background image

Wykład 15 

Mikrobiologia przemysłowa 

Zastosowanie mikroorganizmów w przemyśle chemicznym 

Mikroorganizmy w przemyśle chemicznym 

Produkcja

alkoholi: etanol, butanol, izopropanol, glikol etylenowy, glikol propylenowy, glicerol 

aminokwasów:  L-lizyny,  L-cysteiny,  kwasu  L-glutaminowego  i  kwasu  L-

asparaginowego  

enzymów: proteazy, lipazy, celulazy, amylazy 

kwasów: itakonowego, glukonowego, octowego,  

paliw: bioetanol, metan, potencjalnie wodór 

rozpuszczalników:  acetonu 
 

Biotechnologiczna obróbka surowców naturalnych:  

roszenie roślin włókienniczych,  

hydroliza skrobii,  

odwłasianie i wytrawianie skór,  

fermentacja tytoniu 

 

background image

Wykład 15 

Polisacharydy mikrobiologiczne 

Wiele mikroorganizmów produkuje znaczne ilości polisacharydów, gdy mają dostęp 

do nadmiaru źródła węgla. Związki te mogą: 

Kumulować  się  wewnątrzkomórkowo  tworząc  związki  zapasowe,  np. 

glikogen,  

egzopolisacharydy  (EPS)  są  wydzielane  poza  komórkę  i  stanowią  główną 

grupę polisacharydów mikrobiologicznych. Mogą one zostać związane z komórką 

w postaci kapsułek lub  śluzu, albo być rozpuszczone w pożywce. 

Polisacharydy mikrobiologiczne 

Polisacharydy  mikrobiologiczne,  podobnie  jak  pochodzenia  roślinnego  czy 

izolowane z wodorostów, są cenne ze względu na możliwość zastosowania ich do 

regulacji  reologii  (zmiany  charakterystyki  przepływu)  roztworów.  Zwiększają 

lepkość i powszechnie są stosowane jako środki: 

zagęszczające,  

żelujące  

stabilizujące. 

 

background image

Wykład 15 

Polisacharydy mikrobiologiczne 

Konformacja (kształt) cząsteczek polisacharydów w roztworach zależy od  

pH  

mocy jonowej (stężenia soli)  

stężenia polisacharydu 

 

Na polisacharydy kwasowe większy wpływ ma obecność w roztworze kationów – 

kationy  dwuwartościowe  mogą  sieciować  łańcuchy  tych  polisacharydów, 

prowadząc do utworzenia mocnych żeli. 

Polisacharydy mikrobiologiczne 

Produkowane  są  w  hodowli  okresowej,  w  napowietrzanych  bioreaktorach  z 

mieszaniem;  wydzielanie  egzopolisacharydów  zwiększa  lepkość  płynu 

hodowlanego, przez co niemożliwe jest uzyskanie dużego ich stężenia w pożywce. 

 

Przy  produkcji  ważne  jest  odpowiednie  dobranie  stężeń  soli,  które  mogą 

wpływać na zachowanie się polisacharydów 

background image

Wykład 15 

Ksantan 

wytwarzany przez bakterię gram-ujemną Xantomonas campestris; jest najlepiej zbadanym i 
najpowszechniej  używanym  egzopolisacharydem.  Jego  roczna  produkcja  wynosi  ok.  20 
tys
ton na rynku amerykańskim; głównym producentem jest firma Kelco  

Masa cząsteczkowa powyżej 10

6

 Da; rozgałęziony polimer glukozy, którego szkieletem jest β-

1,4-glukan, z trisacharydowymi łańcuchami bocznymi występującymi co druga reszta glukozy 

Stosowany powszechnie jako dodatek stabilizujący, żelujący, utrwalający zawiesinę

właściwości  te  decydują  o  jego  zastosowaniu  w  przemyśle  spożywczym,  ale  także  przy 
produkcji farb wodnorozcieńczalnych oraz wielu  

     innych produktów codziennego użytku.  

