14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
14.1 Výroba sladu a piva 14.2 Výroba kvasného etanolu 14.3 Výroba droždí 14.4 Výroba kvasné kyseliny octové 14.5 Výroba kyseliny mléčné 14.6 Výroba kyseliny citronové 14.7 Výroba antibiotik
14. Biotechnologie
Průmyslová chemie
1
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
• Pivovarské kvasinky obsahující enzym maltáza katalyzující štěpení maltózy na glukózu s následnou přeměnou na etanol
• Anaerobní přeměna zkvasitelných sacharidů na etanol alkoholickou glykolýzou pomocí pivovarských kvasinek Saccharomyces Carlsbergensis
Biochemické procesy: 1. Klíčení ječmene – přeměna ječmenového škrobu na sladový škrob 2. Enzymatická hydrolýza sladového škrobu enzymatická konverze sladového škrobu na jednoduché zkvasitelné sacharidy (především maltozu) 3. Kvašení (maltóza – glukóza – etanol)
14.1 Výroba sladu a piva
Průmyslová chemie
2
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
3
Při lihovém kvašení probíhají další biochemické reakce • vznik organických kyselin (např. octová, pyrohroznová, mléčná, citronová, aminokyseliny aj.) • vznik vyšších alkoholů (převážně isoamylalkohol); tzv. přiboudlina (především z aminokyselin)
• Lihovarské kvasinky obsahující enzym sacharáza katalyzující štěpení sacharózy na molekulu glukózu a fruktózy s následnou přeměnou na etanol
• Anaerobní přeměna zkvasitelných sacharidů na etanol alkoholickou glykolýzou pomocí lihovarských kvasinek Saccharomyces Cerevisiae
14.2 Výroba kvasného etanolu
Průmyslová chemie
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
Krmné droždí • Kvasinky Torulopsis utilis, Candia utilis
4
Pekařské droždí • Surovina: melasová zápara + živiny (síran amonný, superfosfát) doba 10 h, teplota 30°C, pH 5,5 ; silné pěnění se snižuje přídavkem • Kvašení: odpěňovacího tuku, zápara po kvašení cca 3 % etanolu – destilace prohánění vzdušného kyslíku kvasícím roztokem – kvašení – • Postup: odstředění kvasnic ze zápary – proprání kvasnic – odstředění kvasnic – lisování v kalolisu na 70% vody – expedice
• Aerobní fermentace sacharózy obsažené ve zředěné melasovém roztoku aerobní glykolýzou
• Droždí – kvasniční hmota, pro pekařské a krmné účely
14.3 Výroba droždí
Průmyslová chemie
14. Biotechnologie.
→
NADH + H+ O H 3C – C H →
+ ½ O2
O H 3C – C OH
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
Technologické postupy 1. Fermentace s imobilizovanými bakteriemi 2. Submersní fermentace
• Kvasný konzumní ocet : filtrace, ředění pitnou vodou na koncentraci 8 až 10 %
• Octovité baktérie: Bacterium schützenbachii
H3C – CH2OH
NAD+
• Aerobní octová fermentace etanolu katalyzovaná dehydrogenázovým systémem octových baktérií • Kyslík slouží jako akceptor vodíku
