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溶劑發酵微生物

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溶劑發酵微生物是利用碳水化合物發酵生產各種工業溶劑和化工原料的微生物。乙醇、丙酮-丁醇、丁醇-異丙醇、丙酮-乙醇、2,3-丁二醇和甘油發酵是微生物進行溶劑發酵的幾種形式。

1 溶劑發酵微生物 -溶劑發酵微生物

 

2 溶劑發酵微生物 -正文

  利用碳水化合物發酵生產各種工業溶劑和化工原料的微生物。乙醇、丙酮-丁醇、丁醇-異丙醇、丙酮-乙醇、2,3-丁二醇和甘油發酵是微生物進行溶劑發酵的幾種形式。
  乙醇發酵(酒精發酵)  以澱粉和糖蜜做原料的乙醇發酵菌種是釀酒酵母,它能發酵葡萄糖、麥芽糖、蔗糖生產乙醇。釀酒酵母生長發酵的適宜溫度約為30℃,pH為4.2~4.5。中國乙醇發酵工業主要以甘薯為原料,用含高澱粉酶活性麴黴製成的固體曲或液體曲糖化,以優良釀酒酵母發酵,乙醇產率為澱粉的92%以上。
  用可動酵單胞菌進行乙醇發酵比用酵母優越,表現為高糖利用率、高乙醇生產率、耐高濃度糖和乙醇、低能量消耗、乙醇產率接近理論數字等。酵母菌和酵單胞菌也能發酵果糖產生乙醇。乳製品工業的副產品乳清含乳糖5%,現在工業上已利用乳胞壁克氏酵母或熱帶假絲酵母發酵乳糖產生乙醇。纖維素是廉價的碳水化合物。有些盛產木材的國家,早已在工業中採用將纖維素經酸水解成單糖后發酵生產乙醇的方法。一類發酵是用纖維素酶和酵母菌或好熱纖維梭菌混合發酵用鹼處理過的纖維素,使酶水解生成的糖立即被發酵成乙醇;另一類發酵是不經酶水解糖化,用好熱纖維梭菌和解糖梭菌在55℃混合發酵不經鹼處理的纖維素,好熱纖維梭菌產生乙醇、乙酸和木糖,解糖梭菌將生成的木糖再發酵成乙醇。白色瘤胃球菌也曾用於纖維素的直接發酵。直接發酵法成本較高,現在工業上還沒有使用。
  丙酮-丁醇發酵  在工業生產中,丙酮-丁醇發酵常用的菌種有:以澱粉發酵為主的丙酮-丁醇梭菌,細胞中具有澱粉酶,不需要預先糖化就可以直接發酵;另一種是用於糖蜜、纖維素水解液或亞硫酸紙漿廢液等糖質原料發酵的糖丙酮-丁醇梭菌,為嚴格的厭氧細菌,特別是在芽孢出芽階段。梭菌傳代培養多次以後,菌種的發酵能力往往減弱,所以常用加熱菌種芽孢懸液(100℃,1~2分鐘)的辦法,保持和提高菌種的發酵力。
  澱粉質原料含有梭菌生長必需的全部營養物質,糖蜜原料中缺乏氮源,可用動物或植物蛋白或無機氮加以補充。碳水化合物的濃度對梭菌的生長無明顯影響,但丁醇濃度達到1.5%時,對發酵產生毒害,如果把丁醇濃度不斷稀釋並控制在1.5%以下,發酵即可正常進行。固定化細胞生產丁醇已取得良好結果,將梭菌細胞固定在藻酸鈉膠體顆粒上,進行生物化學反應,產物以丁醇為主,丁醇產率至少可保持1周不變。
  丁醇-異丙醇發酵  酪酸梭菌是主要的丁醇-異丙醇發酵細菌。發酵條件與丙酮-丁醇相近。發酵產物還有少量乙酸和丁酸。異丙醇化工合成的成本遠比發酵便宜,因此這一發酵未用於工業生產。
  丙酮-乙醇發酵  軟腐芽孢桿菌是進行這一發酵的細菌,它能利用各種碳水化合物發酵。發酵中要加碳酸鈣保持pH中性。溫度40~43℃。發酵過程需5~6天。原料轉化率較高,丙酮和乙醇產量的比例為1:3~4。這一發酵在工業上已不應用。
  2,3-丁二醇發酵  許多細菌和酵母菌能發酵生產2,3-丁二醇,產量較高的有能利用蔗糖、葡萄糖的產氣桿菌和能利用澱粉、蔗糖、葡萄糖的多粘芽孢桿菌。前者生產的2,3-丁二醇中,90%是光學消旋異構型,10%為右旋型;後者產生的幾乎全是左旋型。發酵產物還有有機酸、乙醇、二氧化碳。
  甘油發酵  在酵母菌進行的乙醇發酵中添加亞硫酸鈉,亞硫酸鈉與代謝中間產物乙醛結合,干擾代謝途徑,使甘油成為主要產物。這是第一次世界大戰中為生產炸藥取得甘油原料的一種方法,戰後不再使用。以後有人培育耐高滲透壓酵母菌,如魯氏酵母、蜂蜜酵母等,發酵高濃度糖,而不需要添加亞硫酸鈉。中國用230~250克/升的澱粉水解糖可得100克/升以上的甘油。甘油發酵不是工業甘油的主要生產方法。

 

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