# Биотехнология Получения Этилового Спирта

Олег Викторович Мосин

По расходу сырья производство этилового спирта самое крупное биотехнологическое производство в мире. Однако по стоимости валового продукта этанол занимает третье место среди крупнотоннажной продукции. В основе биотехнологического получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения и виноделия лежит процесс брожения - один из разновидностей биологического окисления субстрата у гетеротрофных микроорганизмов. Биотехнологические бродильные процессы изучены сравнительно давно. Однако некоторые процессы брожения реализованы на практике только сейчас. В основе брожения лежит универсальная реакция превращения источника углерода глюкозы в ключевой промежуточный продукт-пировиноградную кислоту, из которой затем и синтезируются дальнейшие продукты, включая этиловый спирт. Как это всё происходит в теории и на практике подробно объясняется в данной статье.

БИОТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛОВОГО СПИРТА


## О.В.Мосин

В основе биотехнологического получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения и виноделия лежит процесс брожения - один из разновидностей биологического окисления субстрата у гетеротрофных микроорганизмов. Биотехнологические бродильные процессы изучены сравнительно давно. Однако некоторые процессы брожения реализованы на практике только сейчас. В основе брожения лежит универсальная реакция превращения источника углерода глюкозы в ключевой промежуточный продукт-пировиноградную кислоту, из которой синтезируются дальнейшие продукты, включая этиловый спирт. Возбудителями спиртового брожения могут быть дрожжи - сахаромицеты, некоторые мицелиальные грибы (Aspergillus oryzae) и бактерии (Erwinia amylovora, Sarcinaventricula, Zymomonas mobilis, Z. anaerobia).

По расходу сырья производство этилового спирта самое крупное биотехнологическое производство в мире. Однако по стоимости валового продукта этанол занимает третье место среди крупнотоннажной продукции.

Как известно, этанол широко используется в химической, фармакологической и пищевой промышленности. Кроме того, он может стать источником энергетических ресурсов.

На схеме показаны основные пути использования этанола.

Из этанола получают этилен - традиционное сырье для органического синтеза. Из 3,8 кг сахара можно получить 1,7 кг этанола, из него - 1 кг этилена. Этанол как жидкое топливо пока не может конкурировать с бензином, поскольку, например в США, полученный из зерна этанол в 2-3 раза дороже бензина. Существуют национальные программы замены части бензина (до 20%) этанолом как топлива для автомобильного транспорта, что позволит уменьшить импорт нефти. Бразилия еще в 1992 г. планировала получить из тростникового сахара 3,8 млрд л этанола, чтобы сократить импорт нефти на 4 млрд долларов.

Таблица 1 Характеристика микроорганизмов - продуцентов этанола

(Ю. Швинка, Л. Панкова, 1984)

Оптимальные пара- Выход Макси-

Микроорганизмы метры культивирования этанола, %от максимального мальная концентрация этанола, г/л Примечания

рн Температура, ?С


Saccharomyces ce- 3-4 30 100 130 Не используют пенто-

revisiae ЗЫ

Saccharomyces ro- 4,6 35 88 42,5 Конвертирует в эта-

sei Kluyveromyces ma- 4,4 35 88 44 нол полисахариды топинамбура (инулин) То же

rxianus

Pachysolen tanno-philus 4,2 25 40-60 20 Использует ксилозу, растет в смешанной

Zymomonas mobilis Zymomonas anae-robia 5,5 5,6 30 35 95 90-95 130 96 культуре Аэротолерантеп Термоустойчив

Clostridium ther-mocelium 7,0 62 50 1,5 Образует активный целлюлазный коми-

леке, не утилизирует ксиланы, ксилозу. Соотношение этанола и ацетата примерно 1:1, устойчив в ассоциациях

Имеет короткое время генерации (70 мин), аэротолерантен Образует бутират

Clostridium ther- 6,9-7,5 67-70

mohydrosulfuricum

27

(на ксилозе)

70

Clostridium ther- 55-60

mosaccharolyticum

90

Широкий оптимум рН;

время генерации

90 мин

Termoanaerobacter 5,8-8,5 69

ethanolicus


Необходимо отметить, что производство спирта - одна из самых старых отраслей биотехнологии. Хорошо изучены различные продуценты этанола, биохимия процессов спиртового брожения. Материальный баланс спиртового брожения имеет следующий вид:

СnН2nОn + 0,005 NН3 - 0,04 X + 0,49 С2Н5ОН + 0,47 СО2.

