Bahan Bakar Dan Bahan Kimia Industry

Bahan Bakar dan bahan kimia industry

Dalam 50-100 tahun ke depan beberapa pasokan bahan bakar fosil , terutama minyak , cenderung

menjadi habis . Akibatnya, ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan sumber energi

alternatif . Sebagian besar persyaratan akan dipenuhi dari sumber panas bumi , nuklir , matahari , air

dan angin . Namun, generasi bahan bakar biologis cenderung menjadi semakin penting , terutama

karena dapat memberikan bahan bakar baik cair dan gas . Yang penting , bahan bakar ini diproduksi dari

sumber daya terbarukan , terutama tanaman biomassa , dalam bentuk tanaman yang dibudidayakan

energi , vegetasi alami , dan limbah pertanian , domestik dan industri .

Kedua produk bahan bakar mikroba utama saat ini berasal dari sumber daya ini metana dan etanol ,

tetapi ini bukan satu-satunya bahan bakar yang dapat dibentuk . lain contoh cair dan gas termasuk

hidrogen , propana , metanol dan butanol , listrik juga dapat dihasilkan oleh sistem mikrobiologi . Banyak

senyawa kimia penting lainnya kini paling ekonomis yang dihasilkan oleh fermentasi mikroba dan proses

biotransformasi . Mayoritas adalah metabolit primer yang meliputi asam organik , asam amino , pelarut

industri dan berbagai biopolimer . Banyak dari produk mikroba digunakan sebagai bahan baku kimia dan

bahan fungsional dalam berbagai produk industri dan makanan .

alkana

Metana digunakan untuk bahan bakar domestik dan industri . Saat ini, pasokan sebagian besar berasal

dari ladang gas dan minyak atau gasifikasi batubara .Akibatnya, produksi metana melalui fermentasi

menarik hanya dalam situasi lokal skala kecil terbatas. Namun, mode ini produksi dapat menjadi

semakin penting kemudian di abad ke-21 , ketika pasokan dari sumber-sumber non - terbarukan mulai

berkurang. Produksi metana oleh mikroorganisme adalah proses yang sangat kompleks, yang

melibatkan campuran mikroorganisme anaerobik ditemukan secara alami di rawa-rawa , organik

sedimen dan di perut ( rumen ) dari hewan ruminansia . Produksi mikroba saat metana untuk

pembakaran mungkin melalui pencernaan anaerobik agri-limbah budaya , industri dan perkotaan ( lihat

Bab 15 ) .

Limbah ini sebagian besar adalah tanaman biomassa ( bahan lignoselulosa ) yang memiliki biaya tinggi

koleksi . berpotensi menarik , tapi mahal , modus skala besarproduksi adalah melalui penimbunan ( lihat

Bab 15 ) , dengan ketentuan bahwa produksi gas jangka panjang yang stabil dapat

dikembangkan . Sebaliknya , fermentor biogas menggunakan teknologi rendah dalam produksi lokal

skala kecil metana . Mereka sering menggunakan kotoran hewan dan sangat berharga di lokasi di mana

bahan bakar lain tidak tersedia . Biogas yang dihasilkan terutama terdiri dari 50-80 % metana dan 15-45

% CO , bersama dengan beberapa jejak gas. Populasi mikroba campuran yang terkait dengan 2

generasi metana sangat fleksibel sehubungan dengan berbagai substrat yang mereka dapat

memanfaatkan . Produksi metana dari bahan organik melibatkan tiga spesifik

fase . Pertama , sekelompok mikroorganisme menghidrolisis polimer organik , termasuk lemak , protein

dan polisakarida , untuk monomer larut masing-masing

Senyawa ini kemudian dimetabolisme menjadi asam organik oleh organisme Acidogenic

anaerobik . Pada tahap akhir , asam organik dikonversi ke alkana dan karbon dioksida (Gambar

10.1 ) . Bakteri metanogen menghasilkan metana dari asetat , yang merupakan produk utama . Namun,

metana memiliki menghasilkan energi lebih rendah darialkana rantai panjang , etana dan propana

( Tabel 10.1 ) , yang berasal dari propionat dan butirat , masing-masing (Gambar 10.1 ) . Jumlah Biasanya

, hanya kecil

dua asam organik ini diproduksi selama asidogenesa , tetapi jumlah yang dihasilkan tergantung pada

kondisi tertentu . Oleh karena itu, ada potensi untukmanipulasi masa depan fermentasi tersebut untuk

menghasilkan proporsi yang lebih besar dari bahan bakar yang lebih menarik etana dan propana .

butanol

Aseton , butanol , asam butirat dan isopropanol , bersama dengan asam organik lainnya dan alkohol ,

dapat diperoleh dengan fermentasi clostridial dari berbagai bahan baku , termasuk pati , molase dan

cellulosicmaterials dihidrolisis . Jumlah relatif dari masing-masing produk fermentasi tergantung pada

spesies bakteri dan strain tertentu yang digunakan , dan lingkungan conditionsof fermentasi . Ada tiga

jenis fermentasi utama :1 aseton - butanol ( Clostridium acetobutylicum ) , produk tambahan :

asam butirat , asam asetat , acetoin , etanol , CO2 dan H , 2 butanol - isopropanol ( Clostridium

butylicum ) , produk tambahan : asam butirat , asam asetat , CO2 dan

H , dan 3 butyric acid -acetic acid ( Clostridium butyricum ) , produk tambahan : CO2 dan H2 .

Anggota genus Clostridium adalah Gram - positif 2 batang dengan flagella peritrichous dan sesuai sangat

motil . Mereka dicirikan oleh kemampuan mereka untuk membentuk spora tahan panas , metabolisme

sangat fermentasi dan tanggapan mereka terhadap oksigen . Semuanya anaerobik , tetapi berkisar dari

anaerob obligat untuk aerotolerant spesies . Biasanya , mereka tidak mengandung derivatif haem ,

seperti sitokrom dan katalase . Namun, beberapa spesies dapat menghasilkan sitokrom jika disertakan

dengan prekursor yang sesuai . Kebanyakan mesophiles , meskipun beberapa termofilik

spesies diketahui , misalnya C. thermoaceticum . Mereka tumbuh dengan baik pada pH netral dan basa ,

tetapi terhambat dalam kondisi asam dan sangat bervariasi dalam kisaran

dari substrat bahwa mereka dapat memanfaatkan . Fermentasi aseton - butanol memiliki sejarah

panjang sebagai proses fermentasi industri sukses . Itu Weizmann di Inggris , pada awal abad ke-20 ,

yang melakukan banyak penelitian dasar ke produksi aseton , butanol dan etanol oleh C. aceto -

butylicum . Ini sangat berharga selama Perang Dunia I , khususnya untuk produksi aseton , yang

dibutuhkan dalam pembuatan bahan peledak . Aseton secara khusus digunakan sebagai agen

gelatinizing untuk nitroselulosa dalam produksi mesiu . Proses Weizmann juga menghasilkan riboflavin

( vitamin B2 ) sebagai produk sampingan .

Setelah Perang Dunia I , butanol menjadi produk utama kepentingan . Itu digunakan secara luas sebagai

bahan kimia bahan baku dalam produksi lak , rayon ,plasticizers , pelapis , deterjen , cairan rem dan

butadiena untuk pembuatan karet sintetis . Butanol juga digunakan sebagai pelarut untuk lemak , lilin ,

resin , pernis dan lak , dan sebagai ekstraktan berharga dan pelarut dalam industri makanan . Produksi

tahunan fermentationderived butanol lebih dari 20 000 ton pada tahun 1945 , tapi di dunia barat proses

mulai menurun akhir 1940-an . Hal ini disebabkan perubahan dalam pasokan bahan baku fermentasi

( molase , gula tebu , dll) dan peningkatan ketersediaan bahan baku petrokimia murah untuk sintesis

kimia . Butanol kini sebagian besar dibuat dari bahan baku berbasis minyak bumi . Di Amerika Serikat ,

misalnya , produksi saat ini disintesis secara kimia butanol lebih dari 500 000 ton / tahun , dengan

pertumbuhan tahunan sebesar 3-4 % . Namun demikian , fermentasi butanol masih beroperasi di

negara-negara tertentu . Di bekas negara Uni Soviet beberapa proses didasarkan pada molase bit ,

sedangkan fermentasi menggunakan tetes tebu berlanjut sampai relatif baru-baru ini di Afrika Selatan ,

dan China masih mempertahankan beberapa pabrik fermentationbased . Masa depan untuk berbasis

fermentasi produksi terlihat cukup cerah , terutama karena konsumsi di seluruh dunia butanol telah

meningkat selama beberapa tahun terakhir . Ini memberikan kesempatan bagi pendahuluan

teknologi proses fermentasi baru dan lebih efisien , terutama karena pasokan petrokimia

dwindles . Selain peran yang ada sebagai bahan baku pelarut dan kimia , butanol memiliki beberapa sifat

yang menguntungkan untuk penggunaan motor bakar , baik sendiri atau bila dicampur dengan bensin

( Tabel 10.2 ) .Butanol memiliki oktan - meningkatkan sifat yang baik , panas yang relatif tinggi

pembakaran dan tekanan uap yang lebih rendah dibandingkan metanol dan etanol . Karakteristik ini

membuat butanol bahkan lebih cair bahan bakar extender dari etanol , yang saat ini digunakan dalam

perumusan gasohol . Selain itu, butanol memiliki miscibility rendah dengan air , tetapi miscibility tinggi

dengan baik diesel dan bensin . Karena panas yang tinggi dari pembakaran , solusi butanol mengandung

sebanyak 20 % ( v / v ) air memiliki nilai yang sama seperti pembakaran etanol anhidrat . Hal ini secara

tidak langsung dapat mengurangi nitrogen oksida ( NO ) emisi dengan menurunkan suhu operasi mesin

pembakaran internal . Sebagai aditif bahan bakar , alkohol seperti butanol juga memiliki potensi untuk

mengurangi emisi karbon monoksida .