Nieprzetworzony ksanan jest stosowany w przemyśle  

naftowym jako środek smarujący i stabilizujący zawiesiny  

płuczek wiertniczych

Gellan 

Liniowy heteropolisacharyd, którego powtarzająca się jednostka zawiera dwie reszty 

glukozy  oraz  po  jednej  reszcie  kwasu  glukuronowego  i  ramnozy,  jest  polimerem 

kwasowym tworzącym żele 

Wytwarzany przez Pseudomonas elodea 

Wprowadzony przez firmę Kelco Inc. Produkt na bazie gellanu poddanego deacetylacji 

tworzy sztywne, kruche żele, które mogą być stosowane zamiast agaru i karagenianu

w zastosowaniu mikrobiologicznym  charakteryzuje się wieloma zaletami w stosunku do 

agaru – oporny na degradacje enzymatyczną i tworzy mocne żele w niższych stężeniach 

Temperatura i obecność kationów wpływa na proces żelowania 

background image

Wykład 15 

Skleroglukan 

Polisacharyd  obojętny,  którego  łańcuch  zbudowany  jest  z  1-3-β-glukanu,  natomiast 

rozgałęzienia stanowią pojedyncze reszty glukozy przyłączone do co trzeciej podjednostki 

szkieletu  

Wytwarzany  przez  grzyby  z  różnych  gatunków  Sclerotium,  z  czego  najistotniejsze  to 

Sclerotium rolfsii Sclerotium glucanicum 

Jest rozpuszczalnym polisacharydem wykazującym pseudoplastyczność w szerokim zakresie 

pH i temperatury, odporny na wiele soli 

Stosowany  do  stabilizacji  płuczek  wiertniczych,  farb  lateksowych,  tuszy  drukarskich  i 

środków ochrony nasion 

Kurdlan 

Egzopolisacharyd zbudowany z 1-3-β-glukanu; produkowany przez Alkaligenes faecalis 

var. myxogenesAgrobacterium radiobacter A. rhizogenes oraz Rhizobium trifolii 

Jest nierozpuszczalny w wodzie i tworzy mocne żele podczas podgrzewania powyżej 

55°C, a proces ten jest nieodwracalny 

Stosowany  jako  środek  żelujący  w  żywności  gotowanej  oraz  jako  matryca  do 

immobilizacji enzymów 

background image

Wykład 15 

Pululan 

α-glukan zbudowany z powtarzającej się jednostki trisacharydowej – maltotriozy  

Na skalę przemysłową produkowany przez grzyba Aureobasideum pullulans 

Fermentacja jest stosunkowo powolna (5 dni) w porównaniu z produkcją polisacharydów 

bakteryjnych, ale wydajność procesu sięga 70% 

Tworzy mocne i elastyczne powłoki oraz włóknaktóre mogą być formowanefolie 

polulanowe mają niższą przepuszczalność O

2

, niż celofanowe o polipropylenowe oraz są 

degradowalne  

Alginian 

Polimer  liniowy  zbudowany  z  reszt  kwasów  mannurowego  i  guluronowego,  wytwarzany  przez 
bakterie Azotobacter vinelandii i gatunki należące do Pseudomonas 

Podobny  do  alginianu  z  wodorostów  –  w  bakteryjnym  niektóre  reszty  kwasu  mannuronowego  są  O-
acetylowane 

Ilość reszt kwasu mannuronowego w stosunku do guluronowego oraz stopień ich acetylacji zależą  

od organizmu produkującego polimer i warunków  

jego hodowli 

Polimery o dużym udziale kwasu mannuronowego są  

elastycznymi żelami, zaś te z dużą zawartością  

kwasu guluronowego przyjmują inna strukturę  

tworząc mocne i kruche żele; w polimerze mogą  

występować rejony bogate w reszty tylko jednego kwasu  

tzw. struktury blokowe 

 

background image

Wykład 15 

Alginian 

Tworzenie kulek alginianowych jest prostą i tanią metodą immobilizacji komórek i enzymów – 

zawiesinę  komórek  lub  roztwór  enzymu  miesza  się  z  CaCl

2

  i  wkrapla  do  roztworu  alginianu; 

łańcuchy  polimeru  są  sieciowane  dzięki  oddziaływaniu  kationów  dwuwartościowych  z  grupami 

karboksylowymi 

Alginiany  bakteryjne  nie  są  wytwarzane  na  skalę  przemysłową  ze  względu  na  małą  stabilność 

szczepów producenckich o produkcję przez nie  

enzymów degradujących masę cząsteczkową polimeru 

Mają one jednak ogromny potencjał, ponieważ dobór  

odpowiedniego producenta umożliwia produkcje  

polimerów o odpowiednich właściwościach 

 

