РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ н-БУТАНОЛА С КЛОСТРИДИЯМИ
Аннотация
С целью разработки технологической схемы производства н-бутанола микробиологическим синтезом, обеспечивающим выход суммы растворителей не менее 40% от условного крахмала в субстрате, проведена интенсификация процесса ацетоно-бутиловой ферментации путем получения новых штаммов Сlostridium асеtobutylicum (СВ 6-1) ВКПМ В-10289 и (СВ-2) ВКПМ В-10290 и оптимизации состава питательных крахмалсодержащих субстратов с выходом суммы растворителей 39-53% от условного крахмала в субстрате.
Разработана технологическая схема производства н-бутанола, основанная на комплексной переработке целлюлозо- и пентозансодержащего сырья, отрубей, мелассы и предусматривающая следующие варианты: 1) биосинтез н-бутанола Cl. acetobutylicum СВ-2 ВКПМ В-10290 из ржаной муки с использованием культуральной жидкости Cl. tyrobutyricum; 2) двухэтапный процесс экстракции н-бутанола из культуральной жидкости при ацетоно-бутиловой непрерывной ферментации и по ее завершению; 3) получение н-бутанола по традиционной технологии с исследуемыми штаммами или симбиотическим консорциумом двух бактерий Cl. tyrobutyricum и Cl. acetobutylicum с и без экстракции н-бутанола из отработанной культуральной жидкости. Выход суммы растворителей следующий: 1 – до 40% от условного крахмала в субстрате; 2 – 34,5% ; 3 – до 43% от сброженных углеводов.
Скачивания
Metrics
Литература
Логоткин И.С. Технология ацетонобутилового производства. М., 1958. 264 с.
Patáková P., Lipovský J., Čížková H., Fořtová J., Rychtera M., Melzoch K. Exploitation of Food Feedstock and Waste for Production of Biobutanol // Czech J. Food Sci. 2009. Vol. 27, N4. Pp. 276–283.
Яроцкий С.В., Сушкова В.И., Синеокий С.П., Лукина Г.П. Экономический анализ производства биобутанола и перспективы его развития // Деп. в ВИНИТИ 10.04.08, №308-2008. 65 c.
Ramey D. Production of bytyric acid and butanol from biomass. Final repor // Work performed under: contract № DE-F-G-02-00ER 86106 for Departament of Energy. Morgantown, WV, 2004.
Сушкова В.И., Яроцкий С.В. Эффективность методов выделения продуктов ацетоно-бутиловой ферментации // Химия растительного сырья. 2011. №3. С. 5–14.
Qureshi N. Agricultural residues and energy crops as potentially economical and novel substrates for microbial pro-duction of butanol (a biofuel) // CAB Reviews: Perspectives in Agriculture, Veterinary Science, Nutrition and Natural Resources. 2010. Vol. 5, N10. Pp. 1–8.
Madihah M.S., Ariff A.B., Sahaid K.M., Suraini A.A. and Karim M.I.A. Direct fermentation of gelatinized sago starch to aceton-butanol-ethanol by Cl. acetibutylicum // J.of Microb. & Biotechnol. 2001. Vol. 17. Pp. 567–576.
Parekh M., Formanek J., Blaschek H.P. Pilot-scale production of by Clostridium beijerinckii BA 101 using a low-cost fermentation medium on corn steep water // Appl Microbiol Biotechnol. 1999. Vol. 51. Pp. 152.
Jesse T.W., Ezeji T.C., Qureshi N. and Blaschek H.P. Production of butanol from starch-based waste packing peanuts and agricultural waste // J. of Industrial Microb. & Biotechnol. 2002. Vol. 29. Pp. 117–123.
Thaddeus C.E., Thaddeus N., Qureshi H.P. Blaschek Butanol Fermentation Reseach: Upstream and Downstream Ma-nipulations // The Chemical Reconl. 2004. Vol. 4. Pp. 305–314.
Qureshi N., Lolas A. and Blaschek H.P. Soy molasses as fermentation substrate for production of butanol using Clos-tridium beijerinckii ВА 101 // J. of Industrial Microb. & Biotechnol. 2001. Vol. 26. Pp. 290–295.