Proses produksi Butanol

Di masa lalu, ekonomis produksi butanol telah biasanya diperlukan volume fermentor minimal 1000

m3 . The fermentor tidak diaduk , sebagaievolusi gas disediakan pencampuran yang

memadai . Fermentasi ini dioperasikan sebagai proses batch, sering menggunakan 5-7 % ( b / v ) pati

atau molasses sebagai karbon substrat . Baru-baru ini , dengan meningkatnya permintaan untuk butanol

, proses maju berdasarkan jagung , produk sampingan pengolahan jagung dan limbah selulosa lainnya

telah diusulkan , khususnya di Amerika Serikat ( lihat di bawah ) .Dalam proses konvensional , sebelum

fermentasi , maka media dan fermentor yang disterilkan dan dibersihkan dengan CO fermentor tersebut

kemudian diinokulasi dengan relative rendahnya tingkat inokulum , 0,03 % ( v / v ) C.

acetobutylicum . Selama 18-24 jam pertama pH jatuh dari tingkat awal 5,8-6,0 pH 5.2 , karena produksi 2

dari butirat dan asam asetat selama pertumbuhan yang cepat inifase . Selama mengikuti 20-24 h pH naik

kembali ke pH5.8 - 6.0 , asam ini dimetabolisme untuk membentuk pelarut netral aseton , butanol dan

etanol .mereka

konsentrasi total mencapai sekitar 2 % ( v / v ) dalam rasio 6 : 3 : 1 untuk aseton , butanol dan etanol ,

masing-masing. Keseluruhan hasil hingga 37 % ( b / b ) , didasarkan pada awal

karbohidrat , dapat dicapai . Produk pemulihan secara tradisional melibatkan distilasi fraksional . Gas

yang dihasilkan selama fermentasi , terutama CO , Dapat dipulihkan untuk dijual sebagai produk

sampingan dan residu distilasi dapat dijual sebagai pakan ternak . Sebagian produksi butanol di Cina dan

beberapa negara lain mungkin masih melalui proses fermentasi yang sama , tapi terakhir industri

fermentasi aseton - butanol - etanol dioperasikan di dunia barat ditutup pada awal 1990-an . Hal ini

dilakukan oleh National Chemical Products di Germiston , Afrika Selatan , menggunakan C.

acetobutylicum P262 . Ini melibatkan fermentasi batch dengan molase sebagai substrat , yang

berlangsung selama 40-60 jam dan menghasilkan produk rata-rata konsentrasi 15-18 g / L. Namun,

kelayakan ekonomi dari fermentasi ini sekarang menuntut yield pelarut dari 22-28 g / L dalam waktu ini ,

jika tidak mereka tidak bias bersaing dengan proses kimia . Konsentrasi ekonomi kompetitif yang tepat

tergantung pada harga minyak yang berlaku . Metode Batch tradisional telah menderita beberapa

masalah , termasuk kontaminasi oleh lactobacilli , serangan bakteriofag , inhibisi produk, biaya energi

yang tinggi untuk distilasi dan fakta bahwa campuran produk fermentasi diperoleh . Proses yang lebih

efisien sekarang sedang dikembangkan dengan peningkatan strain yang dominan menghasilkan satu

produk fermentasi dan menggunakan substrat yang lebih murah , termasuk limbah rumah tangga dan

pertanian . Mereka mungkin melibatkan temperatureprogrammed , multistage , kultur suspensi terus

menerus atau sel dimasukkan ke dalam reaktor fluidizedbed bergerak . Proses fermentasi tersebut

cenderung memiliki sistem pemulihan produk terintegrasi , seperti pervaporasi . Metode ini khusus

melibatkan selektif membran pemisahan komponen pelarut ke dalam ruang tekanan rendah ( misalnya

menggunakan membran poli dimethylsilane ) diikuti oleh kondensasi produk . Ini prosedur ditingkatkan

memiliki potensi untuk memproduksi konsentrasi pelarut total yang lebih besar dari 30 g / L dan

memungkinkan pemulihan simultan pelarut dari kaldu selama fermentasi . Ini menghilangkan inhibisi

produk dan memungkinkan pemanfaatan lengkap dari substrat karbon pada tingkat yang relatif tinggi

selama fermentasi kontinyu . etanol industri Sebagian besar wilayah di dunia telah diproduksi secara

tradisional minuman beralkohol dari substrat tersedia secara lokal ( lihat Bab 12 ) . Fermentasi alkohol

serupa sekarang digunakan di beberapa negara untuk memproduksi bahan bakar grade atau

bahan baku kimia etanol . Produksi dunia tahunan etanol lebih dari 30 miliar liter , sekitar 70 % dari yang

dihasilkan oleh fermentasi , sisanya yang sebagian besar diproduksi oleh hidrasi katalitik dari etilen .

Hampir 12 % dari etanol fermentasi minuman alkohol , 20 % adalah untuk berbagai keperluan industri

dan 68 % sisanya adalah bahan bakar etanol. Etanol merupakan bahan bakar yang menarik karena dapat

digunakan sendiri atau dicampur dengan bahan bakar cair lainnya , misalnya ' gasohol ' , campuran 10-

22 % ( v / v ) etanol dengan bensin ( lihat Tabel 10.2 ) . Pada 1970-an , Brazil dan beberapa negara lain

melakukan produksi skala penuh etanol fromindigenous sumber daya terbarukan biomassa untuk

mengimbangi biaya pertumbuhan impor minyak . Etanol diproduksi

dengan fermentasi sukrosa , berasal dari tebu , menggunakan Saccharomyces

cerevisiae . Brazil sekarang bertanggung jawab untuk lebih dari 46 % dari produksi dunia tahunan ,

beberapa 14,5 miliar liter etanol . Namun, ini tidak cukup untuk bersaing dengan meningkatnya

permintaan untuk bahan bakar . Kegagalan untuk mengembangkan proses produksi mereka telah

menghasilkan kebutuhan untuk mengimpor etanol dari Amerika Serikat dan

negara penghasil lainnya . Terlepas dari sukrosa , fermentasi konvensional lainnya

substrat untuk fermentasi etanol meliputi gula sederhana yang berasal dari tanaman dan limbah susu .

Ini memerlukan relatif sedikit pengolahan ( Gambar 10.2 dan 10.3 ) . Namun, penggunaan akar dan umbi

pati ( singkong , kentang , dll )atau butiran zat tepung ( jagung , gandum, beras , dll ) menuntut operasi

pengolahan energi memakan untuk mencapai hidrolisis . Pengolahan yang lebih besar diperlukan

sebelum pemanfaatan bahan lignoselulosa tanaman ( lihat hal . 149 ). Biokonversi pati jagung Di

Amerika Utara , proses penggilingan basah atau kering telah dikembangkan untuk pengolahan jagung

untuk minyak jagung terpisah dari pati . Hal ini juga menghasilkan produk sampingan yang dapat

digunakan untuk pakan ternak . Diekstrak pati terkena gelatinisasi dan sakarifikasi , dan gula yang

dihasilkan kemudian dapat mengalami fermentasi alkohol . Teknologi awalnya digunakan sebagian besar

didasarkan pada yang sebelumnya dikembangkan untuk produksi minuman beralkohol , tapi sekarang

proses yang jauh lebih efisien . Sakarifikasi enzimatik digunakan untuk mengkonversi pati menjadi gula

difermentasi menggunakan berbagai amilase termostabil , termasuk glucoamylases . Fermentasi gula

yang dihasilkan , sebagian besar glukosa , dilakukan oleh strain yang dipilih dari S. cerevisiae pada 32-38

° C dan pH 4,5-5,0 . Fermentasi mungkin batch atau proses yang terus menerus , sering dengan

beberapa bentuk daur ulang sel , yang mengurangi baik waktu fermentasi dan jumlah substrat

' Terbuang ' di konversi ke biomassa yang tidak diinginkan . Operasi di bawah vakum , memfasilitasi

penghapusan terus menerus etanol untuk mengurangi penghambatan etanol , dan bahkan imobilisasi

sel telah diuji coba ( Tabel 10.3 )

Ini fermentasi alkohol menghasilkan ' bir ' yang mengandung sekitar 10 % ( v / v ) etanol dari mana ragi

biasanya dipisahkan sebelum distilasi . Etanol pulih maka bisa mengalami dehidrasi ( lihat Bab 7 ,

Distilasi ) . Biaya pemulihan etanol ini sering hingga 50 % dari pengeluaran total proses . Proses produk

sampingan termasuk metanol , gliserol dan alkohol yang lebih tinggi , seperti amil , butil dan propil

alkohol . Pendekatan alternatif kemungkinan pemulihan etanol meliputi penggunaan proses fermentasi

ekstraktif terus menerus menggunakan non -volatile , pelarut tidak beracun , seperti oleil alkohol , yang

memiliki afinitas tinggi untuk etanol . Stategy ini berguna dalam mengatasi hambatan - end produk .

Pelarut yang digunakan secara terus menerus diperkenalkan ke fermentor dan naik melalui media untuk

membentuk lapisan yang terus dihapus . Perjalanan melalui hasil centrifuge dalam pemisahan pelarut

ethanolladen dari media dan sel-sel , yang dikembalikan untuk fermentor . Etanol dapat dipulihkan oleh

lampu kilat penguapan dan pelarut non -volatile digunakan kembali . Althoug h S. cerevisiae masih

banyak digunakan untuk fermentasi alkohol dari substrat gula sederhana, ada organisme lain dengan

potensi komersial ( Tabel 10.4 ) . Ini termasuk spesies dari genus bakteri Zymomonas , seperti Z. mobilis ,

yang Gramnegative anaerob fakultatif yang biasanya fermentasi hanya glukosa , fruktosa atau sukrosa .