Kwas itakonowy 

Zainteresowanie  kwasem  itakonowym  wiąże  się  z  wykorzystaniem  jego  estrów  
(metylowych, etylowych, winylowych) jako : 

 komponentów w syntezie żywicmas plastycznych i powłok ochronnych 

do produkcji włókien poliamidowych i poliakrylonitrylowych 

 

Synteza  tego  kwasu  na  drodze  chemicznej  jest  nieopłacalna;  obecnie  światowa 
produkcja wynosi ok. 16 tys. ton rocznie 

Obecnie kwas ten jest coraz częściej zastępowany przez kwas mlekowy w produkcji 
nowoczesnych  technologii  otrzymywania  biodegradowalnych  materiałów 
opakowaniowych z polimleczanów 

 

background image

Wykład 15 

Kwas itakonowy 

Produkcja polega na hodowli powierzchniowej lub wgłębnej wyselekcjonowanych 

szczepów Aspergillus terreus lub A. itaconicus 

Źródłem  węgla  może  być  sacharoza  lub  glukoza,  wówczas  wydajność 

otrzymywania  tego  kwasu  wynosi  60%.  Mogą  być  stosowane  pożywki  melasowe, 

ale  obniża  to  wydajność  procesu  do  ok.  50%,  z  kolei  użycie  pentoz  (ksylowa, 

arabinoza) daje wydajność na poziomie 20%. 

 

Kwas itakonowy 

Biosynteza  tego  kwasu  jest  procesem 

tlenowym.  Przemiana  glukozy  do 

pirogronianu  odbywa  się  w  szlaku  EMP, 

następnie  powstaje  cytrynian,  który  w 

wyniki dehydratacji z udziałem hydratazy 

akonitanowej jest przekształcany do cis-

akonitonu, 

będącego 

prekursorem 

itakonianu. 

 

 

glukoza   

 
                           EMP 
 
 

pirogronian 

 
 

          TCA 

 
 

cytrynian 

 
 

        

hydrataza akonitanowa 

 
 

cis-akonitan 

 
       CO

2

           

dekarboksylaza akonitanowa 

 
 

itakonian 

background image

Wykład 15 

Kwas itakonowy 

W  reakcji  dekarboksylacji  katalizowanej 

przez  dekarboksylazę  akonitanową 

powstaje ikatonian 

Reakcja  ta  zachodzi  w  cytozolu,  do 

którego 

jest 

transportowany 

mitochondriów  cis-akonitan  i  wydzielana 

dekarboksylaza akonitanowa 

 

glukoza   

 
                           EMP 
 
 

pirogronian 

 
 

          TCA 

 
 

cytrynian 

 
 

        

hydrataza akonitanowa 

 
 

cis-akonitan 

 
       CO

2

           

dekarboksylaza akonitanowa 

 
 

itakonian 

Kwas itakonowy 

W  reakcji  dekarboksylacji  katalizowanej  przez  dekarboksylazę  akonitanową 

powstaje ikatonian 

Reakcja ta zachodzi w cytozolu, do którego jest transportowany z mitochondriów 

cis-akonitan i wydzielana dekarboksylaza akonitanowa 

background image

Wykład 15 

10 

Przemysł detergentów 

Coraz częściej w gospodarstwach domowych wykorzystuje się detergenty piorące, 

usuwające  plamy  i  zabrudzenia  bez  względu  na  temperaturę  prania.  Wiele  ze 

stosowanych  detergentów  zawiera  enzymy,  jako  biokatalizatory  usuwające 

uciążliwe plamy i zabrudzenia. Stanowią one komponenty: 

 proszków do prania,  

środków myjących do zmywarek  

detergentów przeznaczonych dla klientów 

 instytucjonalnych i przemysłu 

Przemysł detergentów 

Korzyści  wynikające  ze  stosowania  enzymów  w  środkach  piorących  to  przede 
wszystkim: 

Lepszy efekt doczyszczenia 

Krótszy czas prania 

Obniżenie ilości zużywanej energii przez obniżenie temperatury prania 

Redukcja ilości zużywanej wody ze względu na efektywne i skuteczne pranie 

Ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko (biodegradowalność enzymów) 