Edhilvia J.C., Quresh N., and Blaschek H.P. Production of aceton, butanol and ethanol from Degemed corn using Clostridium beijerinckii BA 101 // Appleed Biochemistry and Biotechnology. 2002. Vol. 5. Pp. 98–100.
Ezeji T.C., Blaschek H.P. Fermentation of dried distillers’grains and soluble (DDGS) hydrolysates to solvents and value-added products by solventogenic clostridia // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. Pp. 5232–5242.
Qureshi N., , Saha B.C., Dien B., Hector R.E., Cotta M.A. Production of butanol (a biofuel) from agricultural resi-dues: Part I – Use of barley straw hydrolysate // Biomass and bioenergy. 2010. Vol. 34. Pp. 559–565.
Formanek J., Mackie R., Blaschek H.P. Enhanced butanol production by Cl. beijerinckii BA101 grown in semide-fined P2 medium containing 6 percent maltodextrin or glucose // Appl. Environ. Microbiol. 1997. Vol. 63. Pp. 2306–2310.
Green E.M. Fermtytative production of butanol – the industrial perspective // Curr Opin Biotechnol. 2011. Vol. 22, N3. Pp. 337–343.
Березина О.В., Синеокий С.П., Великодворская Г.А., Шварц В., Зверлов В.В. Внеклеточная гликозилгидро-лазная активность клостридий, образующих ацетон, бутанол и этанол // Прикладная биохимия и микробиоло-гия. 2008. Т. 44, №1. С. 49–55.
Сушкова В.И., Березина О.В., Яроцкий С.В. Эффективность ацетоно-бутилового брожения культурами Сlostridium асеtobutylicum // Общество, наука, инновации. НТК-2011: материалы ежегод. Всерос. науч.-технич. конф. Киров, 2011. Электронная версия. (СD-ROM). (Биологический факультет. Секция «Биотехноло-гия» Статья № 20).
Патент №95103597 (РФ). Штамм бактерий Clostridium acetibutylicum – продуцент н-бутилового спирта и аце-тона / Г.П. Лукина, С.К. Абилев, И.К. Любимова, М.А. Великая, И.Е. Ежова, Т.В. Артюшкина / 1996.
Nasser N.K., Al-Shorgani, Kalil M.S., Yusoff W.M.W. The Effect of Different Carbon Sources on Biobutanol Pro-duction using Clostridium saccharoperbmylacetonicum N1-4 // Biotechnology 2011. Vol. 10, N3. Pp. 280–285.
Eunjong J., Kimoon D.-H. Fermentation of Rice Bran and Defatted Rice Bran for Butanol Production Using Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 // Microbiol. Biotechnol. 2009. vol. 19, no. 5. Рp. 482–490.
Areesirisuk A., Laopaiboon L., Fangkum A., Ponchai N., Leelavacharamas V., Laopaiboon P. Growth and butanol production of Clostridium beijerinckii from sweet sorghum juice // Thai Journal of Biotechnology. 2008. Vol. 8, N1. Pp. 44–49.
Patakova P., Maxa D., Rychtera M., Linhova M., Fribert P., Muzikova Z., Lipovsky J., Paulova L., Pospisil M., Sebor G., Melzoch K. Perspectives of Biobutanol Production and Use // Biotechnology and Bioengineering. 2007. Vol. 97, N6. Рp. 243–266.
Qureshi N., Lolas A., Blaschek H.P. Soy molasses as fermentation substrate for production of butanol using Clostrid-ium beijerinckii ВА 101 // J. of Industrial Microb. & Biotechnol. 2001. Vol. 26. Pp. 290–295.
Patáková P., Lipovský J., Čížková H., Fořtová J., Rychtera M., Melzoch K. Exploitation of food feedstock and waste for production of biobutanol // Czech J. Food Sci. 2009. Vol. 27. Рp. 276–283.
Qureshi N., Saha B.C., Cotta M.A. Butanol production from wheat straw hydrolysate using Clostridium beijerinckii. Part II – Fed-batch fermentation // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2007. Vol. 30. Pp. 419–427.
