Fermentation Biotechnology Research

Проблема улучшения технологии процесса и микроорганизмов, которые осуществляют ферментацию, также являются движущей силой научных и правительственных исследований. Например, Nasib Qureshi изучал процесс биобутанолового производства более 20 лет. Он приехал в США из Новой Зеландии, чтобы разработать мембранный процесс для более эффективного получения бутанола из ферментационной среды. Он также работал над получением эффективных бутаноловых биореакторов. В последние годы, однако, его исследование получило новое направление. Оно сфокусировано на оптимизации процесса для более экономичных сырьевых ресурсов, таких, как солома пшеницы, ячмень, просо, фураж.

Прежде всего, в микробиологическом процессе ферментации бутанола есть одна парадоксальная особенность: хотя бутанолобразующая бактерия создает энзимы, которые конвертируют простые сахара в алкоголь, сам бутанол токсичен для этих микробов. Результатом такого бутанолового ингибирования является низкая концентрация спирта в ферментирующей среде, что приводит к снижению выхода бутанола и увеличению издержек производства. Это проблемы, которые возникают при использовании высокоочищенного сырья. Когда используется более дешевое биологическое сырье, дополнительные бактериальные ингибиторы вырабатываются на стадии предварительной обработки.

Развиваются стратегии по снижению токсичности бутанола и увеличению выхода, включая несколько интегрированных уровней в процессе управления микробиологическими культурами. Общий процесс, который команда Qureshi разработала для производства бутанола из сельскохозяйственных отходов, включает четыре этапа:

• первоначальная обработка, которая раскрывает оболочку клеточной структуры и удаляет лингин;
• гидролиз гемицеллюлозы и целлюлозы на простые гексозные и пентозные сахара, используя энзи-мы;
• ферментация простых сахаров в бутанол, используя чистую культуру Clostridium beijerinckii P206, анаэробные бактерии;
• получение бутанола.

Уникальная характеристика процесса состоит в том, что последние три этапа сочетаются и осуществляются в одном реакторе. Команда Qureshi сейчас занимается получением патента на этот процесс.

К тому же Qureshi сотрудничает с Lars Angenent, специалистом в области окружающей среды Вашингтонского университета, также как и с другими специалистами Исследовательского подразделения министерства сельского хозяйства США, чтобы повысить рентабельность этапа гидролиза. Идея состоит в том, чтобы заменить необходимые энзимы, которые зачастую дорого стоят, на смешанную культуру микроорганизмов. В сотрудничестве с Qureshi, Angenent будет использовать микробы, собранные из осадка в метантанке, и микробы из овечьего рубца, чтобы ферментировать предварительно обработанные волокна кукурузы в масляную кислоту. Полученное решение будет отправлено в лабораторию Qureshi, где будет ферментировано в бутанол при помощи монокультуры Clostridium.

Сотрудничество находится еще в периоде становления, оно финансируется грантом, полученным от министерства сельского хозяйства США. В настоящее время команда Angenent работает над оптимизацией производства масляной кислоты, изменяя такие условия, как pH и температура. Когда условия будут благо-приятны для производства масляной кислоты в значительных количествах, Qureshi примет руководство на себя.