Mereka mampu menghasilkan etanol lebih besar dari yang S. cerevisiae , tetapi tidak sebagai

toleran etanol . Di masa depan , rute alternatif cenderung melibatkan organisme hasil rekayasa genetika

yang memiliki kemampuan untuk memanfaatkan lebih luas sumber karbon dan memiliki sifat fermentasi

yang lebih baik . Sebagai contoh, Escherichia coli , yang biasanya menghasilkan hanya sejumlah relatif

kecil etanol , telah berubah dengan plasmid yang mengkode alkohol dehidrogenase

dan piruvat dekarboksilase dari Z. mobilis . Transforman tersebut menghasilkan etanol di bawah kedua

kondisi aerobik dan anaerobik . Biokonversi bahan lignoselulosa seperti tanaman energi ( sereal , tebu

dan bit , dll ) , limbah tanaman lignoselulosa ( serbuk gergaji , serpihan kayu , jerami , ampas tebu ,

limbah kertas , dll ) tidak menggunakan makanan langsung . Mereka adalah sumber daya terbarukan

belum sepenuhnya dieksploitasi . Miliaran ton bahan-bahan selulosa

saat ini sia-sia setiap tahun , yang dapat diubah menjadi energi kimia atau produk fermentasi yang

berguna lainnya . Lignoselulosa terdiri dari polimer berikut . Lignin ( 10-35 % , b / b ) , polimer tiga

fenolik alkohol ( p - coumaryl , sinapyl dan alkohol coniferyl ) yang mengelupasi selulosa . Bahan ini tidak

bisa didegradasi oleh mikroorganisme dalam kondisi anaerob , tetapi dapat digunakan sebagai sumber

vanili , katekol , dimethylsulphide ( DMS ) dan dimetil sulfoksida ( DMSO ) melalui proses kimia . Selulosa

( 15-55 % , b / b ) , homopolimer linear dari b - 1 unit glukosa ,4 -linked . Setelah dihidrolisis , glukosa

yang dihasilkan mudah difermentasi oleh banyak mikroorganisme , tetapi hanya sedikit dapat langsung

memanfaatkan polimer asli . Hemiselulosa ( 25-85 % , b / b ) , kelas heteropolymers mengandung

berbagai heksosa ( d - glukosa , dgalactose dan d - mannose ) dan pentosa ( l - arabinosa

dan d - xylose ) . Xylose adalah kedua gula yang paling melimpah di alam setelah d - glukosa dan

mungkin merupakan hingga 25 % dari berat kering beberapa pohon berkayu , tetapi hanya beberapa

mikroorganisme fermentasi pentosa menjadi etanol . Yang penting , produksi etanol dari lignoselulosa

yang ekonomis hanya jika kedua pentosa dan heksosa yang difermentasi . Beberapa mikroorganisme

dapat memanfaatkan lignoselulosa secara langsung dan mereka yang melakukan, seperti beberapa

spesies Clostridium , menghasilkan sedikit atau tidak ada etanol . Oleh karena itu , fermentasi mikroba

langsung cellulosics menjadi etanol adalah kesempatan yang jauh . Sebuah pendekatan yang lebih

mungkin untuk membuktikan sukses dalam jangka pendek melibatkan beberapa langkah . Pertama ,

pretreatment bahan lignoselulosa diperlukan sebelum sakarifikasi hemiselulosa dan selulosa

komponen . Gula yang dihasilkan dari bahan kimia dan / atau hidrolisis enzimatik kemudian dapat

difermentasi untuk menghasilkan etanol , yang dapat dipisahkan dari fase air dengan distilasi .

Pretreatment dan sakarifikasi harus dilakukan dengan cara yang memaksimalkan hasil biokonversi

berikutnya dan meminimalkan pembentukan berpotensi hambat senyawa , khususnya furfural dan

fenolik larut . Kebanyakan bahan lignoselulosa memerlukan pretreatment untuk membuat selulosa dan

hemiselulosa

lebih setuju untuk hidrolisis asam atau enzim . Persyaratan Pretreatment bervariasi dengan bahan baku

dan sering substansial kurang untuk bahan olahan seperti kertas dan kartu . Metode yang digunakan

termasuk ukuran mekanik pengurangan oleh penggilingan, pulp kimia , hidrolisis asam , perlakuan

alkali , autohydrolysis , ekstraksi pelarut , mengukus dan ledakan uap ( dekompresi eksplosif setelah

pengobatan uap bertekanan tinggi di 4000kPa selama 5-10 menit ) . Berbagai kombinasi dari proses

pretreatment mungkin digunakan tergantung pada sumber bahan lignoselulosa (Gambar 10.3 ) .

Beberapa mencapai sakarifikasi parsial , tapi perawatan lebih lanjut dengan asam atau enzim biasanya

diperlukan . Hidrolisis asam umumnya dilakukan dengan asam encer (misalnya 0,5-5 % ( v / v ) asam

sulfat ) di bawah tekanan untuk mencapai suhu yang tinggi dari 100-240 ° C. Perawatan ini relatif

murah , tetapi juga menghasilkan sejumlah besar produk sampingan degradasi

dan senyawa penghambat yang tidak diinginkan . Hidrolisis asam kuat sering menggunakan asam klorida

pekat pada suhu kamar , yang memberikan hasil gula tertinggi dari setiap proses hidrolisis asam .

namun, operasi tersebut sangat korosif dan pemulihan asam hampir lengkap adalah penting untuk

membuat proses ekonomis . Hidrolisis asam dari campuran selulosa dan

hemiselulosa sulit dikendalikan . Hemiselulosa lebih mudah dihidrolisis daripada selulosa dan

menghasilkan gula pada awal proses . Gula ini dapat mengalami kerusakan lebih lanjut untuk senyawa

penghambat , misalnya furfural . Akibatnya , pengkondisian hidrolisat mungkin diperlukan untuk

menghilangkan senyawa ini , sebelum fermentasi . Gula yang dihasilkan oleh hidrolisis terutama

glukosa , selobiosa ( disakarida yang terdiri dari - b 1 , unit glukosa 4linked ) dan xylose . Fermentasi

xilosa bermasalah. S. cerevisiae , yang saat ini bertanggung jawab untuk 95 % dari semua etanol yang

dihasilkan oleh fermentasi , tidak memfermentasi monosakarida ini . organisme tersebut

do itu ( lihat Tabel 10.4 ) , tidak etanol toleran dan memberikan hasil etanol miskin . Ada beberapa cara

yang mungkin dengan mana S.cerevisiae dapat digunakan dalam fermentasi alkohol dari xylose (Gambar

10.4 ) . Isomerisasi dari aldo - gula , d - xylose , ke ketoform d - xylulose , yang S. cerevisiae

dapat memfermentasi . Hal ini dapat dicapai dengan melakukan fermentasi ragi

dengan adanya suatu xylose isomerase bakteri . Rekayasa genetika dari S. cerevisiae , untuk

mengekspresikan gen baik untuk ( a) xylose isomerase bakteri , misalnya dari spesies Actinoplanes ,

Bacillus , dll; atau ( b ) xylose reduktase dan xylitol dehydrogenase dari ragi fermentasi pentosa ,

misalnya spesies Candida , Pichia , dll Namun, ada kemungkinan masalah dengan ketidakseimbangan

kofaktor dengan pilihan ini . Z. mobilis juga telah direkayasa secara genetik untuk memfermentasi xilosa

dan mungkin memainkan peran masa depan dalam produksi etanol dari biomassa tanaman , yang

mungkin E. coli rekayasa genetika disebutkan sebelumnya , dan termofilik tertentu

mikroorganisme . Hidrogen Hidrogen merupakan bahan bakar yang sangat menarik karena isinya tinggi

energi ( 118,7 kJ / g ) , yaitu sekitar empat kali lipat lebih besar dari etanol dan lebih dari dua kali lipat

lebih tinggi dari metana . Teknologi untuk penggunaannya sudah dikembangkan dan produk

pembakaran adalah water.A berbagai mikroorganisme menghasilkan hidrogen sebagai bagian dari

mekanisme untuk membuang elektron yang dihasilkan selama reaksi metabolik :

ion hidronium ion hidrogen terhidrasi ( ) Generasi hidrogen menggunakan mikroorganisme , atau sistem

sel - bebas berbasis komponen mikroba , masih sangat banyak dalam masa pertumbuhan . Namun, ada

tiga rute yang mungkin production.Biophotolysis air melibatkan pemisahan air dengan menggunakan

energi cahaya dan tidak memerlukan substrat eksogen . Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan

sistem fotosintesis , seperti kloroplas ganggang , yang dapat dianggap sebagai sel surya . In vivo , energi

yang dihasilkan biasanya digunakan untuk membentuk nikotinamid adenin dinukleotida fosfat ( NADPH )

. Namun, dengan adanya sebuah hydrogenase bakteri dan pembawa elektron yang tepat , molekul

hidrogen dapat dihasilkan (Gambar 10.5 ) .Fotoreduksi , dekomposisi tergantung cahaya senyawa

organik , dilakukan oleh bakteri fotosintetik . Ini adalah proses anaerobik yang membutuhkan cahaya

dan substrat organik eksogen , yang dihambat oleh oksigen , dinitrogen dan amonium ion .

Pembentukan hidrogen dikaitkan dengan nitrogenase yang dapat mengurangi proton serta dinitrogen .

Anggota Chlorobiaceae , Chromatiaceae dan Rhodospirillaceae melaksanakan

fotoreduksi . Mereka bakteri dengan paling potensial mungkin bakteri non - sulfur ungu , seperti spesies

Rhodospirillium , yang photometabolize asam organik . Fermentasi senyawa organik oleh banyak bakteri

menghasilkan sejumlah kecil hidrogen . Sebagai contoh, beberapa enterobacteria menghasilkan

hidrogen dan CO dengan membelah format, dan Clostridia itu dihasilkan dari penurunan ferredoxin .

Secara teoritis , 4 mol hidrogen dapat dihasilkan dari setiap mol glukosa , yang mewakili hanya

menghasilkan energi 33 % . Namun, sebagian besar organisme menghasilkan lebih sedikit . Akibatnya,

ada sedikit kemungkinan untuk produksi komersial hidrogen melalui rute ini dalam waktu dekat .

Peran mikroorganisme dalam pembangkit listrik mungkin melibatkan gas dan cair bahan bakar mikroba

yang dihasilkan , seperti etanol atau metana , yang digunakan untuk menggerakkan generator mekanik

konvensional . Atau , generasi langsung dapat digunakan , tapi ini masih dalam tahap awal

pengembangan . Kemungkinan rute ini adalah rute melalui mikroorganisme utuh atau enzim mikroba

dimasukkan dalam sel bahan bakar (Gambar 10.6 ) . Sistem enzim berbasis lebih disukai , karena transfer

elektron antara sel-sel utuh dan elektroda umumnya kurang efisien . Dalam beberapa kasus , enzim

amobil dapat digunakan . Kemungkinan calon dehydrogenases mikroba digabungkan dengan sistem

elektroda dan catalysing interkonversi hidrogen dan listrik . Juga, ada kemungkinan bahwa phototrophic

mikroorganisme , atau sistem photoactive mereka , langsung bisa mengkonversi sinar matahari menjadi

listrik . Misalnya, menggunakan membran buatan menggabungkan sistem berbasis bacteriorhodopsin

dari archaeans , egHalobacterium halobium . Sistem seperti memfasilitasi translokasi tergantung cahaya

proton dan transmembran gradien elektrokimia yang dihasilkan dibuat dapat digunakan untuk

menghasilkan listrik . asam amino Beberapa asam amino yang diproduksi dalam jumlah komersial

melalui proses fermentasi langsung menggunakan strain mikroba overproducing , atau dengan

biotransformasi mikroba . Mereka sebagian besar bekerja sebagai makanan atau pakan ternak

suplemen dan senyawa rasa. Namun, beberapa asam amino juga memiliki kegunaan dalam obat-obatan

dan kosmetik , dan industri kimia untuk pembuatan polimer . l - Glutamic acid Dari semua proses

produksi asam amino , yang asam lglutamic mungkin adalah yang paling penting dalam hal

kuantitas . Kegunaan utamanya adalah sebagai penambah rasa , monosodium glutamat l -

( MSG ) , yang dapat meningkatkan dan mengintensifkan rasa makanan tanpa menambahkan rasa

signifikan sendiri . MSG secara alami ada dalam makanan tertentu dan ditemukan menjadi komponen '

aktif ' dari rasa - enhancing tradisional saham rumput laut yang digunakan dalam makanan Timur Jauh .

