Náttúrufræðingurinn - 2013, Qupperneq 84

Náttúrufræðingurinn
84
árinu 1983 þegar Thermoanaerobacter
ethanolicus og Clostridium thermo-
cell um voru ræktaðar á hýdrólýsati
úr birkivið.29 Hæstu gildin fengust
með stökkbrigði af T. ethanolicus,
eða 4,5 mM g-1 xýlósa sykruein-
ing ar (xylose equivalent).
Hreinn sellulósi hefur verið not-
að ur í nokkrum rannsóknum. Þrír
stofnar af Clostridium thermocellum
framleiddu 1,40 til 2,60 mM EtOH
g avicel-1 30 en mun hærri gildi (5,0
mM g-1 og 5,5 mM g-1) fengust síðar
á þessu hráefni.31,32 Hæstu etanól
gildin sem hafa fengist á filter
papp ír eru 8,2 mM g-1 hvarfefni hjá
C. thermocellum.33,34
Síðari tíma rannsóknir á raun veru-
legum flóknum lífmassa hafa sýnt
góða etanólframleiðslu í nokkr um
tilfellum. Hálmur úr hveiti var t.d.
notaður hjá Thermo anaerobacterium
saccharolyticum en formeðhöndlun
beindist að því að nota hemisellu-
lósa hluta hálmsins.35 Hámarks-
gildi etanóls sem fékkst var 6,3 mM
g xylan-1. Thermo anerobacter math-
ranii var einangraður úr Grensdal
við Hveragerði árið 1993 og etanól-
framleiðslugeta hans á hveiti-
hálmi var rannsökuð.6,36,37 Frekar
lág nýting fékkst en megin ástæðan
var óvenjuhár styrkur hýdrólýsata
eða um 60 g L-1. Hæstu gildi
etanóls úr flóknum lífmassa eru frá
rannsóknum á Thermo anaero bacter
BG1L1, sem á einnig uppruna frá
Íslandi.11,38 Lífmassinn sem var
notaður voru stilkar korns og hveiti-
hálmur og formeðhöndlun fólst í
sýrumeðhöndlun eða s.k. blaut-
oxun (e. wet oxidation). Bakterían
fram leiddi 9,2 mM g-1 úr hýdró -
lýsat inu. Rannsóknir á Thermoanaero-
bacterium AK17, einangruðum úr
Víti við Kröflu sýndi einnig mjög
góða etanólframleiðslu.39 Marg vís-
legur lífmassi var notaður (filter
pappír, dagblaðapappír, gras, hampur,
hálm ur). Einfaldar lokaðar (batch)
ræktir á hýdrólýsötum (7,5 g L-1)
sem voru formeðhöndlaðar með
annað hvort vægri sýru eða basa
leiddu í ljós etanól framleiðslu upp
á 2,0 (dagblaðapappír), 2,91 (gras)
og 5,81 (filterpappír) mM/g líf-
massa. Rannsóknir hafa síðar leitt í
ljós að hægt var að auka enn frekar
framleiðsluna, með því að stjórna
margvíslegum umhverfisþáttum, í
4,0 (gras) og 8,6 mM g-1 (filter-
pappír)13. Eitt meginvandamál við
að nota flókinn lífmassa er að við
formeðhöndlun á slíku hráefni er
oftast notaður hár hiti sem leiðir til
myndunar á hindrandi efnum úr
hráefninu. Vel þekkt er að við hitun-
ina myndist efni eins og furfural
og hydoxymethylfurfural sem geta
hindrað vöxt örvera nái þau yfir
ákveðin styrk.40 Þessu þarf að huga
vel að við formeðhöndlun lífmass-
ans og í sumum tilfellum eru þessi
efni fjarlægð eftir formeðhöndlun
áður en gerjun á sér stað og þá oft
með kostnaðarsömum aðferðum.