биомасса

Энергия субстрата в процессе брожения распределяется так:

90% переходит в этанол и по 5% - в биомассу и теплоту.

В качестве продуцента в спиртовом производстве используют только дрожжи, однако, как видно из таблицы 1, этанол также продуцируют многие бактерии..

В качестве сырья для производства этанола в различных странах используют национальные доступные растительные источники: зерновые, картофель и свекловичная масса - в России, Украине, Беларуси; сахарозу и тростниковую мелассу - в США; рис - в Японии и т.д. В обозримом будущем любой источник растительного сырья может использоваться для производства этанола; целлюлоза в древесине, соломе, торфе и т.д. Поэтому сульфитные щёлока - отходы целлюлозно-бумажной промышленности находят всё более широкое применение в биотехнологии этилового спирта. Так, на сульфитных щелоках можно получать грибную биомассу с использованием ацетат-утилизирующего сапрофитного микроорганизма Paecilomyces varioti, как это разработано в Финляндии.

В настоящее время у нас на производство этанола расходуется более половины ресурсов растительной мелассы. Отечественными биотехнологами разработана технология комплексной переработки мелассы с получением из 1 т мелассы 310-320 л этанола, 100 кг прессованных хлебопекарных дрожжей, 80-85 кг кормовых дрожжей (сухих), 10- 13 кг диоксида углерода. Кроме того, после дрожжевую барду, содержащую 6-7 % СВ, можно упаривать до 60 % и использовать как кормовую добавку или как сырье для получения гранулированного органо-минерального удобрения. При дистилляции спирта получают еще и сивушные масла в количестве 1 л на 200 кг этанола. Сивушные масла содержат спирты изо-амиловый (62%), пропиловый (12%) и изобутиловый (15%).

Рис.1. Annapатурно-технологическая схема получения этанола из мелассы:

/ - рассиротшики, 2-4 --- аппараты чистой культуры, 5 - стерилизатор, 6 - дрожже-генератор, 7 - насос, 8 -- бродильный аппарат, 9 -- головной бродильный аппарат


Существует много технологических вариантов реализации процесса спиртового брожения. На рис. 1 представлена схема двухпоточного способа сбраживания мелассы. Данная схема предусматривает приготовление отдельных сред для получения дрожжей (концентрация СВ 8-12%) и для сбраживания (32- 36% СВ); соотношение этих сред (1 Ч- 1,2):1. В дрожжегенераторах применяют аэрацию 3-4 м3/(м3-ч), поддерживают температуру 28-30 ?С и рН 4,2-4,5. Концентрация этанола в дрожжегенераторах достигает 2,8-3,5 % об., дрожжей - 2,5- 6,5 % СВ. Выращенные дрожжи из дрожжегенераторов по верхним линиям отбора направляют в головной бродильный аппарат, куда одновременно поступает среда с концентрацией СВ 32- 36 %. После заполнения головного аппарата культуральная жидкость последовательно проходит бродильные аппараты и из последнего поступает на перегонку. Температура брожения 29- 31 ?С. Концентрация СВ в первом бродильном аппарате 7,5- 8,5%, во втором - 8,0-9,0%, в третьем - 9,0-9,5% и в последнем - 5,0-6,5 %. Система работает без возобновления дрожжей 7-10 сут и обеспечивает получение 66,5 дал спирта из 1 т условного крахмала.

