W10
2,3-BUTANODIOL
1906r. - odkrycie 2,3-butanodiolu w płynie pohodowlanym Klebsiella pneumoniae
II w. św. - przemysł zbrojeniowy
obecnie - paliwo płynne, prekursory pianek, atramenty, farby drukarskie, plastyfikatory, materiał wybuchowy
producenci:
Klebsiella pneumoniae
Klebsiella oxytoc
Enterobacter aerogenes
Serratia marcescens
Bacillus subtilis
Bacillus polymyxa
substraty:
Klebsiella oxytoca = melasy, enzymatycznie hydrolizowane zaciery zbożowe, zhydrolizowana skrobia, pszenica, hydrolizaty drewna, odpady posiarczynowe
Bacillus polymyxa = skrobia kukurydziana, pszeniczne zaciery (enzymy amylolityczne)
warunki fermentacji: pH 5-6,5, temp. 37oC, O2, stężenie substratów 5-10%
biochemia procesu:
glukoza pentan
frutozo-6-fosforan + aldehyd-3-fosfoglicerynowy
2-pirogronian
acetoina
diacetyl 2,3-butanodiol
produkty otrzymywane z 2,3-butandiolu
2-buten
1,3-butadien
estry butanodiolu
eter tetrametylowy
MEK
GLICEROL
zastosowanie: przemysł spożywczy, kosmetyczny, farmaceutyczny, chemiczny, materiał wybuchowy (pochodne estrowe)
dodatek siarczku sodu → drożdże zamiast etanolu wytworzą glicerol
W10
ENZYMATYCZNA SYNTEZA TLENKÓW ALKENÓW
O2
propylen, Cl -, H2O2
chlorek hydroksypropylenu
H-
Cl-
tlenek propylenu
ALKOHOL ETYLOWY = ETANOL
CH3CH2OH
przemysł spożywczy, odczynnik chemiczny, rozpuszczalnik, paliwo
proces fermentacji cukrów z wytworzeniem alkoholu jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie
produkcja przemysłowa: gorzelnicze odmiany drożdży: Saccharomyces cerevisiae, w USA: Saccharomyces cerevisiae+ Candida+ Kluyveromyces
cechy drożdży gorzelniczych:
wysoka aktywność fermentacyjna
wydajność produkcji biomasy
wysoka stabilność cech morfologicznych i fizjologicznych
odporność na temperaturę >30oC
odporność na duże stężenia etanolu w pożywce
zdolność do fermentowania brzeczek o podwyższonej zawartości cukrów (nawet ok. 50%)
fermentacja alkoholowa: piwowarska, winiarska, gorzelnicza
surowce do produkcji alkoholu etylowego
surowce skrobiowe - kukurydza, żyto, ziemniaki, jęczmień, owies, sorgo, ryż
surowce zawierające mulinę - łopian, buraki
surowce zawierające cukry proste i oligocukry - melasa, sacharoza, serwatka, buraki paszowe, owoce, soki owocowe
surowce zawierające celulozę - drewno i jego odpady, torf, ługi posiarczynowe, trawa, słoma
surowce zawierające skrobię: oczyszczanie, obróbka termiczna, obróbka enzymatyczna
przygotowanie słodu gorzelnianego: α-amylaza, β-amylaza, α-glukozydaza, glukozydaza amylopektynowa, oligo-1,6-glikozydaza
warunki procesu:
14 - 16 dni, temperatura 8 - 10oC, półmrok
rozdrobnienie i ługowanie enzymów wodą = mleczko słodowe
W10
zacieranie = przemiana skleikowanej skrobi na cukry w temp. 55oC
α-amylaza: pH op. 5-6, temp. op. 70oC
β-amylaza: pH op. 4-5, temp. op. 40 -50oC
preparaty enzymatyczne scukrzające skrobię:
termamyl - Bacillus lichenifornis
SAN - Aspergillus niger
Fungamyl - Aspergillus oryzae
BAN - Bacillus subtilis
przygotowanie drożdży gorzelnianych
namnożenie przez ok. 20h na przecieku drożdżowym
dobre rezultaty - immobilizacja
mniejsza zależność od zmian kwasowości i temperatury
mniejsze ryzyko zakażenia
mniejsze koszty inwestycyjne i energochłonność
szybkość i wydajność produkcji
fermentacja:
I = zafermentowanie 18 -20h, powolny wzrost
II = fermentacja główna 20 -22h, temp. max 30oC
III = defermentowanie 20 - 30h, temp. 25 -26oC
zacier dojrzały zawiera 8 -12% alkoholu
produkty uboczne: kwas octowy, bursztynowy, aldehyd octowy, estry, wyższe alkohole (fuzle)
teoretyczna wydajność:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
100g glukozy → 51,5g EtOH
wydajność praktyczna:
45 - 48g metanolu / 87 - 94% w stosunku do wydajności teoretycznej
proces fermentacji surowców zawierających cukry proste lub dwucukry nie wymaga stosowania słodu scukrzających preparatów enzymatycznych
poszczególne surowce:
melasa: rozcieńczenie, sterylizacja, proces okresowy, ciągły i półciągły
serwatka: Kluyveromyces; 42 l serwatki (4,4% laktozy) = 100% EtOH
surowiec zawierający celulozę: hydroliza
destylacja
napój destylowany |
surowiec |
Wódka |
ziemniaki, zboże |
Scotch Whisky |
jęczmień |
Irish Whisky |
jęczmień, pszenica, owies, ryż |
Canadian Whisky |
ryż |
Gin (1650r) |
ziarna zbóż, owoce jałowca |
Aquavit |
ziemniaki, ziarna zbóż, kminek |
Tequilla |
sok kaktusa Agare Aequilana |
Kirchwasser |
sok wiśniowy |
Brandy |
owoce |
Cognac |
białe winogrona |
Rum |
trzcina cukrowa |
4
glikoliza
CO2
oksydaza
2-pyranosowa
chloroperoksydaza
epoksydaza
70% skrobi:
80% maltoza
20% dekstryny, glukoza