Биомасса получение химических веществ

Получение химических веществ из биомассы [c.172]

Процессы такого рода, в которых биомасса, т. е. возобновляемый источник сырья, используется для получения химических веществ, играли ведущую роль на первом этапе развития современной биотехнологии. По мере становления нефтехимии на смену многим из них пришли химические процессы. В тех случаях, когда некоторые химические соединения, например цитрат, ацетат и итаконат, широко использовались при производстве пищевых продуктов, их продолжали получать путем брожения, самым выгодным с экономической точки зрения путем. В некоторых странах (например, в Италии) таким способом вырабатывали даже технический этиловый спирт. Сегодня под влиянием энергетического кризиса производство спирта из растительного сырья получает все более широкое распростране-лие в США и Бразилии и, видимо, вскоре выйдет на первый план в странах Дальнего Востока. [c.12]

Последнюю стадию, в которой получают нужный продукт, называют рабочей ферментацией. В культуральной жидкости, полученной после нее, суспендированы микробная биомасса, остатки питательной среды и экстрацеллюлярные метаболиты. Методами химической технологии из культуральной жидкости получают биомассу или нужное вещество — спирт, кислоту, аминокислоту, антибиотики и пр. [c.68]

Во всех главах этой книги, так или иначе, затрагивается вопрос об использовании удивительной способности биологических систем к узнаванию и выполнению каталитических функций. Быть может, наиболее эффективное применение такие системы могут найти в современной химической промышленности. Мы знаем, что биомасса тоже представляет собой сложную химическую систему, а большинство процессов и продуктов биотехнологии имеют биохимическую природу, будь то производство веществ, используемых как горючее (гл. 2), получение путем брожения продуктов питания и напитков (гл. 3), синтез биополимеров (гл. 5), использование организмов, участвующих в круговороте химических веществ на Земле (гл. 6), применение сложных химических соединений в медицине (гл. 8) или сельском хозяйстве (гл. 9). В этой главе речь пойдет главным образом о принципах, перспективах и технологии получения химической продукции на базе биотехнологии. Основное внимание будет уделено химическим процессам и соединениям, которые в других главах не обсуждаются. [c.132]

Микроорганизмы расходуют для биосинтеза относительно большое количество энергии, образующейся в результате окисления углеродного источника энергии (40—60%). Остальная часть энергии выделяется в виде тепла. Чтобы поддерживать в ферментаторе постоянную температуру, это тепло необходимо отводить. Выше показано, что количество выделяющегося тепла связано с потреблением кислорода и эффективностью использования субстрата. Чем ниже выход биомассы, тем больше выделяется тепла. Эта проблема при синтезе пищи из химических веществ особенно важна, поскольку это скоростной процесс. В промышленном производстве антибиотиков тепловая нагрузка составляет только 2—4 ккал/(л-ч) при окислении субстрата, что сопоставимо с тепловой нагрузкой при механическом перемешивании. Однако в процессах получения одноклеточного белка тепловые нагрузки могут быть в 10 раз больше в зависимости от субстрата или продуктивности. Чем глубже восстановлен углеродный источник, тем больше тепловая нагрузка. [c.63]

В технологической схеме БТС осуществляются последовательно процессы подготовки питательного субстрата и среды для культивирования микроорганизмов, собственно процесс ферментации, обеспечивающий получение биомассы или биологически активных продуктов метаболизма клеток, процессы выделения клеток или клеточных компонентов и получения готового продукта микробиологического синтеза. Часть типовых процессов биотехнологии аналогичны по своим рабочим характеристикам и аппаратурному оформлению процессам химических производств, однако во многих случаях особенности физико-химических и биохимических свойств питательных сред и биологически активных веществ определяют характер технологического и аппаратурного оформления биотехнологических схем. Рассмотрим некоторые из них. [c.45]

В заключение следует подчеркнуть, что существенные различия в строении и химическом составе древесины и коры обусловливают необходимость раздельной переработки этих составных частей биомассы дерева как с технологической, так и с экономической точек зрения. Однако существующие методы удаления коры (окорки) сопряжены с потерями древесины. В отходах окорки наряду с корой содержится значительное количество древесины, что осложняет химическую переработку такого сырья. Разнообразие представленных в коре химических соединений делает привлекательной идею извлечения наиболее ценных компонентов. Развитие данного направления утилизации коры сдерживается относительно низким содержанием извлекаемых компонентов. Вследствие этого основные направления переработки коры все еще ограничены ее утилизацией как органического материала в качестве топлива, в сельском хозяйстве и т.п. Редкие примеры использования коры отдельных древесных пород для вьще-ления дубильных веществ, производства пробки, получения дегтя (из бересты березы) и выделения из коры растущих деревьев пихты пихтового бальзама не улучшают, к сожалению, общую картину неэффективного использования содержащихся в коре ценных органических соединений. [c.210]

