Экологический цикл производства и применения биоэтанола
Биотехнология растворителей, органических кислот и других химических веществ
Структура мирового производства на рынке биотехнологий
Промышленная или "белая" биотехнология - использование микроорганизмов и их ферментов для получения разнообразных химических соединений, новых материалов и энергии. По оценкам экспертов, сегодня около 10% всего рынка химической индустрии (свыше $100 млрд.) составляют продукты, получаемые с помощью биотехнологии. Более половины мирового производства относится к продукции "красной" биотехнологии (биофармацевтические препараты и биомедицина), 12% - к "зеленой" (агропищевая продукция), остальное – биоматериалы промышленного назначения ("белая" биотехнология).
Получение этанола из растительного сырья
Дрожжи Saccharomyces cerevisiae
Строение дрожжевой клетки
Выход этанола из тонны сырья, 90%ая конверсия крахмала в этанол.
Слево направо: картофель, кассава (маниок), овес, ячмень, пшеница, мило, рожь, кукуруза, рис (полированный), сорго (просо).
стоимость сырья составляет 70-80% себестоимости этанола
СХЕМА ГЛИКОЛИЗА
Ф1 гексокиназа; Ф2 глюкозофосфатизомераза;
Ф3 фофсофруктокиназа; Ф4 фруктозо-1,6-
дифосфатальдолаза; Ф5 триозофосфатизомераза;
Ф6 3-ФГА-дегидрогеназа; Ф7 фофсоглицерокиназа; Ф8 фосфоглицеромутаза; Ф9 енолаза; Ф10 пируваткиназа;
Ф11 лактатдегидрогеназа (по Dagley, Nicholson, 1973)
Этанол
Лактат Бутанол, ацетон
пропионат
Сначала пируват подвергается декарбоксилированию, продуктом которого является ацетальдегид. Данная реакция происходит при участии пируватдекарбоксилазы, ТПФ и ионов магния.
После ацетальдегид восстанавливается водородом, который отщепляется от кофермента NADH. При этом ацетальдегид восстанавливается до этанола. Собственно, цель спиртового брожения — это окисление NADH, чтобы он мог снова принять участие в гликолизе. Катализатором является алкогольдегидрогеназа.
Продуктами спиртового брожения являются этанол и СО2
Если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, добавить бисульфит, то основным продуктом брожения будет глицерин. Оказалось, что бисульфит образует комплекс с ацетальдегидом, и последний не может больше функционировать как акцептор электронов:
Следствием этого является передача электронов от НАД-H2 на
фосфодиоксиацетон, восстановление его до 3-фосфоглицерина и дефосфорилирование последнего, приводящее к образованию глицерина.
Технологическая схема получения этанола из крахмалсодержащего сырья
Ферменты
Дрожжи
Saccharomyces cerevisiae
концентрация сахара - от 10-15% рН 4-5, 28-30оС, 12-14% (об) спирта. Выход спирта составляет 88–93 % от теории.
Дробление
Растворение
(клейстеризация)
Ферментативный гидролиз
Брожение
Дистилляция
Ректификация
Этанол 96%
Абсолютирование
Барда
Этанол 99,8%