scan0109 2

156

W następstwie rozkładu celulozy przez endo- i egozglukonazy nagromadzają się w środowisku reakcji celobioza i glukoza. Cukry te hamują, na zasadzie sprzężenia zwrotnego, aktywności poszczególnych celulaz. Celobioza jest silniejszym inhibitorem celulaz niż glukozy. Wysoka aktywność P-gluko-zydazy w kompleksie celulaz powoduje usunięcie z mieszaniny reagującej celobiozę, co zwiększa efektywność hydrolizy enzymatycznej celulozy. Hamowaniu hydrolizy przez glukozę można zapobiec bądź wypłukując ją ze środowiska reakcji, bądź prowadząc scukrzanie celulozy z jednoczesną fermentacją glukozy do etanolu.

Źródłem enzymów cclulolitycznych są grzyby (mczofilne i termofilne), bakterie, promieniowce. Najczęściej stosowane są grzyby Trichoderma reesu’ Aspergillus niger.

W tablicy 11.6 przedstawiono podstawową charakterystykę kwaśnej i enzymatycznej hydrolizy celulozy. Hydroliza enzymatyczna ma wiele zalet. Jej praktyczne zastosowanie jest ograniczone jedynie ceną stosowanych enzymów. Koszt preparatów enzymatycznych może stanowić nawet do 60% kosztów produkcji etanolu z surowców celulozowych.

Tablica 11.6

Porównanie kwaśnej i enzymatycznej hydrolizy celulozy

Hydroliza kwaśna	Hydroliza enzymatyczna
Działa niespecyficznie, zwykle nie wymaga wstępnej obróbki surowca	Działanie specyficzne, wymaga przygotowania surowca
Rozkład hcmicclulozy na składniki hamujące fermentację	Powstaje czysty syrop cukrowy dobry do dalszej fermentacji
Ostre warunki procesu, temperatura, ciśnienie, agresywne środowisko	Umiarkowane warunki procesu
Duże koszty chemikaliów	Kosztowne otrzymywanie enzymów
Duża szybkość hydrolizy	Mała szybkość hydrolizy
Ogólna wydajność glukozy jest niska z uwagi na degradację produktu	Możliwość osiągnięcia wysokiej wydajności hydrolizy

11.9.5. Bezpośrednie wytwarzanie etanoiu z surowców celulozowych

Klasyczne metody utylizacji surowców celulozowych polegają na odrębnym prowadzeniu procesu hydrolizy surowca (jego scukrzania) i fermentacji powstających cukrów. Idea łącznego prowadzenia tych dwóch procesów wygląda bardzo atrakcyjne. Możliwe jest zwiększenie wydajności etanolu dzięki zniesieniu hamowania hydrolizy przez końcowe jej produkty i skrócenie czasu trwania procesu. Realizacja jednoczesnej hydrolizy i fermentacji jest możliwa w wyniku stosowania kultur mieszanych bądź drobnoustrojów fermentujących celulozę.

Przykładem kultury mieszanej mogą być: Trichoderma reesei i S. cerevi-siac lub Clostridium thermoccllum i Zymomoiuis mobilis. Wadą tej metody jest trudność z doborem właściwej temperatury: optimum temperatury dla celulaz wynosi ok. 50°C, zaś dla fermentacji etanolowej ok. 32-38°C.

Procesy bezpośredniego wytwarzania etanolu z surowców celulozowych znajdują się obecnie na etapie badań pilotowych. Główna trudność polega na tym, że drobnoustroje które mogą bezpośrednio fermentować celulozę do etanolu, jak np. bakterie Clostridium thermocellum, wykazują niską wydajność, dużą wrażliwość na etanol, a ponadto wytwarzają oprócz etanolu znaczne ilości produktów ubocznych, głównie kwasu octowego i mlekowego.

11.10. Zagospodarowanie wywaru gorzelnianego

Wywar gorzelniany stanowi uciążliwy odpad produkcyjny. Biologiczne Zapotrzebowanie Tlenu (BZT₅) wywaru wynosi ok. 40000-60000 mg/dm³.

Przeciętna gorzelnia produkująca 60 m³ etanolu/dobę wytwarza ścieki o obciążeniu odpowiadającemu milionowemu miastu.

Świeży wywar melasowy zawiera do ok. 10% suchej masy, z czego ok. 30% stanowią sole nieorganiczne, zaś resztę różnego typu związki organiczne. Przykładowe składy wywarów gorzelnianych przedstawiono w tablicy 10.10. Klasyczna metoda unieszkodliwiania ścieków przez napowietrzanie i traktowanie osadem czynnym jest ekonomicznie nieefektywna. W praktyce stosuje się następujące metody zagospodarowania wywaru:

-    Jako składnik pasz do karmienia bydła, bezpośrednio lub po zatężeniu. Do lego celu wykorzystuje się wyłącznic wywar)' skrobiowe, gdyż wywar melasowy, uwagi na wysoką zawartość soli mineralnych, a zwłaszcza soli potasowych, nie może być używany jako pasza. Wywar ziemniaczany lub zbożowy wpływa dodatnio na strawność pasz słomiastych, umożliwia zwiększenie udziału pasz słomiastych oraz zwiększenie ilości obornika. Wywar jest paszą mlekopędną. Oprócz bezpośredniego skarmiania bydła ciepłym wywarem przygotowuje się z niego tzw. parzonki. Są to półpłynne mieszanki wywaru z sieczką lub plewami.

-    Bezpośrednie użycie w rolnictwie, w specyficznych warunkach terenowych, do nawadniania pól i łąk. Nadmierne zraszanie pól wywarem, zwłaszcza melasowym, prowadzi do degradacji gleb w wyniku zasolenia.