В состав клеток микроорганизмов, так же как и в состав других живых клеток, входят белки, ферменты, аминокислоты, витамины, липиды и другие органические вещества, которые можно выделить из биомассы клеток, применяя методы химической технологии. Эту же биомассу можно использовать как источник получения перечисленных выше веществ для питания человека (дрожжи) и для целей животноводства. При оптимальных условиях в среде культивирования можно достичь выхода до 100 г/л сухой биомассы. [c.4]

Работы по изучению влияния загрязнения на химический режим и фауну морей делятся на полевые, выполняемые непосредственно с борта судна, и на лабораторные, проводимые в условиях хорошо оснащенной лаборатории. Однако до взятия химических и гидробиологических проб необходимо определить число биологических станций (точек) в зависимости от площади водоема и количества источников поступления сточных вод. Общее число биологических станций в чистой и загрязненной зонах должно быть одинаковым. В противном случае полученные данные не будут сравнимы и среднеарифметические расчеты по численности и биомассе гидробионтов будут недостоверными. В каждой станции, наряду со взятием гидрохимических и гидробиологических проб, следует определить также количество нефтепродуктов или других веществ из расчета на л воды. [c.270]

Большинство математических моделей микробной популяции является квазигомогенными, т. к. формально представляют популяцию как химическую систему, в которой все концентрации биологически важных веществ, как и сама живая биомасса, равномерно распределены по объему аппарата. Такое представление позволяет использовать для математического описания уравнения, полученные для гомогенных химических или ферментативных реакций. Квазигомогенные модели в свою очередь подразделяются на неструктурированные и структурированные . Неструктурированные модели рассматривают микробную массу неизменной по состоянию, она характеризуется только количественно своей концентрацией х. [c.14]

Преимущество использования солнечной энергии, заключенной в биомассе, в том, что она запасается в форме органических веществ и поэтому ее можно хранить и перемещать во времени и пространстве (табл. 2.1). К недостаткам относятся малая эффективность (обычно менее 1%> и редко более 2%) использования солнечной энергии при фотосинтезе, при образовании продукции растениеводства, диффузный, а часто и сезонный характер продукции и высокое весовое содержание влаги. По этим причинам для получения высококачественного, богатого энергией сырья необходимо осуществить его сбор, перевозку, удаление воды, концентрирование или же химическую или биологическую переработку и упаковку. Если же задачей является превращение биомассы в ценные виды топлива, то думать приходится не только об удалении воды и увеличении удельного содержания энергии, но и о том, как получить продукт, совместимый с технологией, для которой он предназначен. [c.37]

Помимо новых способов получения химических веществ из биомассы биотехнология дает нам также более эффективные и производительные катализаторы для осуществления химических взаимопревращений. Они могут использоваться двояким путем. Во-первых, специфичность действия фермента (или ферментов) может применяться при катализе in vivo или in vitro простых, но технически трудно осуществимых превращений. Примером такого рода служит гидроксилирование стероидов при синтезе лекарственных веществ. Во-вторых, с их помощью можно осуществлять полный биосинтез сложных и дорогостоящих тонких химических продуктов из простых составных частей, например образование антибиотиков в ходе вторичного метаболизма у грибов. В табл. 4.1 приведены различные варианты использования биокаталитической активности. Многообещающей областью дальнейшего развития представляется производство ценных веществ из растений [среди которых упомянем терпены (ароматические вещества) и алкалоиды (используемые при производстве лекарств)] путем массового культивирования клеток растений. [c.133]

Достижения биогехнологии позволяют в принципе превратить солнечную энергию, запасенную в биомассе растений, в исходное сырье для химической промышленности. Надо еще учесть, что в настоящее время мы находимся в самом начале развития этой области науки и техники. Тем не менее уже имеются примеры успешного использования ферментов (биохимических катализаторов с высокой избирательностью действия) для получения ряда веществ. Сейчас методами биотехнологии в широких масштабах получают шесть важных химических соединений, включая этанол и уксусную кислоту. Они, конечно, сейчас болс е дороги, чем получаемые из нефти. Но со временем цена нефти растет, а биотехнологические способы становятся более конкурентоспособными. Весьма вероятно, в недалеком будущем основой большой химии будут нефть, уголь и биомасса. Конкретный вклад каждого из источников будет опред, 1яться экономической ситуацией в каждой конкретной стране. [c.229]

Переработка таких видов сырья, как уголь, горючие сланцы природные битумы и биомасса, сегодня представляется как новое, перспективное направление для удовлетворения растущей потребности общества в моторных топливах и химическом сырье. Тем не менее для большинства из них технология переработки имеет давнюю, порой многовековую историю. Например, газификация угля впервые была осуществлена более двух столетий тому назад история переработки и топливного использования горючих сланцев восходит также к ХУП1 в. давно известны и широко используются методы получения-спиртов и других химических веществ из биомассы и природного газа, а процессы ожижения угля имели достаточно широкое промышленное применение в 1930—1940-х годах. Поэтому, рассматривая сегодня производство жидких и газообразных топлив из различных, альтернативных нефти, сырьевых источников, правильнее говорить не об открытии, а о возрождении процессов в условиях новой ресурсной ситуации и современного уровня развития науки и техники. [c.61]

