scan0097 2

132

Wśród mczofllnych bakterii jedynie Zymomonas mobilis są rozpatrywane jako alternatywne wobec drożdży mikroorganizmy do prowadzenia fermentacji etanolowej. Są to Gram-ujemne, beztlenowe pałeczki. W odróżnieniu od drożdży, w których występuje klasyczna glikoliza na drodze Embden-Meycrhof--Pamasa (EMP), w bakteriach Z mobilis występuje droga Emner-Doudoroffa (ED). Katabolizm 1 mola glukozy na drodze EMP daje 2 mole ATP, podczas gdy na drodze EP jedynie 1 mol ATP. W rezultacie Z mobilis wykazują wydajność fermentacji etanolowej od 92% aż do 97% wydajności teoretycznej. Bakterie te wykazują także większe od drożdży szybkości fermentacji. Tolerancja na etanol, do 7%. jest nieco mniejsza niż drożdży, ale zdecydowanie większa niż innych bakterii zdolnych do fermentacji etanolowej. Bakterie Z mobilis od dawna są używane w Ameryce Środkowej do produkcji napojów alkoholowych. Ograniczone zastosowanie bakterii Z mobilis w procesach technologicznych wynika z kilku przyczyn. Drobnoustroje te są wrażliwe i wymagają starannego postępowania podczas namnażania. Niedostateczna kontrola procesu fermentacji może prowadzić do nagromadzenia się aldehydu octowego w brzeczce. Należy Utrzymywać ściśle beztlenowe warunki prowadzenia procesu, gdyż w obecności tlenu bakterie wytwarzają kwas octowy, co obniża wydajność produkcji etanolu. Istotnym ograniczeniem zastosowań Z mobilis jest to, iż mogą one fermentować głównie glukozę i fruktozę, zaś nieliczne szczepy również sacharozę.

Interesujące, z punktu widzenia technologicznego, są również termofilne bakterie Thennoaerobacter ethanolicus, dla których optymalna temperatura wzrostu wynosi 65°C. Mogą one wykorzystywać różnorodne cukry (glukozę, fruktozę, galaktozę. mannozę, rybozę, ksylozę, laktozę, maltozę i celobiozę) w szerokim zakresie ph (5,5-8,5). Wadą tych bakterii jest wytwarzanie, oprócz etanolu, znacznych ilości kwasu octowego i kwasu mlekowego.

W dalszej części skryptu ograniczymy się wyłącznie do przedstawienia fermentacji etanolowej z udziałem drożdży.

113. Chemizm fermentacji etanolowej

Mechanizm fermentacji etanolowej po raz pierwszy został ujęty ilościowo przez Gay-Lussaca

^C6^Hi2°6 - 2CjHjOH ♦ 2C0₂ AH * -84 kJ/mol

Zgodnie z tym równaniem ze 100 kg heksozy powstaje 51,1 kg etanolu. Ta wydajność teoretyczna zwana jest współczynnikiem Gay-Lussaca i określa maksymalny stopień konwersji.

Z uwagi na zużycie części substratu na przyrost biomasy oraz wytworzenie innych produktów metabolizmu, rzeczywista wydajność jest niższa.

W tablicy 11.1 przedstawiono klasyczne wyniki oznaczeń produktów fermentacji etanolowej podane przez Pasteura. Dane te bywają traktowane jako pewien wzorzec. W tej samej tablicy podano również przykładowe dane dotyczące fermentacji przemysłowej. Wydajność podana przez Pasteura stanowi ok. 94,7% wydajności teoretycznej Gay-Lussaca. Wartości uzyskiwane w praktyce przemysłowej stanowią ok. 90% wydajności Gay-Lussaca.

Tablica 11.1

Produkty fermentacji etanolowej

Produkt	Według Pasteura	Dane przemysłowe
Etanol	48.4	45-49
Dwutlenek węgla	46.6	43-47
Glicerol	3.3	2-5
Kwas bursztynowy	0.6	0.5-1.5
Olej fuzlowy	-	0.2-0.6
Kwas cctowy	-	0-1.4
Glikol butylowy	-	0.2-0.6
Biomasa komórek	1.2	0.1-1.7

11.4. Czynnik! wpływające na przebieg fermentacja etanolowej

11.4.1. Kwasowość

Kwasowość brzeczki poddawanej fermentacji ma istotny wpływ na fermentację prowadzoną w warunkach przemysłowych. Optimum pH dla fermentacji przez drożdże wynosi 4,5-4,7. Przy wyższych wartościach pH wytwarzane są znaczące ilości glicerolu i kwasów organicznych. Kwaśne środowisko, w którym prowadzona jest fermentacja etanolowa, znacznie ogranicza ryzyko infekcji bakteryjnej.

11.4.2. Temperatura

Optimum temperatury dla fermentacji etanolowej, odpowiadające największej szybkości wytwarzania etanolu, leży między 30 i 40^CC. Wraz z tempera-