Перед перегонкой из бражки выделяют хлебопекарные дрожжи, а на барде выращивают кормовые дрожжи. Важным вопросом в крупнотоннажном производстве этанола, является выбор сырья. Во внимание принимают главным образом экономические аспекты - доля затрат на сырье в общей себестоимости. Существенное значение имеет количество этанола, которое получают из растительного сырья, выращенного на 1 га. Как видно из табл. 2, из сахарного тростника получается максимальное количество этанола - 4032 л/га, из мелассы - 878 л/га, из картофеля - 166 л/га.

Таблица 2. Выход этанола при переработке различного сельскохозяйственного сырья


Урожайность, Исходное со- Выход этанола

Сырье т/га держание угле-

водов, % л/т Л/га

Сахарный тростник 56 13 - 14 67-76 4032

Кассава 8,2 30 172-194 1592

Кукуруза 3,2 60 345-388 1172

Меласса тростниковая 2,4-4,0 50 258 - 291 878

Картофель 1,6 17 98-110 166

В настоящее время значительный интерес для производства этанола представляют аэротолерантные бактерии Zymomonas mobilis. В отличие от дрожжей эти бактерии характеризуются отсутствием катаболитной репрессии и низкой чувствительностью к этанолу. Кроме того, удельная скорость потребления глюкозы и образования этанола у них в 2-3 раза выше (Q глюк= 3,75; Qэт. = 1,87 г/(г-ч). Zymomonas mobilis утилизируют глюкозу, фруктозу, а некоторые штаммы также сахарозу, причем катаболизм глюкозы идет по пути Энтнер - Дудорова (рис. 2). В сахарозных средах изолированный штамм продуцирует также фруктозный полисахарид леван, сорбитол и глюконовую кислоту.

Штаммы, дефицитные по фруктокиназе, сбраживают глюкозу до эталона, при этом в среде накапливается фруктоза, что позволяет получить из сахарозы этанол и фруктозу.

Рис. 2. Схема катаболизма у Zymomonas mobilis:

1-глюкокиназа, 2-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, 3-6-фосфоглюконатдегидро-геназа, 4- 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолаза; 5 - дегидрогеназа 3-фосфо-глицеринового альдегида; 6 - фосфоглицераткиназа, 7- фосфоглицеромутаза, 5-енолаза, 9 - пируваткиназа, 10 - фруктокиназа, / - фосфогексоизомераза, 12 - левансахараза, 13 - глюконокиназа, 14 - глюкозофруктозотрансгидрогеназа

Так как скорость роста биомассы Zymomonas mobilis невелика, в среде обычно накапливается 2-3 г/л биомассы, что отрицательно влияет на продуктивность системы. В связи с этим практикуют либо искусственную иммобилизацию клеток, либо используют флокулирующие штаммы, например штаммом ZM-4, полученным П. Роджерсом, Л. Аркури с сотр. Используя иммобилизованные клетки Zymomonas mobilis в среде, содержащей 10 % глюкозы, достигли в противоточном режиме продуктивности системы по этанолу 152 г/(л-ч). Максимальная продуктивность при работе с Saccharomyces cerevisiae 80 г/ (л x ч). К сожалению, на мелассных средах продуктивность Z. mobilis ниже.

Крупные успехи по получению этанола при культивировании Z. mobilis достигнуты в Канаде (Н. Lawford et. al., 1989). В результате целенаправленной селекции флокулирующего штамма и оптимизации процесса ферментации продуктивность системы по этанолу составляет до 200 г/(л-ч), что почти на 2 порядка превышает продуктивность ферментационного процесса на большинстве спиртовых заводов. При получении этанола химическим путем из этилена продуктивность составляет 80 г/(л-ч).