Zmniejszenie  negatywnej  ingerencji  w  środowisko,  dzięki  mniejszej  ilości 
wykorzystywanych chemikaliów, np. fosforanów (V) 

„biologiczne wygładzanie” powierzchni tkanin, szczególnie z zastosowaniem celulaz 

Usunięcie uciążliwych plam i uzyskanie efektu pogłębiania bieli 

background image

Wykład 15 

11 

Przemysł detergentów 

Rodzaj enzymów oraz ich ilość w detergentach jest zależna od producenta 

 

Enzymy 

wykorzystywane 

do 

suplementowania 

detergentów 

muszą 

charakteryzować się: 

Wysoką stabilnością 

Nie  mogą  ulegać  denaturacji  w  obecności  innych  składników  detergentu  tj. 

surfaktanty, środki wybielające i wybielacze aktywne 

Przemysł detergentów 

Obecnie poszukuje się nowych biokatalizatorów, które są lepiej przystosowane do 

warunków, w jakich działa detergent. 

 

Enzymy  najczęściej  produkowane  są  przez  liczne  gatunki  grzybów  z  rodzajów 

AspergillusPenicilliumMucorRhizopus i Trichoderma 

Produkcja  preparatów  enzymatycznych  odbywa  się  najczęściej  metodą  hodowli 

wgłębnej 

Surowcami  do  produkcji  enzymów  mogą  być  melasa  buraczana,  wysłodki 

buraczane, skrobia ziemniaczana, mąka kukurydziana, otręby pszenne i inne. 

background image

Wykład 15 

12 

Przemysł detergentów 

Większość enzymów piorących należy do klasy hydrolaz 

Proteazy - usuwanie plam z białek 

Lipazy – usuwanie plam z tłuszczów  

Amylazy – usuwanie plam z polisacharydów 

Celulazy  –  rozkładają  drobne  mikrowłókienka,  powstałe  w  wyniku  naruszenia 

struktury  tkaniny  lub  dzianiny  (mechacenie),  stwarzając  wrażenie  gładkości 

wyrobu po procesie prania

 

Biokatalizatory w przemyśle drzewnym i 
papierniczym 

Zastosowanie  enzymów  w  przemyśle  drzewnym  przyczyniło  się  do  znacznej 

ochrony środowiska 

 

Ksylanazy  –  stosowane  od  lat  90.  XX  w  do  odbarwiania  pulpy  drzewnej,  co 

znacznie zredukowało ilość używanych chemikaliów tj. chlor czy tlenek chloru (IV) 

 

Obecnie  coraz  częściej  obserwuje  się  tendencję  zastępowania  procesów 

chemicznych ich enzymatycznymi odpowiednikami 

background image

Wykład 15 

13 

Biokatalizatory w przemyśle drzewnym i 
papierniczym 

Kolejną kwestia jest recykling papieru 

dodatek  kompleksu  enzymów,  szczególnie  celulolitycznych  wpływa  na  proces 

odbarwiania  masy  włóknistej  z  makulatury,  podczas  którego  biokatalizator  

kontaktując  się  ze  składnikami  masy  przyspiesza  usuwanie  zawartych  w  niej 

zanieczyszczeń kleistych, uwalnianie barwników i farb oraz skrobii

 

Biokatalizatory w przemyśle drzewnym i 
papierniczym 

Wprowadzenie  do  masy  celulozowej  lipaz  pozwala  na  rozkład  substancji 

żywicznych na produkty nie mające właściwości kleistych 

 

Wprowadzenie  proteaz  wpływa  na  usunięcie  śluzów  i  osadów  wywołanych 

rozwojem bakterii 

 

background image

Wykład 15 

14 

BIOPALIWA 

BIOPALIWA  są to biologiczne źródła energii odnawialnej  wykorzystujące energię 

biomasy 

ze względu na stan skupienia dzieli się na: 

Biopaliwa stałe (drewno opałowe, brykiety, ścinki drewna, kora, osady ściekowe 

odwodnione, rośliny energetyczne, odpady komunalne) 

Biopaliwa  gazowe  (biogaz  rolniczy,  biogaz  z  osadów  ściekowych,  gaz 

wysypiskowy) 

Biopaliwa ciekłe (biodiesel, etanol, metanol, czyste oleje roślinne, bio-ETEB ) 

 

BIOGAZ 

Biogaz  jest  mieszaniną  głównie  metanu  i  dwutlenku  węgla.  Powstaje  podczas 
beztlenowej fermentacji substancji organicznych.  

