Получение белка одноклеточных на метаноле и этаноле 1

Высокобелковые продукты из метанола получают фирмы ряда развитых стран мира: Великобритании, Швеции, Германии, США, Италии. 2

Биомассу на основе этанола производят в Чехословакии, Испании, Германии, Японии, США. 3

РАССМАТРИВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ: -Методы получения метанола (этанола). -Микроорганизмы, утилизирующие метанол(этанол). -Закономерности роста микроорганизмов на метаноле (этаноле). -Технология получения биомассы бактерий и дрожжей на метаноле(этаноле). -Характеристика готового продукта. 4

Методы получения метанола. u Метанол производится химическим синтезом (из синтез - газа), содержит 99, 9% основного вещества и полностью пригоден к использованию. 5

Минусы Плюсы u u Дешевизна; Массовое производство; Смешивается с водой во всех соотношениях; Легкость отделения биомассы. u u u Высокая взрывопожароопасность; Токсичность (30 мл – слепота, 100 мл – летальный исход) и схожесть по органолептическим свойствам с этанолом. Является ПРЕКУРСОРОМ. Как следствие – маркируется «Метанол-ЯД» , перевозится только под охраной 6

Микроорганизмы, утилизирующие метанол u P. Pseudomonas Ps. Methylotrophia u P. Arthrobacter u P. Streptomyces u P. Hyphomycrobium Метилотрофные дрожжи 7

На метаноле как на единственном источнике углерода и энергии способны расти около 25 видов дрожжей, в том числе: Pichia polymorpha, P. anomala, P. aganobii Yarrowia lipolytica Candida silvicola, C. boidinii 8

Катаболизм метанола начинается с его окисления кислородом с образованием формальдегида. Эта реакция катализируется ферментом метанолоксидазой, содержащим в качестве кофермента ФАД. При этом образуется Н 2 О 2, поэтому метилотрофные дрожжи всегда богаты каталазой, разлагающей токсичную Н 2 О 2 до Н 2 О и О 2. Формальдегид затем окисляется последовательно до муравьиной кислоты и СО 2. 9

10

При этом окисляемый субстрат находится в связанном виде с молекулой глутатиона. В ходе окисления на 1 моль метанола образуется 1 моль НАД·Н, который может участвовать в процессах биосинтеза или отдавать электроны в цепь переноса электронов для генерации АТФ. Ассимиляции одноуглеродных соединений у дрожжей для нужд биосинтеза происходит в ксилулозо-монофосфатном цикле. 11

При росте на метаноле бактерии дают больше биомассы, чем дрожжи. Первая реакция окисления метанола у дрожжей катализируется оксидазой, а у метилотрофных прокариот - дегидрогеназой. 12

Ведутся генно-инженерные работы по переносу гена метанолдегидрогеназы из бактерий в дрожжи. Это позволит объединить технологические преимущества дрожжей с эффективностью роста бактерий. Стоимость такого производства несколько выше. 13

Закономерности роста микроорганизмов на метаноле. u Torulopsis emobis (p. H=4, t=+37 C) подавляет рост практически всех видов мо но для каждого продуцентаконцентрация метана в среде подбирается индивидуально. Для указанной культуры при 0, 5% СН 3 ОН μ=μmax=0, 17 ч-1 14

Другие элементы среды u Органический азот предпочтительнее для тех продуцентов, которые требуют факторов роста – лучший – кукурузный экстракт u Солевой состав – K, P, Mn, Zn – подбирают индивидуально 15

Технология получения биомассы бактерий и дрожжей на метаноле (процесс ведется стерильно). Культивирование дрожжей одностадийное без дозревания – 30 г/л u Аппараты преимущественно газлифтного типа u Бактерии культивируются стерильно u Аппараты преимущественно газлифтного типа либо струйные аппараты с шахтными переливами u 16

Особенности получения готового продукта. Наименование «ПРУТИН» u Продуцент Methylophilus methylotrophus +34 -37, р. Н=7, μ = 0, 5 ч-1 u В аппаратах 600 тонн, эрлифты u Заменитель рыбной и соевой муки в кормах u При выделении добавляют флокулянт, сепарируют до 20% СВ и сушат в распылсушилке и гранулируют u 17

Использование этанола как субстрата снимает проблему очистки биомассы от аномальных продуктов обмена с нечетным числом углеродных атомов. 18

Методы получения этанола. u Химические: Синтез из этилена u Биологические: Из крахмалистого сырья (пшеница, кукуруза, картофель); На гидролизатах; На сульфитных щелоках; На мелассе; На сахаристом сырье (тросник, свекла, сорго) 19

Гидратация этилена Гидратацию можно вести по двум схемам: – прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа, в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесённую на силикагель, активированный уголь или асбест: CH 2=CH 2 + H 2 O → C 2 H 5 OH – гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты, с последующим его гидролизом (при температуре 80— 90 °С и давлении 3, 5 МПа): CH 2=CH 2 + H 2 SO 4 → CH 3 -CH 2 -OSO 2 OH (этилсерная кислота) – CH 3 -CH 2 -OSO 2 OH + H 2 O → C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира. 20

Расположение: Миннесота, США Компания: Husker Ag Построен: Fagen Inc. of Granite Falls, MN Инжиниринг: ICM of Colwich, KS. Мощность: 100 млн литров в год Персонал: 34 С 6 Н 12 Н 6 = 2 С 2 Н 5 ОН + 2 СО 2 21

Плюсы u u u Дешевизна (без акцизов); Массовое производство Слабая токсичность (смертельная доза более 1 литра); Смешивается с водой во всех соотношениях; Легкость отделения биомассы. Минусы u u Высокая взрывопожароопасность; Учет, контроль, акцизы, квоты. 22

Бражка 6 -8 %об макс. С спирта в среде – 11% u Чем больше ненасыщ. ж/к в составе липидов, тем выще устойчивость к спирту. Спирт повреждает мембраны и ингибирует некоторые ферменты. 23

Получение этанола u Выращивание дрожжей (5 -10% РВ) u Брожение Сперва готовят затор. Подкисляют до р. Н=4 -5, добавляют фосфаты, массу разводят в три раза (15% РВ), добавляют дрожжи, инкубация 72 ч при охлаждении (30 -35 С). Далее на ректификацию. 24

Продуценты БО на этаноле u Бактерии Acinetobacter alcaceticum u Дрожжи u Миц. Грибы Ассимиляция этанола происходит через образование Ац Ко А 25

Особенности получения белка на этаноле u Конц. Спирта 1, 5% (для Acinetobacter calcaceticum) u 12 г/л биомассы u Любой ист. Азота (орг. / неорг. ) u Среда типично синтетическая u Процесс стерилен, одностадиен, без избытка О 2 В остальном процесс стандартный 26