Сейчас в биотехнологии этанола широко применяют флокулирующие штаммы, которые позволяют повысить концентрацию биомассы до 40-60 г/л. Однако возникают проблемы, связанные с интенсивным выделением диоксида углерода, который коалестирует и нарушает гомогенность процесса. Чтобы предотвратить эти нежелательные явления создана многоступенчатая вертикальная колонна. Внутри ее установлен ряд усеченных конусов, обращенных большим основанием к верху. Через нижнее отверстие конуса вверх поднимается жидкая фаза с продуцентом, а газ накапливается в пространстве между верхней наружной частью конуса и цилиндром. Оттуда через патрубок выводится СО2 из биореактора в общий вертикальный коллектор. При переработке мелассы тростникового сахара с концентрацией сахара 160 г/л с помощью флокулирующей культуры Saccharomyces uvapum биореактор работает 460 ч при D = 0,18 ч -1. Содержание этанола 7-8 % ?б. Содержание клеток в 1 мл сброженного субстрата не более 10. С помощью колонного ферментатора в опытах Кастро (X. Castro, J. D. Bu-Lock, 1989) достигнута продуктивность по этанолу на глюкозной среде 22,5 г/(л- ч), на мелассной среде - 9,6 г/(л-ч), на крахмальной - 2,2 г/(л-ч). Необходимо отметить, что при ферментации крахмала были совмещены процессы осахаривания с помощью иммобилизованной амилоглюкозидазы и спиртового брожения с помощью дрожжей.

Интересные результаты при сбраживании высококонцентрированных крахмальных субстратов получены в условиях совмещенного процесса осахаривания и спиртового брожения с помощью культур Rhizopus sp. и Saccharomyces cerevisiae (F. В. Elegado, et. al., 1989) в биореакторе с циркуляцией газа. При концентрации субстрата 265 г/л через 3 сут этанола содержалось 11 % об. Такой выход достигается за счет того, что при циркуляции этанольные и водяные пары переходят в газ. Этанол из газа можно конденсировать при концентрации субстрата в системе 400 г/л, содержание этанола в конденсате достигает 35,2 %.

В связи с ограничением ресурсов традиционного сырья для производства этанола сейчас разрабатываются процессы на основе новых заменителей сахара. К ним можно отнести синтетический газ, получаемый из угля. Как известно, этот газ состоит из СО, Н2 и СО2. Выделены бактерии, способные конвертировать СО и Н2 до этанола согласно уравнениям (К. Т. Klavon et al., 1989):

6СО + ЗН2О - С2Н5ОН + 4СО2;

6Н2 + 2СО2 - С2Н5ОН + ЗН20.

При получении этанола из синтетического газа большое значение имеет оптимизация массообмена между газовой, жидкой и твердой фазами. В колонном аппарате можно получить концентрацию этанола 2-3 %.

Важным достижением в области рационального использования растительного сырья является раскрытие биохимических и генетических основ биоконверсии ксилозы в этанол. Микроорганизмы, способные трасформировать D-ксилозу в этанол, должны иметь два фермента. Первый фермент - NADH-зави-симая ксилозоредуктаза - катализирует превращение D-ксилозы в ксилит, второй -- NAD-зависимая ксилитдегидрогеназа - окисляет ксилит в D-ксилулозу. Последняя через пентозный шунт и по гликолизному пути может конвертироваться в этанол (Err-Cheng Chan et. al., 1988).

Однако этот биохимический механизм трудно поддается регуляции, поэтому методами генетической инженерии необходимо было ввести в клетки ген, кодирующий синтез ксилозоизомеразы - фермента, обеспечивающего прямую конверсию D-кси-лозы в D-ксилулозу. Такой ген был трансплантирован в дрожжи Schizosaccharomyces pombe при помощи ксилозоизомеразной плазмиды Е. coll. Ген интегрировался с хромосомальной ДНК дрожжей и обеспечил экспрессию ксилозоизомеразы, что позволило сбраживать ксилозу до этанола. В результате продуктивность штамма по этанолу увеличилась с 0,063 до 0,177 г/(л- ч). Таким образом стало возможным при помощи Schizosaccharomyces pombe сбраживать в этанол не только D-глюкозу, получаемую после гидролиза целлюлозы, но и D-ксилозу, получаемую после гидролиза гемицеллюлозы.

Показана также возможность биоконверсии глюкозы и ксилозы в этанол при непрерывном культивировании Thermoanaerobacter ethanolicus. Выход этанола из ксилозы составил 0,42 г/л (L. S. La-cis, H. G. Lawford, 1988).