Senyawa ini adalah pertama diisolasi dari rumput laut , Laminaria japonica , pada tahun 1908 . Produksi

komersial di Jepang segera diikuti , menggunakan ekstrak protein kedelai dan gluten gandum . Pada

tahun 1959 pemerintah Food and Drug AS ( FDA ) mengklasifikasikan MSG sebagai ' umumnya dianggap

sebagai aman ' ( GRAS ) karena sejarah penggunaan yang aman , dan Organisasi Pangan dan Pertanian

Bersama ( FAO ) / Organisasi Kesehatan Dunia ( WHO ) Komite Pakar Aditif Makanan ( 1970) memberi

asupan harian yang dapat diterima sebagai berat 0-120 mg / kg tubuh . Sejak awal 1960-an , produksi

klasik metode menggunakan sumber tanaman sebagian besar telah digantikan oleh proses fermentasi ,

yang sekarang bertanggung jawab untuk produksi tahunan lebih dari 400 000 ton . Harga MSG dalam

perdagangan internasional adalah rata-rata dari US $ 1.20/kg dan terpisah dari penggunaan yang luas

dalam makanan oriental , itu akan ditambahkan ke berbagai produk makanan , khususnya sup , gravies ,

saus dan makanan ringan . Penghasil asam glutamat mikroorganisme termasuk spesies dari genus

Arthrobacter terkait erat , Brevibacterium , Corynebacterium , Microbacterium dan Micrococcus . Ini

adalah Gram - positif , biotinrequiring , bakteri non - motil yang memiliki aktivitas dehidrogenase

glutamat intens .Spesies Brevibacterium dan Corynebacterium digunakan untuk sebagian fermentasi

industri. The wild type Corynebacterium glutamicum , misalnya , menunjukkan inhibisi umpan balik

ketika konsentrasi asam glutamat seluler meningkat menjadi 5 % pada basis berat kering . Namun, strain

produksi dikembangkan dengan menggunakan mutagenesis dan seleksi program keduanya mutan

peraturan dan auksotrofik . Strain ini telah dikembangkan dengan konsentrasi steady -state asam amino

sitoplasma tinggi . Mereka mengumpulkan sekitar 30 % - l glutamat asam dan menghasilkan 1 mol

glutamat per 1,4 mol glukosa , dan yang lebih penting tahan fag . Baru-baru ini , teknologi DNA

rekombinan telah digunakan untuk meningkatkan aktivitas enzim biosintesis tertentu dengan

transformasi dengan plasmid multicopy bantalan gen struktural untuk enzim tersebut . Strategi

keseluruhan untuk mencapai kelebihan produksi asam amino meliputi :

1 meningkatkan aktivitas enzim anabolik ;

2 manipulasi peraturan untuk menghapus mekanisme kontrol umpan balik ;

3 memblokir jalur yang mengarah ke produk sampingan yang tidak diinginkan ;

4 memblokir jalur yang mengakibatkan degradasi produk target , dan

5 membatasi kemampuan untuk memproses prekursor langsung dari asam - l glutamat ,

asam yaitu Oxoglutaric , untuk nextintermediate asam trikarboksilat

( TCA ) siklus , suksinil koenzim A ( CoA ) , yaitu penggunaan mutan kurang

dehidrogenase asam Oxoglutaric .

Selama fase pertumbuhan mutan ini menghasilkan intermediet penting

dari isocitrate melalui siklus glioksilat (Gambar 10.7 ) . Selain itu, bakteri ini biasanya tidak mengeluarkan

glutamat , berbagai perawatan yang digunakan untuk membuat sel-sel lebih permeabel dan bantuan

rilis amino

asam ke dalam media . Perawatan ini meliputi: pembatasan biotin , pembatasan biosintesis fosfolipid

dengan menambahkan asam lemak jenuh C16 - C selama fase pertumbuhan , dan penyertaan surfaktan

( misalnya Tween 40 ) dan penisilin di media produksi .

PRODUKSI INDUSTRI asam L-glutamat

Fermentor skala industri biasanya stainless steel reaktor tangki berpengaduk hingga 450 m . Ini adalah

proses batch, dioperasikan aerobik pada 30-37 ° C , temperatur tertentu tergantung pada

mikroorganisme yang digunakan .

Terlepas dari karbon dan nitrogen sumber , media fermentasi biasanya mengandung garam anorganik ,

menyediakan tingkat membatasi biotin magnesium , mangan , fosfat dan kalium , dan . Corynebacteria

yang bergizi

cerewet dan mungkin juga memerlukan vitamin lain , asam amino , purin dan pirimidin . Sumber karbon

yang disukai adalah karbohidrat , sebaiknya glukosa atau sukrosa . Tebu atau gula bit molasses dapat

digunakan , tetapi

menengah memerlukan modifikasi lebih lanjut sebagai tingkat biotin mereka cenderung terlalu tinggi .

Hal ini dapat diatasi dengan penambahan asam lemak jenuh , penisilin atau surfaktan yang

mempromosikan ekskresi . Sumber nitrogen ( garam amonium , urea atau amonia ) diumpankan secara

perlahan untuk mencegah penghambatan l - glutamat

produksi . PH Medium dipertahankan pada 7-8 dengan penambahan alkali , sebaliknya

pH semakin jatuh sebagai l - glutamat diekskresikan ke dalam medium . Akumulasi asam - l glutamat

tidak menjadi nyata sampai pertengahan fermentasi , yang biasanya berlangsung selama 35-40 jam dan

mencapai kadar asam lglutamic dalam kaldu dari 80 g / L.

Produk pemulihan melibatkan pemisahan sel dari medium kultur . Asam - l glutamat kemudian

mengkristal dari media dihabiskan dengan menurunkan pH titik isoelektrik atas pH 3,2 menggunakan

asam klorida . Kristal asam - l glutamat kemudian disaring dan dicuci . MSG dibuat dengan

menambahkan larutan natrium hidroksida dengan kristal - l glutamat asam diikuti dengan rekristalisasi .

L -Lysine

l - Lysine tidak disintesis oleh manusia dan mamalia lainnya . Ini asam amino ' esensial ' harus diperoleh

sebagai

bagian dari diet mereka . Namun, banyak sereal dan sayuran relatif rendah lisin . Akibatnya, produk

makanan dan pakan ternak berasal dari sumber-sumber ini sering dilengkapi dengan asam amino ini .

Dunia tahunan

produksi l - lisin yang diperlukan untuk memenuhi persyaratan ini sekarang lebih dari 380 000 ton . Lebih

dari 90 000 ton lisin ini sedang diproduksi oleh fermentasi dan biotransformasi metode mikroba

langsung .

Sisanya diproduksi oleh sintesis kimia .

Namun, rute ini memiliki kelemahan utama yang campuran d -the

dan l - isomer disintesis , tetapi hanya l - lisin bahwa tubuh memanfaatkan . Dengan demikian , resolusi

optik diperlukan setelah sintesis kimia , sedangkan

produksi mikroba memiliki keuntungan bahwa hanya lisomer terbentuk .

PRODUKSI INDUSTRI l - LISIN

Kontrol metabolik - l lisin produksi wild type C. glutamicum ditunjukkan pada Gambar . 10.8 . Langkah

kunci pertama dari jalur metabolisme ini , aspartat untuk aspartil fosfat , dikatalisis oleh aspartokinase ,

dikendalikan melalui umpan balik

penghambatan oleh dua produk akhir ini bercabang jalur , lisin dan treonin . Aktivitas dehidrogenase

homoserine juga tunduk pada umpan balik inhibisi oleh

treonin dan represi oleh metionin . Namun, dihydropicolinate

sintetase tidak dihambat oleh akumulasi lisin , yang tidak biasa untuk enzim pertama setelah titik cabang

jalur . Strain over- produksi dari C. glutamicum dipilih untuk produksi lisin memiliki cacat dalam

mekanisme kontrol umpan balik ini . Mereka tidak homoserine dehidrogenase

aktivitas dan dengan demikian auxotrophs homoserine . Auxotrophs ini mengkonversi semua aspartat

semialdehid untuk lisin , dan karena kurangnya sintesis treonin , tidak ada lagi kontrol umpan balik ( lihat

Gambar . 10,8 ) .

Namun, jumlah yang diukur dengan hati-hati dari treonin , metionin

dan isoleusin harus ditambahkan ke dalam media kultur untuk mengaktifkan bakteri auksotrofik ini

untuk tumbuh . Kebanyakan - l lisin fermentasi komersial dioperasikan sebagai proses batch dalam

reaktor tangki berpengaduk diangin-anginkan . tebu

molase adalah sumber karbon disukai, meskipun karbohidrat lainnya , asam asetat atau etanol dapat

digunakan , sering dilengkapi dengan kacang kedelai hidrolisat . Suhu dijaga pada 28 ° C dan pH

dipertahankan pada , atau

dekat , netralitas dengan memberi makan amonia atau urea , yang juga bertindak sebagai sumber

nitrogen . Pengendalian tingkat biotin adalah sangat penting, karena konsentrasi di bawah 30

mg / L hasil dalam akumulasi l - glutamat bukan l - lisin

(lihat produksi asam glutamat - l di atas ) . Namun, tetes tebu biasanya mengandung biotin yang cukup

untuk memenuhi kebutuhan ini .

