18. Отходы различных производств, как сырьё для биотехнологических процессов

Гл. задача биотехнологии - максимальное использование огромных объемов органических отходов, образующихся в мировом производстве. Каждый загрязняющий материал должен быть оценен относительно его пригодности для биотехнологических процессов, когда продукт отхода имеется в больших количествах и образуется в течение длительного периода (т. е. при масштабном производстве), он может рассматриваться в качестве подходящего сырья для утилизации.

1. Свекловичная меласса – 45-60% сахарозы. Является отходом производства сахара из свеклы. Используется для производства лимонной кислоты, этанола и др. 2. Зерно - картофельная барда – отход спиртового производства. Применяется для получения микробного белка. 3. Отходы пивоварения (пивная дробина и солодовые ростки) – применяются для производства кормовых дрожжей. 4. Пшеничные отруби – используются для приготовления питательных сред при твердофазном способе культивирования. Они очень дорогие, их смешивают с более дешевыми компонентами (древесные опилки) 5. Молочная сыворотка – отход производства сыров, творога и казеина. Имеет в составе значительное количество гормонов, витаминов, органических кислот. Используется в получении микробных продуктов. Могут использовать дрожжи родов Candida, Torulopsis, Trichosporon. Молочная сыворотка с выросшими в ней дрожжами по биологической ценности превосходит исходное сырьё. Можно использовать как заменитель молока. 6. Крахмал (картофельный или кукурузный). Под действием ферментов микроорганизмов крахмал гидролизуется до глюкозы (идеальный субстрат практически для всех биотехнологических производств).

Химический состав растительного сырья неодинаков. Главная часть, 40-75% – полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые в-ва) и лигнин (15-60%). Лигнин – нерастворимый при гидролизе остаток растительного сырья – находит ограниченное применение и является балластом. Целлюлоза составляет половину высушенной растительной биомассы – ценный источник углерода и энергии. Гидролизаты растительного сырья – это растворы сахаров в виде смеси пентоз и гексоз, образующиеся при кислотном гидролизе древесины, подсолнечной и хлопковой шелухи, кукурузной кочерыжки и др. Сульфитный щелок – раствор, получаемый при сульфитной варке целлюлозы. Из органических веществ щелока получают этанол, биоэтанол, дрожжи, антибиотики, растворители, ванилин, фенолы. Особого внимания заслужили способы прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза и их производства в белок с помощью грибов. Грибы, благодаря мощным энзимным системам, способны утилизировать сложные растительные субстраты без обработки. Процесс основан на выращивании целлюлозоразрушающих грибов Chaetomium cellulolyticum. Можно осуществлять в глубинной культуре и поверхностным методом. В микробиологической промышленности сырьё идёт на производство этанола, хлебопекарных дрожжей, антибиотиков, органических и аминокислот. Воду после замачивания кукурузных зёрен упаривают, получая экстракт для микробиологической промышленности. Из 1 т сыворотки можно получить около 20 кг сухой биомассы дрожжей. Кроме того, у сепарируемой бражки можно выделить дополнительно около 4 кг протеина. Метанол и этанол – перспективные виды сырья. Многие дрожжи родов Candida, Hansenula и др. ассимилируют этанол. Pichia, Candida – метанол. Гидролизаты торфа – перспективное сырьё для получения кормовых дрожжей. Наибольшее значение имеет верховой торф (до 50% полисахаридов).

Каменный уголь, природный газ и древесина могут служить сырьём для химического синтеза технических спиртов или уксусной кислоты. Источники углерода – н-алканы, некоторые фракции нефти. Компоненты нефти и природного газа: парафиновые, нафтеновые, ароматические УВ. Дизельная фракция содержит не менее 15% парафинов и является источником парафиновых УВ, которые по структуре и молекулярной массе оптимальны для потребления бактериями и дрожжами. Жидкие парафины: н-алканы (число С 10-20), ароматические УВ, сера. Нормальные парафины нефти: выход биомассы может достигать при их использовании до 100% от массы субстрата. Применяются в качестве дополнительного источника белка в рационах животных.