Во многих лабораториях у нас и за рубежом интенсивно изучается бактериальный синтез этанола с использованием целлюлозосодержащих видов сырья. Предполагается, что термофильная анаэробная ферментация целлюлозосодержащих субстратов рентабельна при концентрации этанола выше 4,5 %. Однако в настоящее время испытывают методы интенсификации спиртового производства, основанные на использовании различных штаммов дрожжей. 75 % мирового производства биоэтанола получают в периодическом процессе при средней длительности цикла 36 ч и содержании этанола в среде 6% (47 г/л). Можно отметить следующие методы интенсификации спиртового брожения:

1) непрерывная ферментация (вместо периодической), что позволяет увеличить продуктивность системы по этанолу до 5-6 г/л в час вместо 1,8-2,5 г/(л- ч). Однако длительная ферментация приводит к возникновению малопродуктивных, но быстрорастущих мутантов, к тому же скорость образования этанола лимитируется вследствие его ингибирующего действия;

2) непрерывная ферментация с применением флокулирующих продуцентов, что позволяет повысить концентрацию биомассы дрожжей до 40-80 г/л и увеличить продуктивность системы до 30-50 г/(л- ч);

3) непрерывная ферментация с рециркуляцией биомассы, что обеспечивает продуктивность 30-40 г/(л- ч);

4) непрерывная ферментация с использованием иммобилизованных клеток, что обеспечивает продуктивность системы 25-30 г/(л- ч);

5) вакуумная ферментация при разрежении 32-35 мм рт. ст. с целью удаления этанола и уменьшения его ингибирующего действия. Продуктивность системы достигает 80 г/(л- ч). Недостатком этого метода является накапливание в среде нелетучих продуктов, что затрудняет газообмен и вызывает опасность контаминации;6) ферментация с периодической передачей части КЖ в вакуумную камеру для удаления этанола. Это так называемая флеш-ферментация. Продуктивность увеличивается до 80 г/(л- ч).

Как видно, заметная интенсификация достигается при переходе от периодического процесса к непрерывному. Продуктивность непрерывной системы повышается значительно при использовании иммобилизованных или флокулирующих клеток или при рециркуляции биомассы. Дальнейшего повышения продуктивности можно достичь, выводя этанол из ферментационной среды при флеш-ферментации. Эти примеры наглядно показывают, что с помощью технологических методов можно значительно интенсифицировать процесс производства спирта. Селекция этанолтолерантных штаммов - второй путь интенсификации, но менее результативный.

Спиртовое брожение лежит также в основе пивоварения. Пиво относят к так называемым солодовым слабо алкогольным напиткам, получаемым в результате сбраживания дрожжами экстрактов из семян хлебных злаков (солода). В подобных экстрактах содержатся сбраживаемые углеводы.

В различных сортах пива находятся этанол, углеводы (глюкоза, мальтоза, мальтотриаоза, мальтотетраоза, декстрины), азотистые вещества (амиды, аминокислоты, пептоны), диоксид углерода- продукты ферментативного гидролиза осоложенного зерна; горечи, смолы, танин, эфирные масла - из соцветий женских особей хмеля, следы неорганических солей и жира. Окраска, аромат и крепость пива зависят от штамма дрожжей (Saccharomyces cerevisiae, S. carlsbergensis и др.). В России наиболее широко используют S. cerevisiae низового брожения, расы 776, 41, 44, 11, 8а(М), Р и F.

На практике чаще всего применяют ячменный солод. Для его приготовления зерна ячменя увлажняют, проращивают при 15 - 25'С до тех пор, пока зародышевый листок становится в 3 - 4 раза длиннее зерна, затем проросший ячмень высушивают до конечной влажности солода 5%; В таком виде солод может хорошо сохраняться, при этом он имеет специфические окраску и аромат. Солод светлого цвета получается при более низкой температуре высушивания, более темного цвета - при повышенной температуре (светлые сорта пива содержат меньше углеводов, чем темные сорта). Отделенный от проростков сухой солод может быть использован не только в пивоварении, но и в винокурении (получении спирта), в кондитерском производстве.