Fase lag dipersingkat dengan menggunakan konsentrasi tinggi inokulum , biasanya sekitar 10 % ( v / v )

dari volume fermentasi . Produksi lisin dimulai pada fase eksponensial awal dan berlanjut sampai ke

fase diam. Fermentasi ini berlangsung sekitar 60 jam dan menghasilkan 40-45 g / L l - lisin dari

konsentrasi molase dari 200 g / L , yang mengandung 100 g / L sukrosa .

Pemulihan Lysine relatif sederhana . Setelah sel telah dihapus , media fermentasi diasamkan sampai pH

2,0 dengan asam klorida dan l - lisin diserap ke dalam kolom kation - pertukaran amonium

form. Sebuah larutan amonia ini kemudian digunakan untuk mengelusi l - lisin dari kolom . Eluat ini

reacidified dan produk akhirnya mengkristal sebagai l - lisin hidroklorida .

METODE BIOTRANSFORMASI ALTERNATIF UNTUK PRODUKSI ASAM AMINO

Produksi asam - amino l juga dapat dilakukan oleh hidrolisis enantioselektivitas prekursor rasemat .

Asam - l Glutamic , misalnya , dapat dihasilkan dari sintesis kimia dl - hydantoin 5 - propionat

asam . Proses ini menggunakan Bacillus brevis , yang menghasilkan hydantoinase diperlukan dan

memberikan imbal hasil 90 % (Gambar 10.9a ) .

l -Lysine juga dapat diproduksi melalui proses biotransformasi bets dari dla - aminocaprolactam , bahan

awal yang murah kimia berasal dari sikloheksana .

dla - Aminocaprolactam ditambahkan ke bejana reaksi pada konsentrasi 100 g / L , bersama dengan

Laurentii ragi Cryptococcus dan bakteri

Achromobacter obae . Hasilnya adalah konversi hampir lengkap dari substrat untuk l - lisin . Metode ini

memanfaatkan stereospesifisitas dari hidrolase ditemukan di C. Laurenti untuk mengkonversi l - isomer

dari substrat untuk l - lisin . Sisanya d - isomer dari - aminocaprolactam dibawa kembali ke jalur produksi

oleh racemase di A.obae (Gambar 10.9b ) . metode yang serupa

juga tersedia untuk sintesis d - asam amino , beberapa di antaranya penting prekursor rantai samping

untuk penisilin semisintetik dan sefalosporin , misalnya d - phydroxyphenylglycine .

asam organik

Asam asetat Lihat Bab 12 , produksi Cuka . Asam sitrat Asam sitrat banyak digunakan dalam industri

makanan untuk memberi rasa asam dan agen penyedap dalam minuman , permen dan makanan lain ,

dan dalam leavening sistem untuk

dipanggang . Sebagai konstituen makanan , penggunaannya tidak dibatasi karena memiliki status GRAS .

Asam organik ini juga memiliki banyak aplikasi non - makanan . Mereka termasuk peran dalam menjaga

logam dalam larutan untuk elektroplating , sebagai pembersihan dan ' pengawetan ' agen untuk logam ,

dan sebagai pengganti polifosfat dalam industri deterjen , bersama dengan beberapa penggunaan

farmasi .

Sampai asam sitrat 1920 terutama dibuat dari jus lemon , namun pada tahun 1923 Pfizer mulai

beroperasi proses berbasis fermentasi di Amerika Serikat . Organisme produksi adalah filamen jamur

Aspergillus niger , sebuah aerob obligat , yang ditumbuhkan dalam kultur permukaan pada media

sukrosa dan garam mineral . Hampir semua output di seluruh dunia kini diproduksi oleh fermentasi ,

yang terutama terletak di Eropa Barat , Amerika Serikat

dan China . Asam sitrat telah menjadi salah satu produk fermentasi utama dunia , dengan produksi

tahunan lebih dari 550 000 ton dan nilai mendekati US $ 800 juta . Permintaan untuk asam sitrat masih

meningkat ,

terutama untuk aplikasi minuman . Metode permukaan masih beroperasi , tetapi sejak akhir 1940-an ,

fermentasi terendam telah menjadi kepala sekolah

cara produksi . Banyak mikroorganisme , termasuk jamur berfilamen , ragi dan bakteri , dapat digunakan

untuk menghasilkan metabolit primer ini . Namun,

A. niger masih tetap sebagai produsen industri dominan .

Strain tertentu telah dikembangkan untuk berbagai jenis proses fermentasi , yang mampu menghasilkan

hasil yang tinggi dari asam sitrat , seringkali lebih dari 70 % dari hasil teoritis dari sumber karbon .

Asam Sitrat BIOSINTESIS

Jalur metabolisme yang terlibat dalam biosintesis asam sitrat adalah Embden - Meyerhof - Parnas

( EMP ) jalur dan siklus TCA . A.niger juga mengoperasikan

jalur pentosa fosfat , yang dapat bersaing dengan glikolisis untuk unit karbon . Tahap pertama

pembentukan asam sitrat melibatkan pemecahan heksosa untuk piruvat dalam glikolisis , diikuti oleh

dekarboksilasi untuk menghasilkan asetil CoA (Gambar 10.10 ) . Sangat penting, CO dilepaskan selama

reaksi ini tidak hilang , tetapi didaur ulang oleh karboksilase piruvat ( diproduksi secara konstitutif dalam

Aspergillus ) dalam pembentukan anaplerotic dari oksaloasetat ( anaplerotic lainnya

rute ke oxaloxacetate juga dioperasikan , lihat Bab 3 ) . biasanya ,

oksaloasetat akan sebagian besar dipasok melalui penyelesaian siklus TCA , yang memungkinkan

permulaan kembali siklus dengan kondensasi dengan

asetil KoA untuk membentuk sitrat , dikatalisis oleh sitrat sintase . Namun,

dalam rangka untuk mengumpulkan sitrat , metabolisme seterusnya nya ( kelanjutan dari siklus ) harus

diblokir . Hal ini dicapai dengan menghambat akonitase , enzim

catalysing langkah berikutnya dalam siklus TCA . Penghambatan dilakukan dengan penghapusan besi ,

penggerak akonitase . Akibatnya, selama akumulasi sitrat , siklus TCA sebagian besar tdk berlaku di luar

pembentukan sitrat ,

maka pentingnya rute anaplerotic pembentukan oksaloasetat .

Metode perbaikan regangan konvensional dan rekayasa genetika dari unsur-unsur utama dalam

metabolisme A. niger sedang digunakan dalam upaya untuk meningkatkan produksi asam sitrat .

Tujuannya adalah untuk meningkatkan fluks metabolik yang mengarah langsung ke pembentukan asam

sitrat dengan mengurangi fluks melalui cabang-cabang dari jalur ini , sehingga menghasilkan produk

sampingan yang lebih sedikit , terutama asam glukonat dan

asam oksalat . Pemanfaatan mutan kurang oksidase glukosa , dan akibatnya tidak dapat memproduksi

asam glukonat dari glukosa , adalah contoh dari pendekatan semacam itu . Atau , peningkatan langsung

fluks melalui utama

jalur dapat dicapai dengan kelebihan konstituen

enzim .

PROSES FERMENTASI DIGUNAKAN Asam Sitrat PRODUKSI

Permukaan dan solid- substrat fermentasi Metode ini menggunakan teknologi sederhana dan memiliki

biaya energi yang rendah , tetapi lebih padat karya . Metode permukaan cairan melibatkan

menempatkan media disterilkan , biasanya mengandung molase ditambah berbagai garam , menjadi

dangkal ( dalam 5-20 cm ) aluminium atau nampan stainless steel ditumpuk di ruang aseptik . Media

dirumuskan

dengan tingkat yang relatif rendah zat besi , jika hasil asam sitrat berkurang ( lihat di atas ) . Nampan

diinokulasi dengan menyemprotkan spora A. niger , baik suspensi spora atau spora kering . Jamur

kemudian berkembang pada

permukaan medium. Udara steril tumbang budaya ini , yang penting untuk mempertahankan kondisi

aerobik , kontrol suhu dan menurunkan tingkat CO . Medium pH secara bertahap jatuh ke bawah 2 , di

mana titik produksi asam sitrat dimulai . Pada 30 ° C , fermentasi membutuhkan waktu sekitar 8-12 hari

untuk menyelesaikan dan mencapai produktivitas sekitar 1,0 kg / m

per hari . Proses fermentasi Solid-state untuk produksi asam sitrat adalah operasi skala kecil . Setiap

tanaman menghasilkan hanya beberapa ratus ton per tahun , dan menggunakan medium padat uap -

disterilisasi dedak gandum atau limbah ubi jalar yang memiliki kadar air 70-80 % . Tumbuk ini diinokulasi

dengan spora A. niger dan kemudian menyebar di nampan atau lantai bersih untuk kedalaman 3-5 cm .

Sirkulasi udara membantu untuk mempertahankan suhu sekitar 28 ° C.

Proses ini berlangsung selama 5-8 hari , setelah itu mash dikumpulkan dan sitrat diekstrak dengan

menggunakan air panas . Berbagai residu pengolahan makanan padat sedang dievaluasi untuk

menentukan apakah mereka juga bisa berfungsi sebagai substrat lowcost untuk produksi asam sitrat .

Selain itu, perkembangan teknologi sedang dicari , seperti penggunaan reaktor packed bed . Percobaan

awal telah menghasilkan tingkat tinggi asam sitrat dengan rendahnya tingkat biomassa jamur , reaktor

ini menghambat pertumbuhan jamur dan mempromosikan konversi substrat yang lebih besar untuk

asam sitrat . Proses Terendam Lebih dari 80 % dari pasokan di seluruh dunia dari asam sitrat diproduksi

menggunakan fermentasi batch yang terendam dalam tangki diaduk kapasitas 40-200 m atau fermentor

airlift lebih besar dari kapasitas 200-900 m .

The fermentor yang tahan korosi , terbuat dari stainless steel , atau baja dilapisi dengan kaca khusus

atau plastik . Fermentasi ini sebagian besar menggunakan bit atau tetes tebu sebagai sumber karbon .