Biogaz 

wykorzystywany 

do 

celów 

energetycznych 

powstaje  

w wyniku fermentacji: 

-

odpadów organicznych na składowiskach odpadów, 

-

odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych, 

-

osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków. 

 

Człowiek może go wykorzystywać na różne sposoby, m. in. do produkcji: 

-

energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach 

-

energii cieplnej w przystosowanych kotłach 

 

background image

Wykład 15 

15 

CIEKŁE BIOPALIWA 

Największe 

znaczenie 

odgrywają 

alkohole 

produkowane 

roślin  

o dużej zawartości cukru oraz biodiesel produkowany z roślin oleistych. 

 

biodisel  –  estry  metylowe  albo  estry  etylowe  wyższych  kwasów  tłuszczowych 

otrzymane w procesie przetwarzania rzepaku albo produktów ubocznych i odpadów 

 

 

 

bioetanol  –  odwodniony  alkohol  etylowy 

rolniczy produkowany z surowców rolniczych 

lub produktów ubocznych i odpadów 

 

Ciekłe biopaliwa  

Benzyny  silnikowe  zawierające  w  swoim  składzie  powyżej 

5%

  bioetanolu  oraz 

powyżej 

15 %

 eterów, stosowane w pojazdach wyposażonych w silniki z zapłonem 

iskrowym. 

Estry  stanowiące  samoistne  paliwo  stosowane  w  pojazdach,  ciągnikach 

rolniczych, a także maszynach nieporuszających się po drogach, wyposażonych w 

silniki z zapłonem samoczynnym. 

Olej  napędowy,  zawierający  powyżej 

5%

  estrów  stosowany  w  pojazdach, 

ciągnikach  rolniczych,  a  także  maszynach  nieporuszających  się  po  drogach, 

wyposażonych w silniki z zapłonem samoczynnym. 

 

 

background image

Wykład 15 

16 

Bioetanol i biometanol 

W  wyniku  fermentacji  na  przykład  kukurydzy  czy  też  trzciny  cukrowej 

otrzymuje  się  etanol  i  metanol  –  biopaliwa,  które  mogą  być  następnie 

dodawane do paliw tradycyjnych.  

Paliwo 

Zawartość etanolu(%) 

Alcool-Brasil 

95,5 

E85(USA) 

85 

Gasoline 

24-26 

E10(USA) 

10 

Biodiesel(Szwecja) 

15 

Oxygenated fuel(USA) 

7,6 

Reformulated gasoline 

5,7 

PVO/SVO 

Czyste  oleje  roślinne  (PVO)  otrzymywane  są  z  procesów 

tłoczenia,  ekstrakcji  i  podobnych  procesów  łącznie  z 

rafinacją,  z  wyłączeniem  modyfikacji  ich  składu  metodami 

chemicznymi, spełniające wymagania silników. 

Olej roślinny można stosować do zasilania silnika diesla na jeden z trzech sposobów:  

• po przerobieniu na biodiesel, jako samodzielne paliwo  

• mieszając z biodieslem lub olejem napędowym.  

W  każdym  wypadku  parametry  silnika,  tj.  moc,  moment  obrotowy,  zużycie  paliwa,  pozostają 

praktycznie takie same jak przy zwykłym paliwie. 

background image

Wykład 15 

17 

Biodiesel 

Jest chemicznie przekształconym olejem roślinnym. Produkowany 

jest  bezpośrednio  z  oleju  roślinnego  poprzez  dodanie  metanolu  i 

wodorotlenku  sodu  albo  potasu.  Reakcja  estryfikacji  jest 

stosunkowo  prosta  i  nie  wymaga  skomplikowanych  rozwiązań 

technologicznych.  

Biodiesel 

W Europie do jego produkcji używa się głównie rzepaku, w USA soi. 