Ежова И.Е. Комплексное использование сырья в ацетоно-бутиловом производстве : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 1975. 29 с.
Qureshi N., Blaschek H.P. Butanol production from agricultural biomass // Food Biotechnology. 2005. Pp. 525–551.
Lin Y.L., Blaschek H.P., Butanol Production by a Butanol-Tolerant Strain of Clostridium acetobutylicum in Extruded Corn Broth // Applied and Environmental Microbiology. 1983. Vol. 45, N3. Pp. 966–973.
Gutierrez N.A., Maddox I.S., Schuster K.C., Swoboda H., Gapes J.R. Strain comparison and medium preparation for the acetone–butanol–ethanol (ABE) fermentation process using a substrate of potato // Bioresource Technology. 1998. Vol. 66. Рp. 263–265.
Nimcevic D., Schuster M., Gapes J.R. Solvent production by Clostridium beijerinckii NRRL B592 growing on dif-ferent potato media // Applied Microbiology and Biotechnology. 1998. Vol. 50, N4. Рp. 426–428.
Grobben N.G., Eggink G., Cuperus F.P. and Huizing H.J. Production of aceton, butanol and etanol (ABE) from po-tato wastes: fermentation with Integrated Membrane Extraction // Applied Microbiology and Biotechnology. 1993. Vol. 39. Рp. 494–498.
Nimcevic D, Gapes J.R. The Acetone-Butanol Fermentation in Pilot Plant and Pre-Industrial Scale // J. Mol. Micro-biol. Biotechnol. 2000. Vol. 2, N1. Pp. 15–20.
Коротких, А.А. Мировой рынок биотоплива. Состояние и перспективы // Россия и Америка в XXI веке. [Электронный ресурс]. URL: http://www.rusus.ru/?act=read&id=88
Edhilvia J.C., Quresh N., Blaschek H.P. Production of aceton, butanol and ethanol from Degemed corn using Clos-tridium beijerinckii BA 101 // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2002. Vol. 5. Pp. 98–100.
Patent 4326032 (US). Process for the production of organic fuel / H. Leslie, E. Grove, A. Hoyt, Paul St. / 1982.
Patent 20100221802 (US). Method for producing butanol using two-phase extractive fermentation / Grady M.C., Ja-hic M., Patnaik R. / 2010.
Patent 20090305370 (US). Method for producing butanol using two-phase extractive fermentation / Grady M.C., Ja-hic M., Patnaik R. / 2009.
Roffler S.R., Blacnh H.W., Wilke C.R. In-situ recovery of butanol during fermentation // Bioprocess Engineering. 1987. №2. С. 181–190.
Patent 5753474 (US). Continuous two stage, dual path anaerobic fermentation of butanol and other organic solvents using two different strains of bacteria / Ramey D.E. 1998.
Сушкова В.И., Жуковский С.В., Березина О.В., Яроцкий С.В. Биосинтез масляной кислоты штаммом Clostrid-ium butyricum ВКПМ В-9619 из кукурузной кочерыжки и мелассы // Химия растительного сырья. 2011. №1. С. 157–162.
Сушкова В.И., Березина О.В., Яроцкий С.В. Пути интенсификации процесса биосинтеза масляной кислоты // Химия растительного сырья. 2012. №1. С. 171–180.
Сушкова В.И., Воробьёва Г.И. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещест-ва. М., 2008. 215 с.
Емельянова И.Э. Химико-технический контроль гидролизного производства. М., 1969. 365 с.
ГОСТ 26176-91. Корма, Комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов. 1993.
Сушкова В.И., Яроцкий С.В., Сухоженко А.В. Процесс экстрактивной ацетоно-бутиловой ферментации // Но-вые достижения в химии и химической технологии растительного сырья : материалы V Всерос. конф. Барна-ул, 2012. С. 382–383.
ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблю-дений. Основные положения.
Заявка на патент 2011125862/10(038258) (RU). Способ получения н-бутанола / В.И. Сушкова, С.В. Яроцкий, В.Г. Дебабов / 2011.
Патент 2406763 (RU). Способ микробиологического синтеза н-бутанола / В.И. Сушкова, С.В. Яроцкий / 2010.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