Tidak seperti metode permukaan , vegetatif

inokulum , daripada spora , biasanya digunakan . Akibatnya, organisme budaya diambil melalui

beberapa tahap propagasi untuk menghasilkan jumlah yang cukup inokulum . Awalnya, spora dari strain

produksi

dari A.niger diproduksi pada medium padat dan kemudian digunakan untuk menyuntik skala kecil

fermentasi terendam di mana pembentukan pelet jamur terjadi . Kuantitas pelet jamur stabil kemudian

dikembangkan untuk

inokulasi yang fermentor produksi . Struktur pelet ini memiliki pengaruh besar terhadap produktivitas.

Pelet kecil kurang dari 1 mm diameter ,

dengan pusat lembut dan permukaan yang halus lebih disukai . Ini sifat struktural dan fisiologi mereka

sangat tergantung pada komposisi media dan kondisi operasi . Pelet yang menghasilkan tingkat tinggi

sitrat

asam ditandai dengan pendek bercabang , hifa bulat . Kehadiran bahkan tingkat rendah beberapa logam

berat , terutama mangan , dapat merusak pembentukan pelet , sehingga hifa yang panjang dan tidak

bercabang .

Dengan demikian , perlu untuk pretreat semua bahan baku untuk mengurangi konsentrasi mangan di

bawah 0,02 mmol / L. Tingkat mangan rendah juga membatasi op -the

timbangkan dari jalur pentosa fosfat , yang tidak akan mengalihkan fluks jauh dari glikolisis dan

mengurangi produksi sitrat . Atau , ion tembaga dapat ditambahkan untuk menetralkan mangan ,

dengan mencegah penyerapan nya . Hasil asam sitrat juga ditingkatkan dengan merumuskan medium

dengan tingkat minimum dari besi. Hal ini akan mengurangi metabolisme dan seterusnya sitrat karena ,

seperti yang disebutkan

sebelumnya , akonitase memiliki persyaratan untuk besi . Selain itu, penambahan tembaga lebih lanjut

mengurangi aktivitas akonitase , karena bertindak sebagai antagonis besi , serta mangan . Dalam rangka

mempertahankan hasil asam sitrat yang baik , konsentrasi gula media harus setidaknya 140 g / L , yang

mempromosikan aktivitas kedua enzim glikolitik dan piruvat karboksilase . Hal ini juga penting untuk

membatasi

pertumbuhan melalui pembatasan nitrogen . Hal ini biasanya dilakukan dengan memberikan garam

amonium pada tingkat 0,1-0,4 g / L. Ion-ion amonium juga merangsang produksi asam sitrat dengan

menangkal efek penghambatan sitrat pada fosfofruktokinase , enzim kunci glikolisis . Fermentasi ini

sangat aerasi dan dijaga pada 30 ° C. Untuk tahap pertumbuhan awal , pH

dimulai pada 5-7 , tapi asam kemudian harus disimpan di bawah 2 , jika tidak oksalat dan glukonat

menumpuk dengan mengorbankan asam sitrat , pH rendah yaitu menghambat oksidase glukosa .

Keseluruhan hasil dari 0,7-0,9 g sitrat per gram glukosa dapat dicapai

dalam fermentasi ini terendam dengan produktivitas hingga 18,0 kg / m per hari . Volume yang lebih

kecil dari asam sitrat juga diproduksi menggunakan ragi seperti Candida guilliermondii dan Yarrowia

(sebelumnya Candida ) lipolytica . Ragi ini bebas dari masalah dengan ion logam , dan memberikan lebih

pendek dan

fermentasi lebih produktif daripada yang saat ini tersedia dengan A. niger .

Asam Sitrat RECOVERY

Pemulihan asam sitrat dimulai dengan penghapusan miselium jamur dari medium kultur . Selanjutnya

polishing filtrasi mungkin diperlukan untuk menghilangkan miselia sisa dan endapan oksalat . Solusi

diklarifikasi yang dihasilkan dipanaskan dan kapur ( CaO ) ditambahkan untuk membentuk endapan

kalsium sitrat . Ini dipisahkan dengan filtrasi dan diobati dengan asam sulfat untuk menghasilkan sitrat

asam dan endapan kalsium sulfat ( gipsum ) . Setelah filtrasi , larutan asam sitrat yang encer decolorized

dengan karbon aktif dan diuapkan untuk menghasilkan kristal asam sitrat . Kristal ini ditemukan oleh

sentrifugasi , kemudian dikeringkan dan dikemas . Metode pemulihan alternatif sedang dievaluasi dalam

rangka untuk menghindari penggunaan kapur dan asam sulfat termasuk pelarut

ekstraksi , ekstraksi ion -pair dan elektrodialisis .

asam glukonat

Kalsium glukonat dan glukonat besi yang widelyused sebagai agen terapi untuk mengobati pasien

dengan kalsium dan kekurangan zat besi . Asam bebas juga digunakan sebagai rasa asam ringan dalam

industri penyamakan . Lebih dari 50 000 ton

asam glukonat yang diproduksi setiap tahun dengan menggunakan A. niger tumbuh di fermentasi

terendam pada glukosa dan jagung minuman keras curam , di bawah kedua fosfat dan keterbatasan

nitrogen . Ini sangat fermentasi aerobik dilakukan

pada pH 6-7 dan 30 ° C. Mereka bertahan selama 20 jam dan mencapai hasil lebih dari 90 % .

Itaconic asam asam dikarboksilat ini digunakan dalam pembuatan perekat ,

produk kertas dan tekstil . Hal ini juga dimasukkan ke dalam plastik sebagai kopolimer dengan asam

akrilat , metil akrilat dan stirena (Gambar 10.11 ) . Itaconic asam diproduksi secara komersial oleh

budaya terendam Aspergillus

terreus atau A. itaconicus , sering menggunakan tetes tebu dan jagung minuman keras curam , dengan

hasil produk hingga 65 % . Fermentasi 3 hari harus sangat aerasi dan dioperasikan pada suhu yang relatif

tinggi 35-42 ° C. Itaconic asam terbentuk dalam cabang dari siklus TCA melalui dekarboksilasi cis -

aconitate (Gambar 10.12 ) , yang biasanya diikuti dengan oksidasi terhadap asam itatartaric .

Onward metabolisme asam itaconic harus dicegah dalam fermentasi komersial , jika yield berkurang .

Hal ini dicapai dengan merumuskan medium dengan tingkat tinggi ion kalsium , sehingga menghambat

itakonat

oksidase asam , yang mengkatalisis oksidasi asam itaconic asam itatartaric .

Asam laktat Asam laktat terutama digunakan dalam industri makanan , di mana 30000 ton yang

dimasukkan ke dalam makanan setiap tahun untuk bertindak sebagai pengawet , memberi rasa asam ,

atau dalam penyusunan pendingin adonan . Garamnya juga digunakan dalam industri lain , misalnya ,

laktat antimon digunakan sebagai mordan

dalam mewarnai dan natrium laktat memiliki aplikasi sebagai plasticizer dan inhibitor korosi . Asam

laktat diproduksi di 20000 - 100000L fermentasi anaerob

menggunakan Lactobacillus delbruckii atau homolactic Gambar lainnya . 10.11 Itaconic asam .

CH2C COOH CH2 COOH

bakteri L. bulgaricus seperti . Media biasanya mengandung sumber nitrogen yang kompleks dan

suplemen vitamin , bersama dengan sampai 12 % ( b / v ) sukrosa atau glukosa sebagai sumber karbon

dan energi . Atau , mungkin laktosa

digunakan , dalam bentuk whey permeat . Karbohidrat ini dimetabolisme menjadi piruvat melalui jalur

EMP , yang kemudian diubah menjadi l ( + ) laktat oleh l - laktat dehidrogenase ( lihat Bab 3 ) .

Fermentasi asam laktat

dioperasikan pada 45-60 ° C dengan pH 5-6 . Mereka bertahan selama 4-6 hari dan dapat mencapai hasil

lebih dari 90 % berdasarkan gula yang disediakan .

polyhydroxyalkanoates

Polyhydroxyalkanoates (Odha ) memiliki potensi yang cukup besar sebagai alternatif biodegradable

untuk petroleumderived plastik . Odha adalah poliester termoplastik homochiral linear diproduksi

sebagai cadangan energi intraseluler

oleh berbagai mikroorganisme . Biopolimer ini terakumulasi tubuh 0,2-0,7 mm diameter granular inklusi

sebagai berbeda dalam menanggapi keterbatasan nutrisi , terutama di pseudomonas . Yang paling

banyak ditemui

Odha adalah poli b - hidroksibutirat ( PHB ) dan asam poli laktat ( polyhydroxypropionate ) , terbentuk

dari monomer asam hidroksibutirat dan asam laktat , masing-masing. Odha diproduksi oleh jalur

metabolisme yang berbeda

yang terbagi menjadi dua tahap . Pertama adalah biosintesis monomer CoA hydroxyacyl , diikuti oleh

mereka head-to - ekor polimerisasi untuk membentuk rantai polimer , yang dapat melebihi 10 000 unit

panjang . Yang paling sepenuhnya ditandai jalur adalah bahwa untuk PHB biosintesis di Ralstonia

eutropha (sebelumnya Alcaligenes eutrophus ) . Hal ini melibatkan tiga enzim : thiolase mengkatalisis

kondensasi Claisen dari dua molekul asetil KoA untuk membentuk asetoasetil KoA , yang dikurangi

menjadi kiral menengah R - 3 - hydroxybutyryl CoA reduktase oleh seorang . Polimerisasi selanjutnya

dilakukan oleh sintase PHA ( polymerase ) . PHBS adalah yang paling berguna dari mikroba yang berasal

plastik . Ini polimer biokompatibel adalah sumber daya terbarukan yang dapat benar-benar dan cukup

cepat biodegradasi menjadi karbon dioksida dan air , sehingga

memberikan keuntungan tertentu atas konvensional berbasis minyak bumi

plastik . Ketika kopolimerisasi dengan polyhydroxyvalerate , sebagai PHBV ,

produk tersebut memiliki waktu degradasi lebih cepat dari polimer - homo .

PHBV diproduksi oleh Monsanto dengan nama dagang Biopol . Dalam banyak hal , PHB menyerupai

polypropylene , keduanya memiliki massa yang sama molekul , titik leleh , kristalinitas dan kekuatan

tarik , tapi PHB memiliki dampak

kekuatan polypropylene . Hambatan utama untuk digunakan secara luas adalah biaya yang lebih tinggi

dan fakta bahwa mereka mungkin menjadi rapuh dengan waktu . Saat ini , PHBS digunakan dalam

aplikasi biomedis dan kemasan , terutama untuk jahitan yang perlahan-lahan terdegradasi oleh enzim

tubuh , penyimpanan bahan makanan dan botol sampo . Derivatif asam polylactic juga telah digunakan

dalam

obat-obatan , sebagai template untuk pertumbuhan jaringan dan dalam plastik untuk penggantian

sendi .