Olej palmowy i sojowy być może technicznie nigdy nie spełnią norm 

europejskich;  ich  główną  wadą  jest  wysoka  temperatura  topnienia 

oleju palmowego (olej krzepnie w wyższych temperaturach i nie może 

być używany w niskich) oraz skłonność do oksydacji oleju sojowego.  

background image

Wykład 15 

18 

Biopaliwa pierwszej generacji 

Biopaliwa  produkowane  przede  wszystkim  ze  spożywczych  roślin 

uprawnych 

np. buraki cukrowe, kukurydza, rzepak, trzcina cukrowa i inne rośliny 

lub ich części, które mogą być użyte do produkcji żywności 

Biopaliwa drugiej generacji 

W  odróżnieniu  od  biopaliw  pierwszej  generacji  skupiają  się  na  wykorzystaniu 

biomasy i innych pozostałości płodów rolnych  

  np.  odpady  drzewne,  pozostałości  i  produkty  uboczne  z  przetwórstwa  rolno-

spożywczego, słoma kukurydziana 

 

Mogą  być  uprawiane  jako  plon  podstawowy  na  glebach  nie  nadających  się  do 

produkcji żywności i nieużytkach  

  np. wierzba energetyczna 

background image

Wykład 15 

19 

Biopaliwa trzeciej generacji 

- paliwa z glonów 

Rodzaje biopaliw produkowane z glonów 

 SVO, 

 biodiesel, 

 biobutanol, 

 hydrocraking do tradycyjnego paliwa, 

 paliwo lotnicze. 

 

Produkowane z glonów hodowanych w naturalnym oświetleniu, jest pond 30 razy 

bardziej wydajne od obecnie najbardziej efektywnych roślin rolniczych.

 

Serwatka 

surowiec do produkcji etanolu 

  Serwatka  -  prawie  klarowna  ciecz  powstała  po  ścięciu  zawartej  w 

mleku kazeiny 

laktoza 4,5 - 5,0% m/v 

białka 0,6 - 0,8% m/v 

lipidy 0,4 - 0,5% m/v 

sole mineralne, kwas mlekowy, kwas cytrynowy, mocznik, kwas moczowy 

 

Światowa produkcja serwatki – ponad 145 mln ton/rok 

background image

Wykład 15 

20 

Serwatka 

surowiec do produkcji etanolu 

 

Najwięksi światowi producenci etanolu z serwatki 

Anchor Ethanol Company, Nowa Zelandia (17-21 mln l/rok) 

Golden Cheese Company of California, USA 

Cerbery Ballineen Company, Irlandia 

 

Wykorzystywane szczepy – Kluyveromyces fragilis 

bezpośrednia fermentacja laktozy z wytworzeniem etanolu 

wrażliwość na wysokie stężenie etanolu w płynie hodowlanym 

wrażliwość na wysokie stężenie sacharydów w płynie hodowlanym 

 

Wydajność produkcji – 4% etanolu w płynie pohodowlanym

  

Etanol jako składnik biopaliw 

 

Biopaliwa  -  benzyny  silnikowe  zawierające  powyżej  5,0% 
objętościowo 

biokomponentów 

lub 

powyżej 

15,0% 

objętościowo eterów 

bioetanolu 

eteru etylo-tert-butylowego 

 

Wykorzystanie biopaliw w Polsce w 2010 r. 

biokomponenty – 5,75% wartości enetgetycznej paliw transportowych 

 

Wykorzystanie biopaliw w Polsce w 2013 r. 

biokomponenty – 7,10% wartości energetycznej paliw transportowych  

background image

Wykład 15 

21 

Klasyczna fermentacja alkoholowa 

 

Wykorzystywane szczepy – Saccharomyces cerevisiae 

brak zdolności do bezpośredniej fermentacji laktozy z wytworzeniem etanolu 

odporność na wysokie stężenie etanolu w płynie hodowlanym 

odporność na wysokie stężenie sacharydów w płynie hodowlanym 

 

 

Produkcja etanolu z serwatki  

z wykorzystaniem szczepów S. cerevisiae 

konieczność wstępnej hydrolizy laktozy 

Rekombinantowy szczep S. cerevisiae 
zdolny do produkcji etanolu z serwatki 

Charakterystyka szczepu 

zawiera gen kodujący β-D-galaktozydazę K. lactis 

zawiera gen kodujący permeazę laktozy K. lactis 

geny pod kontrolą promotora CYC-GAL indukowanego galaktozą 

zmutowany gen leu2d (marker selekcyjny) i sekwencja rDNA umożliwiły uzyskanie 
stabilnych genetycznie rekombinantów 

