Зброджування меляси до етанолу за допомогою дріжджів

Додаткова інформація (1/4)

Додаткова інформація (2/4)

Додаткова інформація (3/4)

Додаткова інформація (4/4)

Спостереження та опрацювання (2/2)

Після дистиляції дистилят зважують і за густиною (пікнометр) визначають вміст спирту. За густини, наприклад, 0,9887 г/мл дистилят містить, згідно з таблицею (пор. KV 1.4), 6,5% етанолу, тобто 65 г етанолу/л. На початку процесу бродіння в одному літрі меляси містилося 150 г цукру (дані цукрового заводу). За повного зброджування з нього за рівнянням реакції

C12H22O11 + H2O --> 4C2H5OH + 4CO2

мало б утворитися 80,7 г етанолу. Отже, вихід становить

Через нестачу енергії та зростання екологічної свідомості біотехнологічні методи виробництва вже певний час стрімко поширюються. Мало не щодня перелік продуктів, вироблених бактеріями, дріжджами або культурами клітин, стає довшим.

Біореактори (ферментери) - найважливіші реакційні посудини в біотехнології, у яких можна точно регулювати перемішування, аерацію, значення pH, температуру, концентрацію кисню та інші параметри.

Спектр біореакторів сягає від лабораторної посудини на 1 л до великого резервуара місткістю 1000 кубічних метрів. Однак для застосування на заняттях такі біореактори надто складні. За відповідного добору прикладів дослідів можна обійтися без складного автоматичного керування, без здатності всіх частин до стерилізації, а також без створення строго анаеробних (бідних на кисень) умов досліду. За потреби до суспензії меляси можна додати проти бактеріального забруднення 3 мл формаліну (4%-й розчин).

Бульбашковий біореактор - це дуже простий, але цілком достатній для практикумних дослідів біореактор. Прилад складається з довгої скляної трубки з можливістю термостатування, у яку вставлено вкладку, що сягає аж до вістря. Нижній отвір слугує для аерації, обидва верхні отвори - для додавання поживних розчинів або відбирання кінцевих продуктів. Для термостатування біореактор можна за допомогою обох бічних шлангових штуцерів увести у водяний контур.

У цьому досліді мелясу (= відхід виробництва цукру) зброджують до етанолу так званим періодичним (batch) способом. Ідеться про періодичне зброджування, тобто через певний час бродіння припиняють і збирають продукт бродіння. Після цього біореактор знову запускають із новим наповненням („Batch”). Проте останнім часом утвердилося неперервне зброджування, бо воно потребує значно менше робочого часу на кілограм кінцевого продукту. За цього способу до біореактора постійно додають вихідні речовини й відбирають кінцеві продукти. Бульбашковим біореактором можна виконати і цей метод. Пляшку над біореактором передбачено для подавання затору, який треба зброджувати, а пляшка під біореактором приймає зброджений затор.

Складання (1/4)

Складання (2/4)

Складання (3/4)

• Для аерації біореактора на нижньому кінці вставляють скляну трубку із загостреним кінцем так, щоб вістря закінчувалося саме над бічними отворами у внутрішній трубці.
• Скляну трубку за допомогою силіконового шланга приєднують до акваріумного насоса.
• Надто тонкий приєднувальний патрубок акваріумного насоса збільшують у діаметрі за допомогою шматочка 4-мм шланга.
• Насос треба встановити вище за біореактор, щоб досліджувана суспензія при вимкненому насосі не могла потекти назад і забруднити насос.
• Щоб установити сталу температуру в біореакторі, обидва шлангові штуцери зовнішньої скляної сорочки приєднують до циркуляційного термостата.
• Якщо ж кімнатної температури для виробничого процесу достатньо (30°C), то від зовнішнього термостатування можна відмовитися.

Складання (4/4)

• Вузькогорлу скляну пляшку закріплюють на перфорованій стінці за допомогою тримача для приладів із магнітними кріпленнями і фіксують липучкою.
• Центральний верхній отвір біореактора з'єднують за допомогою зігнутої скляної трубки та силіконового шланга зі скляною пляшкою, яка виконує роль запобіжного переливу. Отвір пляшки навколо шланга закривають ватою.
• Бічний верхній отвір біореактора в періодичному режимі закривають гвинтовим ковпачком. У неперервному режимі сюди надходить затор, який треба зброджувати.
• Як резервуар для запасу тоді закріплюють однолітрову відстійну пляшку тримачем для приладів на верхньому краю панелі.
• Вентиляційною трубкою, закріпленою у верхньому отворі пляшки, забезпечують рівномірне надходження затору.

Виконання

• Біореактор наповнюють затором, який треба зброджувати, приблизно на 1 см вище за верхній кінець внутрішньої трубки.
• Після ввімкнення акваріумного насоса у внутрішній трубці піднімаються вгору бульбашки повітря і водночас створюють рух суспензії у внутрішній трубці вгору.
• Дійшовши догори, суспензія в середній трубці знову опускається вниз і там знову входить у внутрішню трубку крізь спеціально передбачені для цього отвори. Отже, бульбашки повітря забезпечують постійне перемішування суспензії; тож без мішалки з мотором можна обійтися.
• Подачу повітря регулюють за допомогою затискача для шланга так, щоб у внутрішній трубці панували аеробні умови (розмноження дріжджів), а в середній трубці - анаеробні умови (зброджування затору). Для цього треба вдувати від 5 до 10 мл повітря за хвилину.