R. eutropha digunakan untuk produksi komersial PHBS sebagai polimer dapat merupakan hingga 90 %

dari berat kering sel . Untuk mendapatkan hasil produk yang maksimal sehubungan dengan sumber

karbon , fermentasi industri memiliki fase pertumbuhan sebelum tahap pembentukan produk . Yang

terakhir ini beroperasi di bawah konsentrasi oksigen rendah dan terbatas dengan nitrogen , fosfat ,

magnesium sulfat atau . Saat ini , PHB perintah harga yang relatif tinggi sebesar US $ 15-30/kg .

Akibatnya , sarana produksi yang lebih murah

sedang dicari . Odha sekarang dapat disintesis oleh rekombinan

mikroorganisme , misalnya E. coli , yang mengandung gen yang mengkode enzim yang diperlukan untuk

biosintesis PHA . Rekombinan mikroba tersebut dapat menjadi

sumber ekonomi menarik PHA . Atau , transformasi tanaman yang lebih tinggi dengan gen ini bisa

menyediakan sarana yang lebih murah dari produksi PHA dalam jangka panjang . Kemungkinan host

transgenik meliputi Arabidopsis

thaliana ( thale cress ) , Brassica napus ( canola / perkosaan minyak biji ) atau Zea mays

( jagung ) .

alkohol polihidrat

Ragi menghasilkan beberapa alkohol polihidrat , termasuk gliserol , arabitol , erythritol , mannitol dan

xylitol . Xylitol adalah menjadi semakin digunakan sebagai pemanis rendah kalori dan sangat berguna

untuk pemanis produk makanan bagi penderita diabetes . Hal ini dapat dihasilkan oleh ragi fermentasi

pentosa , spesies Candida , Pachysolen tannophilus dan Pichia stipitis ( lihat hal . 147 , Industrial

produksi etanol ) . Gliserol memiliki banyak medis, makanan dan industri

aplikasi sebagai plasticizer , pelarut dan pemanis . Mungkin yang paling penting secara komersial adalah

perannya sebagai bahan baku untuk bahan peledak manufaktur . Produksi gliserol Mikroba pertama kali

dicatat oleh Louis Pasteur ,yang menemukan bahwa dalam anggur dan bir fermentasi , ragi membentuk

sekitar 2,5 g per 100 g gula difermentasi . Jadi , gliserol biasanya hanya produk fermentasi kecil dari

setiap ragi fermentasi alkohol .

Pada awal abad ke-20 , Neuburg menemukan bahwa akumulasi gliserol dapat ditingkatkan dengan

memperbaiki asetaldehida yang terbentuk selama proses fermentasi dengan menambahkan bisulfit . Hal

ini menekan pengurangan asetaldehida menjadi etanol oleh alkohol dehidrogenase , yang merupakan

langkah terakhir dalam jalur fermentasi alkohol ragi dan biasanya berfungsi untuk reoxidize NADH .

Akibatnya , ragi yang ' dipaksa ' untuk menumbuhkan NAD melalui rute alternatif , jika jalur EMP

berhenti . Rute alternatif untuk NADH oksidasi adalah melalui pengurangan dihidroksiaseton fosfat

( DAP ) , produk awal dari jalur EMP . DAP direduksi menjadi gliserol 3 - fosfat dan kemudian ke gliserol .

Akibatnya , sebuah ' mengarahkan ' proses fermentasi industri dikembangkan , dimana 4 % ( b / v )

sodium bisulfit yang dimasukkan ke dalam medium fermentasi terdiri dari 10 % ( b / v ) sukrosa , 0,5 %

( b / v ) amonium nitrat dan 0,075 % ( b / v ) kalium fosfat . Media diinokulasi dengan 1 % ( v / v ) S.

cerevisiae dan dipertahankan pada 30 ° C selama 48-60 jam untuk memberikan hasil 20-25 % ( v / v )

gliserol . Metode fermentasi ini digunakan secara ekstensif sampai dengan pertengahan 1940-an ,

namun saat ini sintesis kimia biasanya disukai .

Mikroba exopolysaccharides Berbagai macam mikroorganisme menghasilkan exopolysaccharides dalam

bentuk kapsul diskrit atau sebagai larut slimes terletak di luar sel . Ini adalah baik homopolimer atau

heteropolymers dan memiliki beberapa fungsi . Mereka dapat melindungi mikroorganisme terhadap

kekeringan , membantu dalam penghindaran dari sistem kekebalan tubuh untuk patogen hewan ,

bertindak sebagai penghalang terhadap virus dan kimia agen , bantuan lampiran ke permukaan , dan

menyediakan cadangan karbon dan energi . Potensi komersial perkiraan mereka sekarang sedang

direalisasikan. Mikroba exopolysaccharides mulai menggantikan tinggi tradisional tanaman dan alga

polisakarida ( pati , alginat , karagenan , gum arabic , belalang permen kacang , permen guar , dll )

sebagai pengental dan stabilisator dalam berbagai aplikasi makanan dan non - makanan . Hal ini

disebabkan mereka meningkat ketersediaan , bervariasi dan novel properti , kemudahan produksi

dan efektivitas biaya . Kisaran dinding sel dan exopolysaccharidesmeliputi berikut ini .

Alginat , yang merupakan heteropolymers linear asam lguluronic dan d - manuronat asam , beberapa

unit i yang mengandung gugus O - asetil . Polimer ini terbentuk oleh spesies Pseudomonas dan

Azotobacter vinlandii .

Mereka dapat digunakan sebagai ukuran agen di industri kertas dan tekstil , atau sebagai stabilisator

pangan . Selulosa, b - 1 , 4 glukan , dibentuk sebagai pellicle dengan strain dari bakteri asam asetat

Acetobacter xylinum . Bahan ini dapat diproduksi dalam permukaan atau budaya terendam dan memiliki

beberapa kegunaan potensial. Ini termasuk aplikasi sebagai bahan makanan , kulit buatan sebagai

sementara setelah operasi atau luka bakar pada kulit , dan membran akustik . 3 Kitin , polimer residu N -

asetilglukosamin , dan derivatif deacylated nya , chitosan , merupakan komponen dinding sel jamur .

Persiapan Komersial ini polimer saat ini dari limbah kerang , tapi di masa depan mereka mungkin lebih

mudah dimurnikan dari dinding sel jamur . Polimer ini dapat dibuat menjadi serat untuk membuat

perban luka dan juga memiliki kegunaan sebagai agen chelating , mengklarifikasi agen dan pengawet

makanan . 4 Curdlan , b - 1 , 3 glukan dari spesies Alcaligenes dan Agrobacterium . Polisakarida ini

mampu membentuk gel ireversibel sulit ketika dipanaskan dalam suspensi berair pada rentang pH 2,0-

9,5 macam . Curdlan diproduksi di Jepang di mana ia digunakan dalam berbagai olahan makanan .

Namun, saat ini tidak diterima sebagai bahan makanan baik Amerika Serikat atau Uni Eropa . Dekstran

adalah glukan pendek bercabang yang mengandung a1 , 6 glikosidik dan - 1 , 3 poin cabang . mereka

diproduksi oleh beberapa mikroorganisme , termasuk Leuconostoc mesenteroides , dan digunakan

sebagai suplemen plasma darah dan adsorban .

Gum Gellan ( E418 ) adalah heteropolymer mengandung glukosa , rhamnosa dan asam glukuronat dalam

rasio 2 : 1 : 1 , yang diproduksi oleh Sphingomonas paucimobilis (sebelumnya Pseudomonas elodea )

dalam fermentasi aerobik . ini polisakarida mampu membentuk gel yang menunjukkan sifat yang

berbeda tergantung pada apakah itu dalam bentuk tersubstitusi atau tidak tersubstitusi . Bentuk-bentuk

polisakarida asli gel elastis , sedangkan yang deacylated oleh alkali pengobatan menghasilkan gel rapuh

dan memiliki aplikasi yang terpisah . Gellan banyak digunakan sebagai pengganti polimer alga agar dan

carrageenan , terutama dalam aplikasi makanan . Glycans dan phosphomannans keduanya komponen

dinding sel ragi . Glycans dari S. cerevisiae memiliki beberapa kegunaan dalam makanan, farmasi dan

kosmetik . Aplikasi makanan tertentu termasuk peran sebagai pengental , replacers lemak dan suplemen

pakan ternak . Glycan ragi juga dapat digunakan dalam kosmetik perbaikan kulit , perawatan penurunan

kolesterol , penyembuhan luka , adjuvant vaksin , dan sebagai imunostimulan pada hewan dan

kesehatan manusia . Phosphomannans adalah gusi larut dalam air yang dapat diperoleh dari Hansenula

dan Pichia . Mereka menunjukkan beberapa sifat menarik dan tahan terhadap serangan mikroba .

Pullulan , linear a - 1 , 4 glukan dengan - 1 , 6 hubungan setiap unit glukosa ketiga atau keempat ,

diproduksi oleh ragi - seperti jamur Aurobasidium pullulans . ini materi memiliki sifat pembentuk film

dan perekat yang digunakan dalam produksi film -wrap untuk makanan . 9 scleroglucan adalah b - 1 , 3

glukan , dengan sesekali poin b - 1 , 6 cabang , yang dihasilkan oleh jamur seperti Sclerotium

glucanicum . Ini menunjukkan pseudoplasticity dan digunakan dalam cat , tinta dan lumpur pengeboran .

Beberapa polisakarida pembentuk gel lainnya , menunjukkan karakteristik baru , telah diisolasi dari

berbagai mikroorganisme . Mereka termasuk polisakarida yang gel dalam hubungan dengan monovalen

atau divalen kation , seperti Enterobacter XM6 gel , beijeran dari Azotobacter beijerinckia , polimer dari

mutan Rhizobium meliloti dan heteropolymer S - 53 dari Klebsiella pneumoniae . Modifikasi polisakarida

mikroba , untuk mengubah fungsi mereka , mungkin lebih meningkatkan jangkauan mereka aplikasi . Hal

ini dapat dicapai dengan perlakuan kimia dan enzim polisakarida , atau melalui rekayasa genetik dari

organisme produser .

xanthan

Sejauh contoh yang paling sukses secara komersial dari eksopolisakarida mikroba adalah gum xanthan ,

yang diproduksi oleh spesies Xanthomonas , misalnya X. campestris , X. carotae , X. malvacearum dan X.

phaseoli . Bakteri ini kecil , motil , aerobik batang Gram - negatif yang menghasilkan pigmen kuning .

