Appl Microbiol Biotechnol (2005) 68

Appl Microbiol Biotechnol (2005) 68: 598–606
DOI 10.1007/s00253-005-0056-0
MINI-REVIEW
Mette Hedegaard Thomsen
Complex media from processing of agricultural crops
for microbial fermentation
Received: 2 March 2005 / Revised: 3 June 2005 / Accepted: 3 June 2005 / Published online: 5 August 2005
# Springer-Verlag 2005
Abstract This mini-review describes the concept of the
green biorefinery and lists a number of suitable agricultural
by-products, which can be used for production of bioenergy
and/or biochemicals. A process, in which one possible
agricultural by-product from the green crop drying industry,
brown juice, is converted to a basic, universal fermentation
medium by lactic acid fermentation, is outlined.
The resulting all-round fermentation medium can be used
for the production of many useful fermentation products
when added a carbohydrate source, which could possibly
be another agricultural by-product. Two examples of such
products—polylactic acid and L-lysine—are given. A cost
calculation shows that this fermentation medium can be
produced at a very low cost ≈1.7 Euro cent/kg, when taking
into account that the green crop industry has expenses
amounting to 270,000 Euro/year for disposal of the brown
juice. A newly built lysine factory in Esbjerg, Denmark,
can benefit from this process by buying a low price medium
for the fermentation process instead of more expensive
traditional fermentation liquids such as corn steep liquor.
Introduction
Renewable resources also known as biomass are organic
materials of biological origin and are, by definition, sustainable
natural resources. Sustainable implies that the resource
renews itself at such rate that it will be available for
use by future generations. Generally, renewable resources
are classified as either wastes or dedicated energy crops.
When a waste from one process can be utilized as feedstock
in another process, a more appropriate name is co-product/
by-product. The major virtue of waste materials is their
low cost. By definition, waste materials have little apparent
economic value and often can be acquired for little
more than the cost of transporting the material from their
point of origin to a processing plant. Increasing costs for
waste disposal and restrictions on land filling with certain
kind of wastes allow some wastes to be acquired at negative
cost. Renewable resources can be converted into either
bioenergy or bio-based products.
The green biorefinery
A wide variety of organic chemicals like amino acids,
enzymes and antibiotics can be produced by fermentation.
Most microorganisms used in commercial fermentations
require six carbon sugars or disaccharides as substrates,
although the microbial world contains organisms that can
breakdown virtually any organic compound. This means
that in fermentation processes, complex raw materials can
be used, as opposed to chemical synthesis where fine chemicals
are required. Biotechnology offers several other advantages
compared to chemical synthesis, e.g. high product
specificity, low production temperature and low energy consumption.
As a result, fermentation is becoming increasingly
important in the production of commodity chemicals.
In the green biorefinery, jointly described by the University
of Southern Denmark and AgroFerm, different
renewable resources can be converted by means of mechanical
and biotechnological methods (e.g. fermentation)
into useful materials such as food and feed products and
additives, as well as fermentation medium to be used in the
production of organic chemical compounds, materials and
bioenergy. Common for the production of green pellets,
potato starch, cornstarch and other agricultural products
are that during processing of the crops, a liquid stream
containing part of the crop nutrients is produced.
These liquids (plant juices) are in most countries used as
a fertiliser for crop plants, because they have a valuable
content of nutrients such as potassium and nitrogen. However,
due to environmental problems involved in applying
excess nitrogen, which, if not taken up by plants in the
autumn and winter period, will eventually end up in the
ground water as nitrate, more and more restrictions have
M. H. Thomsen (*)
Biosystems Department, Risoe National Laboratory,
Roskilde, Denmark
e-mail: [e-mail]
Tel.: [phone]
Fax: [phone]
been introduced regarding the use of these residues as
fertilisers.
The plant juices are regarded as “difficult” waste streams,
but in the concept of the green biorefinery, it is considered
a co-product from which useful products can be produced.
The brown juice, green juice and corn steep liquor
are plant juices rich in protein and elements, and they are
suitable as replacement for yeast extract in fermentation
media.
However, the plant juices often are low in carbohydrate,
and in order to obtain high yields in the green biorefinery,
whether the production is bioenergy or biochemicals, a
carbohydrate source is needed.