14.4 Výroba kyseliny octové
Průmyslová chemie
5
14. Biotechnologie.
xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx
Sběrná část s přívodem vzdušného kyslíku pod dřevěný rošt
Oxidační část Bukové hobliny s imobilizovanými bakteriemi
Směšovací část s rozdělovacím roštem Ředina 7 % + 3,5 % etanolu
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
EtOH
Kvasná káď ocetnice
vsádkový postup: recirkulace řediny oxidační částí tak dlouho, dokud se nevytvoří 7,5 až 10% kyseliny octové (+ obsah 0,3 % zbytkového etanolu)
Fermentace s imobilizovanými bakteriemi
Průmyslová chemie
6
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
kvašení – přídavek Ca(OH)2 – mléčnan vápenatý – filtrace kalů (kalolis, rotační filtry) – rozklad mléčnanu kyselinou sírovou – kyselina mléčná + síran vápenatý – oddělení síranu filtrací na kalolisech
Postup:
H3C – CH – COOH OH
teplota 48°C, doba: několik dnů, pH 6,7 ; produkt: 10% kyseliny mléčné
→
NAD+
Kvašení:
H3C – CO – COOH
NADH + H+
7
• Anerobní fermentace melasové sacharozy mléčnými bakteriemi Lactobacillus delbrückii) anaerobní glykolýzou na kyselinu pyrohroznovou s následnou enzymatickou hydrogenací laktátovou dehydrohenázou
14.5 Výroba kyseliny mléčné
Průmyslová chemie
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
Použití: • potravinářský průmysl – výroba šťáv a nápojů (okyselení, konzervace) • příprava emulzí
Rafinace kyseliny mléčné 1. opakovaná krystalizace přes mléčnan vápenatý 2. extrakce eterem
Průmyslová chemie
8
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
9
kvasné vany uložené nad sebou, nad kvasné vany se vhání sterilní vzduch, který zároveň rozprašuje plísňové spory, které zaočkují melasový roztok, rozvoj plísňového mycelia na povrchu kvašení – vytvoření mycelia – tvorba k. citrnonové – promytí mycelia teplou vodou – vysrážení kyseliny při 50°C roztokem Ca(OH)2 ve formě citranu vápenatého – separace citranu na rotačním filtru a jeho promytí horkou vodou – rozklad citranu kyselinou sírovou na k. citronovou – filtrace – zahuštění ve vakuové odparce – krystalizace – oddělení v odstředivce + omytí krystalů vodou
• Kvasná komora:
• Postup:
teplota 30°C, doba 8 až 9 dní, nutná sterilita !!!!
• Kvašení:
Fáze: 1. laboratorní kultivace plísně 2. provozní kvašení 3. rafinace a izolace
• Aerobní fermentace melasové sacharozy plísní Aspergillus niger pomocí aerobní glykolýzy (sacharoza – k. octová – k. jantarová) a citrátového cyklu (- k. citronová)
14.6 Výroba kyseliny citronové
Průmyslová chemie
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
Rafinace • Rozpuštění ve vodě 75°C + sulfid vápenatý + karboparafín • Odfiltrování zachycených nečistot v kalolisech • Krystalizace k. citronové z filtrátu
Průmyslová chemie
10
14. Biotechnologie.
Doba kultivace: 2 dny
Živná půda: 5% kukuřičný extrakt, 4% glukóza
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
Očkovací tank
Laboratorní kultivace
Antibiotika penicilinové řady Penicilium notatum
Fáze: 1. laboratorní kultivace plísně 2. provozní kvašení 3. izolace a úprava antibiotik
• Aerobní fermentace sacharidického živného roztoku plísněmi aerobní glykolýzou
• Antibiotika – organické sloučeniny vznikající jako metabolické produkty některých mikroorganismů
14.7 Výroba antibiotik
Průmyslová chemie
11
14. Biotechnologie.
Izolace soli
Filtrace
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
Produkt
Sušení
Vysrážení penicilinu nasyceným roztokem octanu draselného jako krystalické draselné soli
Extrakce benzylpenicilinu butylacetátem z filtrátu
Odstranění mycelia z prokvašeného roztoku
Doba kvašení: 12 h Živná půda: 5% kukuřičný extrakt, 4% laktóza, 1% glukóza, 5,5% CaCO3, prekurzor 0,1% fenylacetamid
Srážení
Extrakce benzylpenicilinu
Filtrace
Provozní fermentor
Průmyslová chemie
12
14. Biotechnologie.
U12118 – Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze
___________________________________________________________________________________________________
13
Radek Šulc @ 2007
• Aerobní fermentace plísně Streptomyces viridofaciensis nebo Streptomyces aureofaciens (chlortetracyklin)
Antibiotika tetracyklinové řady
Průmyslová chemie