 

Wyniki badań 

rekombinantowy szczep zdolny do utylizacji laktozy 

przesunięcie  metabolizmu  w  kierunku  tlenowej  produkcji  biomasy  kosztem 
fermentacji alkoholowej

  

 

background image

Wykład 15 

22 

Rekombinantowy szczep S. cerevisiae 
zdolny do produkcji etanolu z serwatki 

Charakterystyka szczepu 

zawiera gen kodujący β-D-galaktozydazę Aspergillus niger 

gen  klonowany  z  własną  sekwencją  sygnalną  umożliwiającą  zewnątrzkomórkową 
produkcję białka 

autonomiczna replikacja plazmidu ekspresyjnego  

 

Wyniki badań 

rekombinantowy szczep w niewielkim stopniu zdolny do utylizacji laktozy (optymalne 
warunki działania enzymu pH = 3,5, temp. 65 °C) 

dwufazowość wzrostu 

niestabilność genetyczna 

  

 

Rekombinantowy szczep S. cerevisiae  
zdolny do wydajnej produkcji etanolu z serwatki 

zdolność do zewnątrzkomórkowej produkcji β-D-galaktozydazy 

enzym wykazujący wysoką aktywność w warunkach prowadzenia fermentacji alkoholowej 

brak inhibicji enzymu produktami hydrolizy laktozy 

brak inhibicji enzymu w obecności jonów wapnia 

    

jednoczesna asymilacja glukozy i galaktozy 

  

stabilność genetyczna 

background image

Wykład 15 

23 

Konstrukcja rekombinantowego szczepu H. polymorpha zdolnego 

do wydajnej produkcji etanolu z ksylozy 

Surowiec – hydrolizat biomasy 

roślinnej (słoma, drewno) 

celuloza → glukoza 

hemiceluloza → głównie ksyloza 

lignina 

Surowiec 

Lignina  

[% s.m.] 

Celuloza  

[% s.m.] 

Hemiceluloza 

[% s.m.] 

Drewno twarde 

(drzew 

liściastych) 

18-25 

45-55 

24-40 

Drewno miękkie 

(drzew 

iglastych) 

25-35 

45-50 

25-35 

Słoma zbóż 

10-30 

25-40 

25-50 

Konstrukcja rekombinantowego szczepu H. polymorpha 

zdolnego do wydajnej produkcji etanolu z ksylozy 

ksyloza 

ksyluloza 

ksylulozo-5-fosforan 

Cykl pentozofosforanowy 

izomeraza 
ksylozowa 

ksylulokinaza 

ksyloza 

ksylitol 

ksyluloza 

ksylulozo-5-fosforan 

reduktaza 
ksylozowa 

dehydrogenaza 
ksylitolu 

ksylulokinaza 

Bakterie                                                            Drożdże 

Glikoliza 

glukoza 

etanol 

NADPH 

NADP

NAD

NADH 

background image

Wykład 15 

24 

Rekombinantowy szczep H. polymorpha zdolny 
do wydajnej produkcji etanolu z ksylozy 

Charakterystyka szczepu 

zawiera mutacje w genie kodującym NADPH-zależną reduktazę ksylozową 

zawiera mutacje w genach kodujących dwie NAD-zależne dehydrogenazy ksylitolu 

zawiera gen kodujący izomerazę ksylozową E. coli  

zawiera dodatkowe geny kodujące ksylulokinazę H. polymorpha  

 

Wyniki badań 

czterokrotne zwiększenie wydajności produkcji etanolu z ksylozy

 

 

Etanol z celulozy 

background image

Wykład 15 

25 

Etanol z celulozy 

Obróbka wstępna: 
- mielenie, 
- parowanie, 
 

Hydroliza: 
- metodami chemicznymi: 
 

- stężonym kwasem, 

 

- rozcieńczonym kwasem, 

- metodami biochemicznymi: 
 

- enzymatyczna, 

Fermentacja alkoholowa: 
 
Saccharomyces cerevisiae, 
 
 Zymomonas mobilis

2

5

2

6

12

6

2

2

CO

OH

H

C

O

H

C