Lignocellulosic material such as agricultural waste, e.g.
wheat straw, represents an abundant renewable raw material
source. In the lignocellulosic biomass, hemicellulose
and cellulose are infiltrated with the stiffening bonding
material lignin. The two polysaccharides are not directly
available for bioconversion; a pretreatment is needed to
overcome the physical barrier of lignin and make sugars
available for the microorganisms. A wet oxidation process
has been developed, using water, oxygen pressure and
elevated temperature, for fractionation of wheat straw at
alkaline conditions. By this treatment, most of the hemicellulose
is solubilised mainly as oligomers and polymers,
and the cellulose is recovered in the solid fraction.
The fibre fraction as well as the solubilised hemicellulose
can be hydrolysed by enzymes and used as a carbohydrate
source in the green biorefinery (Bjerre et al. 1996; Schmidt
and Thomsen 1998).
Starch is another agricultural carbohydrate source. Wheat
has certain advantages over other carbohydrate sources.
Cereals, being low in moisture, are more energy intensive
and have the advantage that they can be stored and
transported easily. The sugar is in the form of starch, and
in addition, cereal grains contain nutrients that can be
separated easily from the grain and sold as lucrative byproducts:
bran, gluten and A-starch. Gluten is the most
profitable of these by-products—a protein used in the baking
industry. Starch can be saccharified to fermentable
sugars by either acid hydrolysis or by enzymatic hydrolysis.
Agricultural by-products
In this mini-review, a number of agricultural by-products
suitable for use in the green biorefinery and other fermentation
industry are described (Table 1).
Brown and green juice
The green crop drying industry produces fodder pellets by
drying crops such as perennial rye grass (Lolium perenne),
Italian rye grass (Lolium multiflorum), clover grass and
alfalfa (Koegel and Bruhn 1977). In order to reduce the
Table 1 Agricultural by-products, their main components and potential industrial use
Agricultural
by-product
Valuable components Climate zone Example on
industrial use
References
Brown juice Protein/elements Temperate Lactic acid/L-lysine Andersen and Kiel 2000; Thomsen
et al. 2004
Green juice Protein/elements Temperate Lactic acid/L-lysine Andersen and Kiel 1997; Andersen and
Kiel 2000
Corn steep liquor Protein/elements Temperate/dry Ethanol Amartey and Jeffries 1994; Stock et al. 1995
Potato waste water Carbohydrate (starch)/
protein
Temperate/dry Biomass Mishra et al. 2004
Molasses Sucrose All Lactic acid Wee et al. 2004
Straw (wheat straw) Cellulose/hemicellulose Temperate Ethanol Bjerre et al. 1996; Thygesen et al. 2003
Corn stover Cellulose/hemicellulose Temperate/dry Ethanol Varga et al. 2003
Corn cob Cellulose/hemicellulose Temperate/dry Xylitol/ethanol Tada et al. 2004; Rivas et al. 2004
Rice straw Cellulose/hemicellulose Dry/tropical Cellulase/ethanol Kaur et al. 1998
Rice hull Cellulose/hemicellulose Dry/tropical Ethanol Schultz et al. 1984
Wine shoots Cellulose/hemicellulose Temperate/dry Lactic acid Bustos et al. 2004
Sugar cane bagasse Cellulose/hemicellulose Tropical Ethanol Gong et al. 1993
Sorghum bagasse Cellulose/hemicellulose Temperate/dry/
tropical
Ethanol Gnansounou et al. 2005
Olive cake Cellulose/hemicellulose/
protein
Dry Lipase/biogas Cordova et al. 1998; Al-Masri 2001
Citrus waste Carbohydrate/protein Dry/tropical Pectinase Silva et al. 2002; Tripodo et al. 2004
Banana waste Cellulose/hemicellulose Tropical Enzymes for
lignocellulose
Krishna 1999; Shah et al. 2005
Peanut shell Cellulose/hemicellulose Tropical Tetracycline Asagbra et al. 2005
599
energy consumption in the drying process, part of the
water content in the grass is normally removed from the
green crops before drying in a drum dryer, resulting in
significant productions of green plant juice (green juice).
