Бродильное производство растворителей.

Химия и биотехнология

Корни современной прикладной микробиологии и биотехнологии уходят в химическую промышленность начала ХХ века: именно тогда были разработаны основы промышленного производства ряда химических веществ (например, ацетона, этилового спирта, бутанола) из углеводов растений. На смену этой важной отрасли промышленности пришла быстро развивающаяся нефтехимическая промышленность. Однако сейчас запасы ископаемого сырья стали предметом конкуренции, так как оно требуется для производства химических веществ, энергии и даже пищевых продуктов; все это усугубляется повышением цен на нефть и уголь.

В таких условиях применение процессов нового типа при производстве химических веществ из возобновляемой биомассы становится все более перспективным.

Многообещающей областью дальнейшего развития представляется производство ценных веществ из растений путем массового культивирования клеток растений.

Бродильное производство растворителей.

К числу важных бродильных производств относится получение ацетона и бутанола. Впервые в промышленном масштабе они были осуществлены в Манчестере Вейсманом в ходе первой мировой войны. Ацетон был необходим как метательное взрывчатое вещество в тяжелой артиллерии. До начала военных действий его экспортировали из Германии. Ацетон низкого качества получали путем сухой перегонки древесины.

Бродильный процесс (ферментация) был основан на переработке крахмала, концентрация которого составляла до 3,8%, анаэробными спорообразующими бактериями Clostridium acetobutylicum. Превращению подвергалось до 30% субстрата, в результате чего получалась смесь растворителей (60% бутанола, 30% ацетона, 5-10% этанола, изопропанола и мезитилоксида). Остальная часть субстрата превращалась в водород и углекислый газ.

Поскольку образовывались большие объемы газов, при крупномасштабном производстве перемешивания не требовалось, а главная сложность заключалась в гашении пены. В зависимости от штаммов отношение ацетон-спирт несколько варьировало. Многие микробы, разрушающие крахмал и способные образовывать растворители, могут также сбраживать мелассу при содержании сахара в среде до 6%.

Растворители отделяют от среды отгонкой. В конце первой мировой войны главную роль стало играть производство бутанола: он нашел применение при получении широкого круга веществ, включая мочевиноформальдегидные пластмассы, пластификаторы и тормозные жидкости. Побочный продукт, водород, стал использоваться в производстве синтетического метанола и для гидрогенизации пищевых масел; углекислый газ либо сжижали, либо превращали в сухой лед. Твердые вещества отходов содержали большое количество рибофлавина (витамина В₂), и их можно было использовать как богатую белком добавку к кормам.

После второй мировой войны бродильное производство растворителей сильно сократилось, так как уменьшилась относительная стоимость нефтехимических продуктов по сравнению с полимерами сахаров. Производство н-бутанола путем ферментации продолжалось только в ЮАР. Однако в настоящее время получение бутанола путем ферментации становится все более выгодным. Главный недостаток существующего метода – низкая устойчивость штаммов микроорганизмов к конечным продуктам и относительно низкий выход растворителей.