Acetone-butanol-ethanol fermentation/quá trình lên men axeton-butanol-etanol

Trong quá trình lên men axeton-butanol, axeton và butanol được sản xuất từ ​​glucose bằng cách sử dụng các chủng vi khuẩn Clostridium , là những vi khuẩn kỵ khí tuyệt đối. Hơn nữa, etanol cũng được tạo ra và do đó quá trình này cũng thường được gọi là lên men ABE . Có hai con đường trao đổi chất riêng biệt, một con đường tạo ra butanol từ tinh bột, con đường còn lại tạo ra butanol từ sucrose. Sản phẩm thu được gồm 3 phần axeton, 6 phần butanol và 1 phần etanol.

Quá trình lên men ABE là một trong những phương pháp lên men công nghiệp lâu đời nhất được biết đến, với lịch sử hơn 100 năm. Trong nửa đầu thế kỷ 20, nó chỉ đứng thứ hai sau quá trình lên men ethanol. Năm 1861, Pasteur lần đầu tiên báo cáo về việc sản xuất butanol thông qua quá trình lên men vi sinh. Tiếp theo đó, vào năm 1905, Schardinger báo cáo về việc sản xuất acetone bằng phương pháp lên men. Từ năm 1912 đến năm 1914, Chaim Weizmann đã phân lập được các chủng Clostridium acetobutylicum có khả năng lên men chất nền tinh bột. Quá trình lên men ABE đã được sử dụng để sản xuất acetone trong Thế chiến I để chế tạo thuốc nổ cordite và trong sản xuất cao su tổng hợp. Trong Thế chiến II, butanol được sản xuất làm nhiên liệu cho máy bay chiến đấu. Quá trình này đã biến mất trong nửa sau của cuộc chiến do sự phát triển của ngành công nghiệp hóa dầu.

Sau một thời gian ngắn được quan tâm trở lại vào những năm 1970 và đầu những năm 1980, sự quan tâm đến butanol như một nhiên liệu sinh học đã giảm xuống trong thời kỳ dầu mỏ giá rẻ. Hiện nay, sự quan tâm này đã hồi sinh, vì nó có thể được sử dụng như một chất thay thế xăng trực tiếp trong các động cơ đốt trong không cần sửa đổi. Khi được tiêu thụ trong động cơ đốt trong, butanol không tạo ra SOX, NOX hoặc carbon monoxide, tất cả đều là các sản phẩm phụ gây hại cho môi trường của quá trình đốt cháy. CO2 là sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy butanol, và được coi là "xanh" về mặt môi trường. Butanol ít ăn mòn hơn nhiều so với ethanol và có thể được vận chuyển và phân phối thông qua các đường ống và trạm xăng hiện có. Nó không có các vấn đề an toàn liên quan đến cơ sở hạ tầng của "nền kinh tế hydro". Butanol được cải tiến có nhiều hơn bốn nguyên tử hydro so với ethanol, dẫn đến sản lượng năng lượng cao hơn. Nó có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu. Butanol là một mặt hàng công nghiệp, với thị trường 370 triệu gallon mỗi năm và giá bán là 3,75 đô la mỗi gallon.

• Mật mía và tinh bột (ví dụ như từ ngô, lúa mì, lúa mạch đen, khoai tây...) - tất cả đều khá đắt tiền.
• Củ atiso Jerusalem là một loại cây trồng nông nghiệp có tiềm năng đáng kể như một chất nền carbohydrate cho quá trình lên men ABE. Fructan oligomeric mạch ngắn là dạng carbohydrate chính có trong củ. Chúng phải được thủy phân bằng axit hoặc inulase trước khi lên men.
• Nước whey phô mai là một chất nền thay thế tốt cho quá trình lên men ABE vì hàm lượng lactose và tính sẵn có của nó. Nước whey phô mai chứa lượng đường tương đối thấp (4-5% lactose) nên không phù hợp với hầu hết các quá trình lên men nếu không được cô đặc trước. Nhưng nó lại phù hợp với quá trình lên men ABE vì lượng đường mà vi khuẩn Clostridia tiêu thụ bị hạn chế do độc tính của sản phẩm.
• Bã táo là một loại chất thải rắn trong nông nghiệp và chứa khoảng 10% (theo trọng lượng) carbohydrate (67% fructose, 23% glucose và 10% sucrose).
• Sinh khối tảo cũng được coi là một chất nền lên men phù hợp nhờ những ưu điểm về khả năng sử dụng và chuyển đổi sinh học.
• Rơm là một ví dụ điển hình của thực vật chứa lignocellulose và là một trong những nguồn tài nguyên tái tạo dồi dào nhất trên toàn thế giới. Các thành phần như cellulose và hemicellulose có thể được phân hủy và sử dụng. Quá trình phân hủy sơ bộ có thể được thực hiện thông qua "nổ hơi nước", thủy phân axit (ví dụ: xử lý sơ bộ bằng axit sulfuric) và thủy phân enzyme (xử lý sơ bộ hoặc lên men đồng thời với cellulase).

• Wikipedia: Quá trình lên men axeton-butanol-etanol
• Wikipedia: Clostridium acetobutylicum
• bài viết: "Quá trình lên men axeton-butanol ở quy mô thí điểm và tiền công nghiệp" , bản sao nội bộ ở đây: [1]
• bài viết: "Kinh tế của quá trình lên men axeton-butanol: Những cân nhắc về lý thuyết và thị trường" , bản sao nội bộ ở đây: [2]