Wykorzystanie surowców odpadowych do otrzymywania białka jednokomórkowców i etanolu

1. Wykorzystanie surowców odpadowych do otrzymywania białka jednokomórkowców i etanolu

2. Białko jednokomórkowców (ang. Single Cell Protein) Wykorzystanie surowców odpadowych jako składników pożywek do namnażania drobnoustrojów w celu otrzymania biomasy mogącej znaleźć zastosowanie do celów żywieniowych, głównie jako składniki pasz dla zwierząt hodowlanych. Wykorzystywane surowce odpadowe: metanol, długołańcuchowe n-alkany, ligninoceluloza (odpady przemysłu drzewnego, makulatura), serwatka, melasa, ługi posulfitowe z przemysłu papierniczego, Drobnoustroje wykorzystywane do otrzymywania SCP: Drożdże Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsbergensis, Candida utilis, Candida tropicalis, Candida lipolytica, Kluyveromuces marxianus Grzyby Fusarium gravinearum, Paecilomyces varioti Bakterie Methylophilus methylotropus

3. Wady drobnoustrojów jako składnika pożywienia: • Wysoka zawartość kwasów nukleinowych (bakterie – głównie DNA; grzyby – • głównie RNA • Spożywanie przez ludzi żywności zawierającej dużo kw. nukleinowych nie jest • wskazane. Zasady purynowe są metabolizowane do kwasu moczowego, którego • nagromadzenie w organizmie jest szkodliwe. Problem ten nie dotyczy zwierząt • hodowlanych, u których zasady purynowe są metabolizowane do allantoiny, • łatwo usuwanej z organizmu. • Eliminacja RNA i DNA z komórek grzybowych: autoliza komórek w temperaturze • 50 – 60C. W tych warunkach enzymy proteolityczne są inaktywowane, a • nukleazy i rybonukleazy trawią kwasy nukleinowe do zasad azotowych, które • można łatwo oddzielić od SCP. Przykład: 30 min autoliza Fusarium gravinearum • w temp. 64 C redukuje zawartość RNA z 80 mg/g do 2 mg/g. • Niekorzystne właściwości organoleptyczne – głównie bakterie • Obecność substancji toksycznych – głównie grzyby (mykotoksyny)

4. Wartości odżywcze SCP Wartości odżywcze drożdży paszowych

5. Instalacja przemysłowa do wytwarzania drożdży

6. Ekstrakt drożdżowy Wysokowartościowy produkt – źródło dodatków smakowo-zapachowych do żywności oraz witamin Schemat technologiczny otrzymywania ekstraktu drożdżowego

7. Warunki prowadzenia fermentacji dla otrzymywania SCP • Duża skala – biofermentory o objętości 10 - 100 m3; • Warunki aerobowe, intensywne napowietrzanie, sprzyjają • maksymalizacji wydajności biomasy; • Konieczność dodawania tanich źródeł azotu, Najczęściej stosowane - • gazowy amoniak; • 4. Zwykle fermentacja w trybie ciągłym;

8. Przykłady procesów otrzymywania SCP Technologia British Petroleum Pożywka: n-parafiny, amoniak, sole. Fermentacja w dużych fermentorach z napowietrzaniem i intensywnym mieszaniem. Drobnoustrój – Candida utilis. Technologia ICI Pożywka: metanol + amoniak + sole. Fermentacja w reaktorach air-lift. Drobnoustrój – Methylophilus methylotropus. Technologia Ber Fromageries Pożywka: serwatka. Fermentacja w bioreaktorach z intensywnym napowietrzaniem. Drobnoustrój - Kluyveromuces marxianus. Technologia RHM Mycoprotein Pożywka: melasa, amoniak, sole, biotyna. Drobnoustrój - Fusarium gravinearum. Technologia Pekilo Pożywka – ługi posulfitowe. Drobnoustrój - Paecilomyces varioti Technologia symba Pożywka: skrobia ziemniaczana. Drobnoustrój – Saccharomyces fibuligera + Candida utilis

9. Schemat technologiczny wytwarzania SCP z wykorzystaniem makulatury jako źródła węgla

10. Drobnoustroje wytwarzające etanol

11. Paliwa samochodowe zawierające etanol wytwarzane w Brazylii i USA

12. Produkcja etanolu do celów paliwowych Dane z lat 1998 – 1999

13. Otrzymywanie etanolu ze skrobi kukurydzianej Uzyskiwanie skrobi z kukurydzy i glukozy ze skrobi Wytwarzanie etanolu z glukozy

14. Wytwarzanie etanolu z celulozy i ligninocelulozy Źródła celulozy i ligninocelulozy: wysłodki, słoma, odpady przemysłu papierniczego, trociny, komunalne odpady stałe, makulatura Etapy i metody chemo/biokonwersji ligninocelulozy i celulozy w etanol

15. Grzyby białej zgnilizny (white rot fungi) Phanerochaete chrysosporium Grzyby te produkują i wydzielają poza błonę cytoplazmatyczną enzymy, które degradują ligniny obecne w drewnie. Do enzymów tych należą: peroksydaza ligninowa, lakkaza (enzym przekształcający związki fenolowe w chinony i Mn-zależna peroksydaza. Phanerochaete rrhizon Phanerochaete crassa

16. Kanadyjska firma IOGEN uruchomiła w 2004 roku pierwszą instalację do przemysłowego wytwarzania etanolu z celulozy Widok ogólny fabryki Rozdrabnianie słomy Prasy filtracyjne do oddzielania lignin Biofermentor (obj. 250 m3) Zbiorniki do etanolu

17. Technologia SSF • Problem: glukoza powstająca w wyniku dwuetapowej • hydrolizy celulozy jest inhibitorem -glukozydazy. • Rozwiązanie problemu: połączenie procesu scukrzania • celulozy i fermentacji alkoholowej w technologii SSF. • konsorcjum T. reesei i S. cerevisiae, temp. 38 C • konsorcjum T. reesei i Kluyveromyces fragilis, • temp. 42 C Celuloza Celulaza Celobioza -glukozydaza Glukoza • Inne kierunki badań: • zastosowanie Clostridium thermocellum • genetycznie modyfikowane drożdże • zawierające geny kodujące celulazę • i -glukozydazę lub alternatywnie • amylazę (możliwość metabolizowania • skrobi) Enzymatyczna hydroliza celulozy: preparat enzymów celulolitycznych z Trichoderma reesei. Warunki: pH 4,8, temperatura 45 – 50 C