Umræður
Hitakærar bakteríur hafa marga
eigin leika sem eru mjög áhuga-
verðir hvað varðar framleiðslu á
etanóli, sérstaklega úr flóknum líf-
massa sem er samsettur úr mörgum
gerð um af sykrum og sykruaf-
leiðum. Enn þann dag í dag eru
þó gersveppir langmest notaðir til
framleiðslu á lífetanóli og þá úr
hráefni sem er mun einsleitara en
flókinn lífmassi eins og t.d. sterkju-
(korn) og sykurríkar (sykurreyr)
plöntur. Flókinn lífmassi er hins
vegar mun augljósari kostur hvað
varðar etanólframleiðslu í fram tíð-
inni, sérstaklega vegna samkeppni
einfaldari hráefnis við fóður og
matvælaframleiðslu.2 Vandamálið
við nýtingu á slíku hráefni til
etanól framleiðslu hefur hingað til
verið sá aukni kostnaður sem felst
í að nota bæði efni og ensím til
formeð höndl unar sem og vöntun á
öflugum örverum sem geta brotið
niður allar þær sykrur sem eru í
slíkum líf massa. Fæstar hitakærar
bakteríur eru með nýtingu yfir
1,5 mól etanól/mól hexósu og oft
fást slíkar heimtur eingöngu við
mjög lágan styrk hvarfefnis. Annar
galli er að hitakærar bakteríur þola
illa aukinn styrk etanóls. Vöxtur
náttúrulegra stofna hindrast oft
ef styrkur sykru fer yfir 1% (v/v).
Báða þessa galla hafa vísindamenn
reynt að lagfæra, annars vegar með
því að stökkbreyta bakteríum til
að auka etanólþol og nota erfða-
verkfræðilegar aðferðir til að
klippa út framleiðslu á öðrum
lokaafurðum og þar með auka
etanólframleiðsluna. Þannig tókst
að fá stofn af Thermoanerobacter
ethanol icus sem þolir 8% etanól11
og stofn af Thermoanaerobacterium
sacch aro lyticum sem framleiddi
ein göngu etanól og koltvísýring
sem lokaafurð.41 Við Háskólann
á Akureyri, á verkfræðistofunni
Mann vit og hjá Matis hafa undan-
farin ár verið stundaðar rann-
sóknir á bakteríum einangruðum
úr íslensk um hverum með það að
markmiði að fá fram öfluga etanól-
framleiðandi stofna. Skimun á
vetnis framleiðandi stofnum leiddi
til einangrunar nokkurra áhuga-
verðra stofna sem einnig voru
öflug ir etanólframleiðendur.14 Einn
þessarar stofna var Thermoanaero-
bacterium AK17 sem mest hefur
verið rannsakaður og hefur fram-
leiðslu getu hans verið lýst í
nokkr um vísindagreinum undan-
far in ár.10,13,39 Meginniðurstöðurnar
eru þær að stofninn er mjög
öflugur etanólframleiðandi eða
með 1,5 mól EtOH/mól glúkósa
og 1,1 mól EtOH/mól xýlósa bæði
í lokuðum ræktum13,39 og í sírækt10.
Einnig er hann með talsvert breitt
hvarfefnabil og þolir allt að 3,2%
etanólstyrk. Framleiðslugeta hans
á flóknum lífmassa hefur einnig
verið rann sök uð. Í ljós kemur
að framleiðslu geta stofnsins á
sellulósa er 8,6 mM/g og á grasi
5,5 mM/g.13 Etanólframleiðslan
á grasi sam svarar um 350 l lítrum
fyrir hvert tonn af grasi. Hins vegar
er stofninn hindraður af tiltölulega
litlum upp hafs styrk af glúkósa sem
gæti verið hindrun við uppskölun.
Slíka hindr un mætti þó koma í
veg fyrir með því að láta gerjunina
fara fram í skammtaræktum eða í
sírækt. Að lokum þá hefur verið
unnið undan farið með þennan
stofn með það að markmiði að
klippa á hvarfefnarásir sem leiða til
myndunar á ediksýru og mjólkur-
sýru.