Ацетонбутанольное брожение
Клостридии - возбудители болезней и продуценты токсинов
• |
Clostridium histolyticum или С. |
|
septicum - газовая гангрена. |
• |
Clostridium tetani - столбняк. Эта |
|
бактерия при своем росте выделяет |
|
очень сильный нейротоксин, |
|
вызывающий тонические судороги |
|
мышц. |
• |
Clostridium botulinum – ботулизм (лат. |
|
botulus - колбаса). Образуемый ею |
|
токсин может вызвать смерть |
|
вследствие нервного паралича, в |
|
частности паралича дыхания. Токсин |
|
этот термолабилен и быстро (за 15 |
Clostridium acetobutylicum |
мин) инактивируется при кипячении. |
При ацетонобутиловом брожении из 1 т картофеля можно получить 25 м3 водорода, 340 кг бутанола и 110 кг ацетона, то есть с 1 га картофельных плантаций —
875 м3 водорода, 12 т бутанола и 4 т ацетона.
В СССР до конца 70-х годов
XX столетия в эксплуатации находилось 4 ацетонобутиловых завода: в городах Грозном, Нальчике, Талица (Свердловской области) и Ефремов (Тульской области). К концу 90-х годов остались Грозненский и Ефремовский заводы.
В 2008 г. на ОАО «Восточно-Сибирский комбинат «Биотехнологии» (ВСКБТ) в г. Тулуне Иркутской области на опытно- промышленной установке был успешно произведен первый в мире биобутанол из древесины.
ВСКБ будет производить 30 тыс. тонн биобутанола.
Ф1 — бутирилальдегиддегидрогеназа; Ф2 — бутанолдегидрогеназа; Ф3 — КоА-трансфераза; Ф4 — ацетоацетатдекарбоксилаза; Ф5 — изопропанолдегидрогеназа; Ф6 — ацетальдегиддегидрогеназа; Ф7 — алкогольдегидрогеназа
Образование нейтральных продуктов при брожении
Спорообразование у анаэробных бактерий: 1 —
Clostridium sporotrichum, инвагинация мембраны и образование септы в начале спорообразования: цпм — цитоплазматическая мембрана; вм—внутренняя мембрана проспоры; нм — наружная мембрана проспоры; мз— мезосомы; н — нуклеоид; м — инвагинирующие мембраны; 2
— Cl. Sporofasciens; 3 — Cl. Sporotrichum; 4,5 — Cl. Penicfflum;
Созревание спор у Cl. sporopenitum
. Форма спор цилиндрическая.
Преимущества бутанола в качестве биотоплива перед этанолом:
1.Бутанол при сгорании дает на 25% больше энергии, чем этанол: 25 529 кДж на 1 литр бутанола против 19 494 кДж на 1 литр этанола. Бензин - около
26688 кДж на 1 литр;
2.Бутанол безопаснее в использовании, поскольку он в шесть раз менее летуч, чем этанол и в 13,5 раз менее летуч, чем бензин. Не требует особых изменений пропорций смеси при использовании зимой и летом.
3.Бутанол — гораздо менее агрессивное вещество, чем этанол, поэтому может транспортироваться по существующим топливным трубопроводам;
4.Бутанол можно смешивать с бензином;
5.Бутанол может полностью заменять бензин, тогда как этанол может использоваться только как добавка к бензину с максимальным содержанием в смеси не более 85% и только после существенных переделок двигателя. В настоящее время в мире преобладают смеси с 10%-ным содержанием этанола;
Основные продукты брожения некоторых сахаролитических клостридиев
Организм |
Основные продукты брожения |
C. sphenoides, C. glycolicum |
этанол, уксусная кислота, CO2, H2 |
C. cellobioparum |
этанол; уксусная, муравьиная, молочная кислоты; CO2, H2 |
C. clostridioforme |
уксусная, молочная кислоты; CO2, H2 |
C. oroticum |
этанол; уксусная, молочная, муравьиная кислоты; CO2 |
C. coccoides |
янтарная, уксусная кислоты |
C. durum |
этанол, пропанол; муравьиная, уксусная, молочная |
|
кислоты |
C. nexile |
этанол; муравьиная, уксусная, молочная, янтарная кислоты; |
|
H2 |
C. quercicolum |
уксусная, пропионовая кислоты, H2 |
C. ramosum |
муравьиная, уксусная, молочная, янтарная кислоты |
C. aceticum, C. thermaceticum, C. formicaceticum, C. |
уксусная кислота |
spiroforme |
|
|
|
11 г/л н-бутанола и 3,4 г/л ацетона на питательной среде, имеющей следующее соотношение компонентов: свеклосахарная меласса 44 г/л, сернокислый аммоний 0,6 г/л, суперфосфатная вытяжка 0,26 г/л и углекислый кальций 10 г/л.37оС. pH 6,0-6,5. Процесс брожения проходит 42 ч, несброженными в среде остались 0,64% сахаров. Конверсия углеводов в целевой продукт составила лишь 34% от введенных в среду углеводов.
|
Молочнокислое брожение |
Неподвижные, |
|
|
грамположительные |
||
|
|
|
неспорообразующие |
|
Лактат- |
СООН |
бактерии размером 0,5-0,8 |
СООН |
x 2,0-9,0 мкм. |
||
| |
дегидро |
| |
|
геназа |
|
||
С=О |
СНОН |
|
|
|
|
||
| |
|
| |
|
СН3 |
НАДН НАД |
СН3 |
|
Глюкоза + 2АДФ + 2Фн = 2лактат + 2АТФ + 2H2O
Характеристика таксономических групп гомоферментативных молочнокислых бактерий |
Lactobacillus bulgaricus |
Род и подрод бактерий
Род Streptococcus
Род Pediococcus
Род Lactobacillus
Морфология и особенности деления клеток
сферические или овальные клетки; делятся в одной плоскости, в результате образуются пары или цепочки клеток
кокки; делятся в двух плоскостях, в результате образуются тетрады клеток
палочки; делятся в одной плоскости, образуют пары или цепочки клеток
Конфигурация молочной кислоты
D
DL
L
D
D
DL
DL
L
Наиболее
распространенные
виды
S. faecalis
S. lactis
P. cerevisiae
L. delbruckii
L. bulgaricus
L. lactis
L. jensenii
L. plantarum
L. casei
Использование
полилактатов
Средства личной гигиены, защитная одежда, фильтры, посуда, упаковка для пищевых и др. продуктов, пленка.
Молочная кислота (Е 270) образуется в процессе молочнокислого брожения и, благодаря низкому значению рН, широко используется в качестве консерванта при изготовлении сыра и целого ряда других молочных продуктов.