Если пиво изготавливают из солода, воды (без каких-.либо "дополнителей"), то следующим этапом является затирание, когда стремятся перевести в раствор наибольшую часть содержимого солода. Затирание чаще осуществляют либо настаиванием, либо вывариванием. По первому методу солод дробят, размешивают в воде при температуре 38 - 50'С (выдерживают 1 час), когда активизируются бактериальные ферменты протеазы, затем температуру повышают до 65- 70'С и оставляют затор на несколько минут для гидролиза крахмала. После этого температуру повышают до 75 - 77'С для денатурации ферментов и затор фильтруют.

По второму методу (вываривание) размолотый солод вносят в теплую (40'С) воду, размешивают и постепенно повышают температуру затора до 75'С; около 1/3 такого затора отбирают и непродолжительно кипятят, после чего его возвращают в основной затор. При этом ферменты разрушаются, клеточные стенки набухают, крахмал "распускается" (разжижается), чем облегчается его гидролиз в основном заторе. Кипячение и возврат части затора можно повторять 2 - 3 раза. Пиво, полученное на настоенном заторе, более ароматное, поскольку в него переходит меньше горьких веществ.

Пивные дрожжи относят к разряду флокулирующих, оседающих при осветлении молодого пива и в конце дображивания; они не сбраживают декстрины (эти полимерные углеводы вносят определенный вклад в создание вкуса пива). В последние годы удалось перенести ген Вас.subtilis детерминирующий -глюканазу в пивные дрожжи S.cerevisiaе. Этот рекомбинантный штамм оказался способным перерабатывать крахмал непосредственно в этанол.

Из традиционных алкогольных напитков можно упомянуть русский хлебный квас, содержащий менее 0,5% этанола, популярный в Японии алкогольный продукт Саке (12 - 24% этанола), таэте - алкогольный напиток, приготовляемый из молока и с давних пор применяемый в Скандинавских странах - содержит менее 2% этанола, и другие.

Спиртовое брожение находится также в основе виноделия. Вина обычно получают из сока спелого неиспорченного винограда, отделенного или неотделенного от мезги (например, при изготовлении красных вин). Индукторами брожения являются различные расы Saccharomyces cerevisiae. В винах, кроме этанола, содержатся: белки, пигменты, неорганические соли, летучие и нелетучие органические кислоты, танин, в некоторых сортах - углеводы, глицерин.

Вина классифицируют по-разному. Так различают: сортовые- по сорту винограда, купажные - из смеси сортов; сладкие и сухие - по содержанию сахара; натуральные и крепленые, столовые и десертные - по содержанию спирта; игристые и неигристые - по содержанию углекислоты; белые и красные - по цвету; ординарные и марочные - по срокам выдержки.

Как пояснение к классификации можно отметить, что в сухом вине сахар фактически полностью сброжен, а если он имеется, то в таком количестве, что не ощущается на вкус. В сладких винах сахар выражение ощущается на вкус. Натуральные вина содержат, как правило, 9-11% этанола, реже-- 13%. В крепленые сухие вина добавляют коньяк или винный спирт. Столовые вина содержат менее 14% спирта, десертные - более 14% (в среднем около 20%J и некоторое количество сахара. Игристые вина содержат значительное количество диоксида углерода, образующегося при дображивании вина в толстостенных сосудах или добавляемого к натуральным винам; к игристым относят шампанское - продукт вторичного брожения вина, когда к не до бродившему вину перед розливом в герметизированные бутылки добавляют ликер до содержания сахара 2,2%, В России разработана технология производства шампанского непрерывным методом. В шампанском содержится не только повышенное количество углекислоты, но и ряд ценных метаболитов, сказывающихся на специфическом вкусе этого вина.

Вина, выпускаемые в продажу на первом году после изготовления, называют ординарными, а выдержанные не менее 1,5 лет и сохраняющие свои высокие качества - марочными. Известны так называемые плодовые вина (кроме виноградных), получаемых при спиртовом брожении соков зрелых плодов: ягодное, яблочное и др.