На сегодняшний день большую опасность представляют фенольные соединения, содержащиеся в сточных водах предприятий ряда отраслей промышленности. В связи с этим особую важность имеет разработка методов обесфеноливания промышленных сточных вод. Среди способов, успешно применяющихся для решения этой задачи, сорбционная очистка воды является наиболее эффективной. Из литературных источников известно, что торф и различные биомассы (отходы микробио югических производств) сгюсобны извлекать значительные количества вредных веществ из водных растворов за сче высокоразвитой поверхности. В настоящее время разрабатываются различные способы химической модификации биомассы и торфа с целью получения сорбентов с удовлетворительными сорбционными и механическими свойствами. [c.171]

Глюкоза и другие моносахариды, получаемые в результате гйдролиза природных полисахаридов (целлюлозы, гемицеллюлоз, крахмала) являются важнейшими компонентами питания человека, животных и микроорганизмов и служат дешевым источником сахаров для удовлетворения постоянно возрастающей потребности в сырье пищевой, микробиологической, медицинской и химической отраслей промышленности Из глюкозы с помощью разнообразных химических, ферментативных и микробиологических процессов получают белковые и ферментные препараты, фруктозу и другие сахаристые вещества, аминокислоты, органические соединения разных классов, в том числе кислоты, спирты, антибиотики, важнейшие мономеры и т д Очевидно, что развитие химической и биохимической технологии приведет к значительному расширению ассортимента полезных продуктов С проблемой гидролиза полисахаридов тесно связана разработка новых подходов к биоконверсии энергии, поскольку гидролитическая стадия играет важную роль в получении газообразного топлива (биогаза) из растительной биомассы Особенно важной представляется возможность получения из глюкозы этанола с целью его использования в качестве топлива (или добавки к традиционному жидкому топливу) для двигателей внутреннего сгорания [c.4]

Получение биофлокулянтов щелочным или кислотным гидролизом биомассы микроорганизмов в технологическом отнощении представляет собой несложную задачу. Однако на свойства получаемых в качестве флокулянтов веществ сильно влияют физико-химические параметры гидролиза, pH, температуры, продолжительность обработки. Кроме того, процесс агрегации частиц твердой фазы дисперсных систем зависит также от состояния клеточных оболочек после кислотной или щелочной обработки суспензии клеток. [c.57]

Конструктивный и энергетический обмен. Физиология изучает процессы, протекающие в живом организме, и их закономерности. Современная материалистическая физиология основана на принципе единства организма с окружающей средой. Взаимодействие организма со средой проявляется в обмене веществ и энергии (метаболизм). Он включает в себя два процесса конструктивный обмен (ассимиляция, или анаболизм) и энергетический (диссимиляция, или катаболизм). В основе конструктивного обмена лежат биохимические реакции, в процессе которых усваиваются вещества, поступающие из окружающей среды, и идет создание биомассы клетки. Сущность энергетического обмена заключается в разрушении веществ, содержащихся в организме, преимущественно в результате гидролитических и окислительных процессов, сопровождающихся выделением энергии, необходимой для биосинтеза. Оба процесса в клетке идут одновременно и сочетаются друг с другом. Энергия, полученная клеткой в процессе обмена веществ, акку.мулируется в соединениях, содержащих химические связи, при разрыве которых выделяется большое количество энергии (макроэргические). Часто это соединения с фосфатными связями, например аденозинтрифос-фат (АТФ). По мере надобности эти вещества подвергаются гидролитическому распаду, сопровождающемуся выделением энергии. [c.210]

Несколько слов о культивировании микроводорослей, отлич щихся чрезвычайно высокой продуктивностью. Только десятки дов диатомовых, широко распространенных в морях и океа синтезируют за год примерно половину всего органического ве ства планеты. Наиболее интересны в качестве объекта для ] ведения одноклеточные зеленые водоросли (к ним относи в частности, хлорелла). Эти водоросли уже более десяти культивируют с целью получения богатой углеводами (до 35 азотосодержащими веществами (до 45 %) и жирами (до 10 биомассы, годной как для дальнейшей переработки, так и для посредственного добавления в корм сельскохозяйственным. вотньш. Интересна возможность в широких пределах управл содержанием отдельных веществ в этих водорослях путем изме ния физических и химических условий их развития. Так, в ( релле при интенсивном освещении можно получить концентраг жиров до 80 % сухого остатка. Такие растительные жиры сами себе — высокоэнергетическое вещество с удельной теплотой его ния около 40 МДж/кг. Они могут использоваться как горюче как пищевое сырье. [c.194]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология