаны әсер береді.
Saccharomyces cerevisiae көмегімен жүретін гидролиздан кейінгі гексоздың ашуынан,сілтілерден алдымен целлюозаны бөліп алады. "Сульфитті" спирт-ең арзандардың бірі,оның құрамында 2 -- 8% дейін метанол және басқада қоспалар бар. Оны техникалық мақсаттарда қолданады.
Ағашты қолдану арқылы,этанол және ашытқы алуды біріктіруге ұмтылады,алайда бұл екі процесте жеке жүре алады.Төменде целлюлозаның комбинирленген қолданысының сызбасы берілген.

Есептер нәтижесі бойынша, спирттің және азықтық ашытқы бірлескен өндірісінің 1 т шаққандағы мүлдем құрғақ ағаштың "соңғы" көрсеткіштері төмендегідей: этанол (абс.) -- 175-182 л, метанол -- 2 кг, сивуш майы -- 0,3 кг, фурфурол (94%) -- 5,6 кг көміртек диоксиді (сұйық) -- 70 кг, ашытқы қалдық ылғалдылығы 10% -- 32 кг, лигнин (мүлдем құрғақ) -- 380 кг, гипс -- 225 кг.
Сапрофитті Paecilomyces varioti қолдана отырып,сілтілік сульфиттерден саңырауқұлақ жем массасын алуға болады. Ол гексоза,пентоза және ацетатты пайдаға асырады. Бұл технология Финлядияда әзірленді.
Спиртті ашу кезінде көбінесе меласса ретінде - қызылша және қамыс қанты өндірісінің қалдығы қолданылады.Оның құрамында 80% құрғақ зат және 20% су бар. Құрғақ заттың шамамен 30 -- 40% -биозасахароза, 0,5 -- 2% -- раффиноза және 12 -- 18% -- инвертті қант (глюкоза және фруктоза қоспасы),ал қалғаны амин қышқылдары,бетаин(органикалық негіздегі), кейбір В дәрумендер тобы ,бейорганикалық тұздар,пигменттер алып жатыр. Мелассаның рН 7,2 -- 8,9 аралығында жатыр.
Мелассаны этанолды да жем ашытқыларында алу үшін қолданады (Сурет. 128а). Ағынды және гидролизді ашытқыларды салыстыра отырып, клетканың негізгі қоспалары туралы келесі мәліметтерді қарастыруға болады ( 43 кесте).
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%).
43 Кесте. 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.

Сірнемен қайнатылған этанолдың алынуы үшін қолданылатын ашытқылар қанттың жоғары концентрациялы (рафинозды қоса) және жоғары температураға төзімді (35°С дейін) етіп тез әрі тиімді ашытуы керек.
Іркілу дайындау үшін сірнеге 14 -- 18%-ы қанттың концентрациясын қосады да, рН 4 -- 5 дейін күкірт қышқылымен (тұз және сүт қышқылдары да болады) қышқылдандырады және керек болған жағдайда 0,1% аммоний 0,01% фосфор тұзын қосады. Көлемі жағынан 2 -- 4% белсенді ашытқылар Saccharomyces cerevisiae [ Ресейде көбірек V-30 (рис. 129) тұқымды қолданады, сонымен қатар соматикалық гибридтену сыра ашытқысы тұқымының нәтижесіне алынған диплоидты гибридтер 67 және 73 а-галактозидазаны түзушілер.
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%.
Іріктердің бактериалдық бірігуі олардың төменгі дәрежедегі pH пен және жоғары дәрежедегі қанттың құрамының (екі фактор да бактерияның өсуінің баяулауының анықтайтын негізгі болып саналады ) арқасында болмайды.
Ашыту процесін үздіксіз және екі кезеңді қылып өткізуге болады. 128 суретте екі кезеңді процесс көрсетілген. Ашытқы генераторларындағы(позиция 6) ортаны 3 -- 4 м3м3сағ 28 -- 30°С та және рН 4,2 -- 4,5те аэрирлейді.Ашытқыларды 2,5 -- 6,5% дейін құрғақ заттар өсіріп,оны спиртті ашу анаэробты жағдайда өтетін ашыту аппаратына(позиция 8,9) апарады.Спиртті айдауды және дистилдеуді оны қоспалардан ажырату үшін жасайды. Ал келесі ректификацияны 96% этанолды немесе абсолютті (100%) спиртті алу үшін істейді
Спиртті ашуды бірнеше жолмен қарқындатуға болады:
1) Кезеңді ферментацияның орнына үздіксіз ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.