Banyak bakteri patogen , termasuk X. campestris , spesies yang digunakan untuk produksi komersial

xanthan , yang menyebabkan penyakit kembang kol , kubis dan rutabagas . Banyak karya asli pada

xanthan dilakukan di US Department of Agriculture Utara Regional Research Laboratory di akhir 1950-an

dan produksi komersial dimulai pada tahun 1961 oleh Kelco . Persetujuan untuk penggunaan makanan

diberikan oleh FDA pada tahun 1969 dan polisakarida sekarang memiliki Status GRAS . Di Uni Eropa ,

xanthan diklasifikasikan sebagai pengental E415 . Xanthan adalah berat molekul heliks heteropolymer

tinggi 1,0-2,0 ¥ 10 6 Da , terdiri dari dglucose ,d - mannose , d - glukuronat asam ( dalam rasio molar 2 : 2

: 1 , masing-masing) . d - glukosa unit b - 1 , 4linked dan membentuk tulang punggung dari molekul ,

yang mirip dengan selulosa . Cabang-cabang polimer secara teratur sebagai unit glukosa alternatif dari

tulang punggung yang terkait dengan rantai samping trisaccharide , yang terdiri dari ad- mannose , bd -

glukuronat asam dan ad - mannose di terminal lain posisi (Gambar 10.13 ) . Namun, mungkin ada variasi

dalam substituen rantai samping ini , yang dapat mempengaruhi berbagai properti dari polimer .

Piruvat dapat hadir pada unit mannose terminal dan internal mannose mungkin O - asetat . Xanthans

komersial memiliki derajat substitusi dari 30-40 % untuk piruvat dan 60-70 % untuk asetat . Perbedaan

tergantung pada strain X. campestris digunakan untuk komposisi media pertumbuhan productionand .

Gusi dengan rantai samping disingkat , dibentuk oleh mutan dari X. campestris , pameran sifat fisik

sangat berbeda dari yang diproduksi oleh wild type bakteri . Beragam aplikasi industri didasarkan pada

kemampuan xanthan larut dalam air panas atau dingin dan menghasilkan viskositas tinggi , bahkan pada

konsentrasi serendah 0,05 % ( b / v ) . Solusi xanthan memiliki viskositas yang lebih tinggi

dari gusi lain pada konsentrasi yang sama . Pada konsentrasi polimer dari 1 % ( b / v ) dalam 1 % ( b / v )

larutan kalium klorida , nilai viskositas untuk xanthan , guar gum , karboksimetil selulosa dan alginat

adalah 11300 , 4000 , 410 dan 210 MPa s , masing-masing . Karakteristik kunci tambahan termasuk:

penembusan solusi xanthan , kompatibilitas dengan asam, basa dan garam ;

stabilitas pada suhu kamar , dan pseudoplastik rheologi perilaku , yaitu solusi xanthan kembali viskositas

setelah pencukuran . Xanthan juga berinteraksi secara sinergis dengan polimer lain . Sebagai contoh, ia

dapat membentuk gel termoreversibel dalam kombinasi dengan galactomannans atau glucomannans ,

sedangkan komponen tidak akan gel saja . Sekitar 60 % dari xanthan yang dihasilkan digunakan dalam

aplikasi non - makanan . Ini termasuk penggunaan sebagai stabilisator untuk emulsi cat , pembawa

pupuk dan herbisida , pengental untuk pewarna tekstil , pelumas pengeboran dan untuk pemulihan

tersier dalam industri minyak , dan di lapisan tanah liat untuk kertas berkualitas tinggi . Xanthan juga

membantu aliran pasta , misalnya memfasilitasi aliran pasta gigi dari kontainer , tetapi pulih viskositas

setelah penghapusan gaya geser .

Aplikasi makanan melibatkan peran sebagai pengental , perekat , pengikat dalam film dan coating , agen

pengemulsi dan penstabil ( Tabel 10.5 ) . Xanthan juga dapat membantu pelepasan rasa cepat dan

menyediakan baik ' dimulut ' karakteristik . Saat ini , xanthan memiliki hampir seperempat dari pasar

Amerika untuk pengental makanan . Namun, meluasnya penggunaan xanthan agak terbatas karena

biaya yang relatif tinggi sebesar US $ 20-25/kg , bila dibandingkan dengan pati atau polimer sintetis .

Namun demikian , harganya mirip dengan gusi lainnya dengan fungsionalitas yang sebanding .

XANTHAN PRODUKSI

Sekitar 20 000 ton xanthan yang diproduksi setiap tahun . Produksi dipengaruhi oleh beberapa faktor ,

seperti jenis reaktor yang digunakan , modus operasi , komposisi media dan kondisi operasional .

oksigen supply , biasanya 1 volume udara per volume reaktor per menit ( vvm ) , sangat penting , tapi

pemeliharaannya tidak langsung. Sebagai xanthan disintesis selama fermentasi , viskositas meningkat

menengah , yang menghambat pencampuran dan menyebabkan kecepatan transfer oksigen berkurang .

Akibatnya , desain fermentor , kecepatan pengadukan dan laju aliran udara adalah kunci faktor . Sistem

fermentasi fed -batch yang banyak digunakan , tetapi xanthan juga dapat diproduksi dalam proses yang

terus menerus , sering di bawah pembatasan nitrogen dengan tingkat pengenceran 0,025-0,05 / jam .

Hal ini menawarkan keuntungan dari hasil yang tinggi dan biaya operasi yang lebih rendah .

Standardisasi kondisi fisiologis juga menghasilkan produk yang lebih seragam . Namun, operasi terus-

menerus dapat menderita dari aerasi dan kontaminasi mikroba masalah . X. campestris dapat

memanfaatkan beberapa sumber karbon , termasuk pati , hidrolisat pati , sirup jagung , sirup gula ,

glukosa dan sukrosa . Substrat dapat diterima dan lebih murah lainnya adalah whey , hidrolisat sereal

gandum dan tepung jagung giling kering . Karakteristik xanthan yang dihasilkan , terutama berat molekul

dan sifat reologi , dipengaruhi oleh komposisi substrat yang digunakan . Awalnya, bakteri yang tumbuh

dalam medium propagasi kaya untuk membangun inokulum dalam fermentor pilotscale .

Budaya ini kemudian digunakan untuk menyuntik fermentor skala industri mekanis gelisah kapasitas 50-

200 m . Media produksi normal mengandung :

1 sumber karbon , umumnya d - glukosa , sukrosa , pati atau dihidrolisis pati pada 30-40 g / L ;

2 sumber nitrogen : kasein atau hidrolisat kedelai , garam amonium , pepton , jagung minuman keras

curam , ragi extractor urea .

Hasil panen produk terbaik tercapai dengan karbon : nitrogen rasio sekitar 10 : 1 , 3 MgCl dan garam

jejak lainnya; and4 K22HPO sebagai penyangga .

Dalam modus makan - batch, fermentasi biasanya dipertahankan pada 28-30 ° C dan pH 7,0 , jika pH

tersebut dibiarkan jatuh penurunan produksi karet dengan cepat . Bakteri mulai memproduksi xanthan

selama fase eksponensial dengan harga dalam kaitannya dengan tingkat pertumbuhan dan produksi

berlanjut ke fase diam . fermentasi ini biasanya diselesaikan dalam waktu 3 hari . Sebuah konsentrasi

akhir 25 g / L adalah minimum biasanya diperlukan untuk proses untuk menjadi layak secara ekonomi ,

tetapi kebanyakan fermentasi industri mencapai hingga 50 g / L. Pada akhir fermentasi , kaldu

dipanaskan sampai 100-110 ° C selama 10 menit untuk membunuh bakteri dan meningkatkan sifat

reologi xanthan tersebut . Hal ini diikuti oleh serangkaian langkah pemurnian yang didefinisikan oleh

penggunaan akhir dari polimer (Gambar 10.14 ) . Untuk beberapa aplikasi perlu untuk mengangkat sel-

sel dengan filtrasi atau sentrifugasi . Xanthan tersebut kemudian diendapkan dengan metanol , atau

isopropanol ( terutama ketika mempersiapkan produk food grade ) , dan kemudian dipisahkan dengan

sentrifugasi .

Lebih dari 50 % dari biaya produksi yang dikeluarkan oleh langkah-langkah pengolahan hilir dan itu

sangat penting bahwa pelarut pulih . Produk ini dikeringkan , drum atau semprot-kering , digiling ,

disaring dan akhirnya dikemas sebagai bubuk butiran terdispersi .

Bioemulsans

Bioemulsans adalah protein amphipathic dan polisakarida yang memiliki kedua sifat hidrofilik dan

hidrofobik dalam molekul yang sama . Senyawa-senyawa tersebut mampu menstabilkan minyak dalam

air emulsi . mereka adalah exopolymers dihasilkan oleh berbagai mikroorganisme , menjelang akhir fase

pertumbuhan mereka . Namun, peran mereka dalam vivo belum sepenuhnya dijelaskan . Contohnya

termasuk RAG - 1 emulsan diproduksi oleh oildegrading yang bakteri Acinetobacter calcoaceticus.This

bioemulsan , tidak seperti kebanyakan orang lain , mengandung asam lemak rantai panjang hidrofobik

kovalen terkait dengan anionik heteropolisakarida .

Bioemulsans memiliki aplikasi potensial di banyak industri , termasuk pembuatan makanan , cat , tekstil ,

kosmetik dan farmasi . Sebuah bioemulsan polisakarida dari Candida utilis , ragi food grade , memiliki

janji yang jelas untuk peran dalam pembuatan makanan. Polimer ini memiliki beberapa keunggulan

dibandingkan berat pengemulsi sintetis molekul rendah saat ini digunakan dalam industri , karena

mereka membentuk emulsi yang sangat stabil dan biodegradable , tetapi relatif mahal . Namun

demikian , diperkirakan bahwa mereka akan menjadi semakin digunakan sebagai proses perbaikan dan

ketegangan menyebabkan hasil yang lebih besar yang jauh harus menurunkan biaya produksi mereka .