На виноградных ягодах поселяются различные микроорганизмы (дрожжи, нитчатые грибы, бактерии), которые необходимо подавить, так как в противном случае будет трудно гарантировать получение вина высокого качества. Как ингибитор микробов - контаминантов давно и эффективно используют сернистый газ или сульфит, например, в виде метабисульфита калия (примерно от 0,1 до 0,2% SO2), не подавляющих производственный штамм дрожжей в его активную фазу. Пастеризация здесь оказывается менее благоприятной.

Концентрация сахара в винограде - важный фактор для ферментации (концентрация его в сусле выше 28% будет тормозить брожение). Определенную роль играют исходное значение рН и температура. Чтобы избежать повышенной кислотности готового вина, было предложено устанавливать рН сусла ниже 3,6; оптимальная температура для большинства рас дрожжей 27 - 29'С, но есть и психрофильные виды, сбраживающие виноградное сусло при 10'С. При низкой температуре и медленном брожении формируется более яркий букет вина, чем при кратковременном брожении и повышенной температуре.

Аэрирование сусла возможно и целесообразно в самом начале процесса, чтобы быстрее наросла биомасса клеток для ведения последующего анаэробного процесса. Количество привносимой в сусло суспензии дрожжей обычно составляет 1% по объему.

В случае применения биореакторов больших емкостей для производства столовых вин бродящий сок принудительно охлаждают, используя теплообменники, змеевики или другие устройства. Мезга (оболочки виноградных ягод, семена, частички стеблей и т. п.) привносит определенные сложности в связи с теплообменом при брожении - образование "шапки".

Очистка вин при естественном хранен и созревании не всегда завершается его полным осветлением. В этих случаях используется очистка путем осветления, старения и с зревания до розлива в бутылки. Дополнением к осветлению является фильтрация (в том числе - стерилизующая), пастеризация, охлаждение - для удаления винного камня и коллоидов.

Рис. 3. Замкнутая биосистема получения этанола из картофеля


В конце нашего короткого разговора о биотехнологии этанола хотелось бы напомнить идею японского ученого Ямомото - создание замкнутой безотходной системы получения этанола из картофеля. Ямомото экспериментально доказал, что полученный из микромицетов рода Rhizopus комплексный ферментный препарат, обладающий амилазной и пектиназной активностью, при добавлении к дрожжам хорошо конвертирует крахмал растертой массы катофеля в этанол. Процесс реализуется при рН 4,2 и температуре 25 ?С. В этой технологии не требуется разваривать картофель и отдельно осахаривать массу.

После мойки картофель измельчают на терке и проводят одностадийную ферментацию (рис. 3). Этанол дистиллируют, а барду вместе с ботвой направляют на метановое брожение. Биогаз используют для дистилляции этанола, а ферментированную жидкую фракцию после метанового брожения со всеми минеральными компонентами урожая возвращают на поле в качестве удобрения. Согласно данной технологии с 1 га поля можно получить 270 л этанола за один цикл. Из ферментированного субстрата с содержанием этанола 6-10% об. последний выделяют в перегонных аппаратах, получая технический продукт (сырец) с содержанием этанола 85 % об. После ректификации получают продукт, содержащий 96,5% этанола. В среднем для получения 1 л этанола тратится 4 кг пара. В скором будущем предполагается снизить расход пара до 2,2 кг.


ЛИТЕРАТУРА:

Бекер М. Е-, Лиепиньш Г. К., Райпулис Е. П. Биотехнология, М., ВО Агропромиздат, 1990.

Биотехнология в 8-ми томах. Под ред. Н. С. Егорова, В. Д. Самуилова. Уч. пособие для вузов. М., Высшая школа, 1987-1988.

Биотехнология: принципы и применение. Под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. М., Мир, 1988.

Варфоломеев С. Д., Калюжный С. В. Биотехнология. Кинетические основы микробиологических процессов. М., Высшая школа, 1990.

Воробьева Л. И. Промышленная микробиология. М., МГУ, 1989.

Блинов Н. П. Химическая микробиология. М., Высшая школа, 1989.