At some green pellets factories, the crops are steam-heated
in a cooker to a temperature of about 80°C before
pressing. This process results in coagulation of a large
proportion of the protein, as well as the damage to the
plant cells and the residue from these factories are known
as brown juice. Approximately 200,000 m3 of brown juice
is produced in Denmark each year, and of this, approximately
half is evaporated and used in the production of
pellets. Both green and brown juice has a dry matter (DM)
content of approximately 6%, and the green juice contains
13% carbohydrate (in DM) and 35% protein (in DM), and
the brown juice contains 33% carbohydrate (in DM) and
26% protein (in DM) (Andersen and Kiel 2000).
Corn steep liquor
Corn steep liquor is a by-product from the corn wet milling
industry. The corn wet milling industry separates the corn
into several fractions: starch, germ, fibres, and gluten.
Steeping of the corn before the wet milling process is
essential for high yields and high starch quality. The
cleaned corn is filled into a battery of large steep

Kết quả (Việt) 1:

Appl Microbiol Biotechnol (2005) 68: 598-606DOI 10.1007/s00253-005-0056-0MINI-XÉTMette Hedegaard ThomsenPhương tiện truyền thông phức tạp từ chế biến các loại cây trồng nông nghiệpcho quá trình lên men vi sinh vậtNhận được: 2 tháng 3 năm 2005 / sửa đổi: ngày 3 tháng 6 năm 2005 / được chấp nhận: 3 tháng 6 năm 2005 / xuất bản trực tuyến: 5 tháng 8 năm 2005# Springer-Verlag 2005Trừu tượng này mini-xét mô tả khái niệm của cácmàu xanh lá cây biorefinery và danh sách một số lượng thích hợp nông nghiệpnội tạng, mà có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh họcvà/hoặc biochemicals. Một quá trình, trong đó có thể mộtCác sản phẩm nông nghiệp từ các cây trồng màu xanh lá cây sấy khô công nghiệp,nâu nước trái cây, được chuyển đổi sang một quá trình lên men cơ bản, phổphương tiện truyền thông bởi quá trình lên men axit lactic, được phác thảo.Các phương tiện tất cả quanh quá trình lên men kết quả có thể được sử dụngsản xuất nhiều sản phẩm hữu ích lên menkhi thêm một nguồn carbohydrate, mà có thể có thểlà một sản phẩm nông nghiệp. Hai ví dụ như vậysản phẩm-polylactic axit và L-lysine — được đưa ra. Chi phítính toán cho thấy rằng phương tiện lên men này có thểsản xuất tại một chi phí rất thấp ≈1.7 Euro cent/kg, khi chụpvào tài khoản công nghệ xanh cây trồng có chi phílên tới 270.000 Euro/năm cho xử lý các màu nâunước trái cây. Một nhà máy mới được xây dựng lysine ở Esbjerg, Đan Mạch,có thể hưởng lợi từ quá trình này bằng cách mua một trung bình giá thấpcho quá trình lên men, thay vì thêm đắt tiềntruyền thống lên men các chất lỏng chẳng hạn như ngô dốc rượu.Giới thiệuTái tạo nguồn lực cũng được gọi là nhiên liệu sinh học là hữu cơCác vật liệu sinh học và là, theo định nghĩa, bền vữngtài nguyên thiên nhiên. Bền vững ngụ ý rằng các nguồn tài nguyênđổi mới chính nó độ như vậy mà nó sẽ có sẵn chosử dụng bởi các thế hệ tương lai. Nói chung, tài nguyên tái tạođược phân loại là chất thải hoặc chuyên dụng năng lượng cây trồng.Khi một chất thải từ một quá trình có thể được sử dụng như nguyên liệutrong quá trình một, một tên thích hợp hơn là sản phẩm đồng /sản phẩm phụ. Đức hạnh lớn của vật liệu phế thải là của họchi phí thấp. Theo định nghĩa, vật liệu chất thải có chút rõ ràngkinh tế có giá trị và thường có thể được mua cho ítnhiều hơn chi phí vận chuyển vật liệu từ của họđiểm của nguồn gốc đến một nhà máy chế biến. Tăng chi phí cholãng phí xử lý và hạn chế đối với đất làm đầy với một sốloại chất thải cho phép một số chất thải được mua tại tiêu cựcchi phí. Tái tạo nguồn lực có thể được chuyển đổi thành một trong hainăng lượng sinh học hoặc sinh học dựa trên sản phẩm.Màu xanh lá cây biorefineryNhiều hóa chất hữu cơ như axit amin,enzyme và thuốc kháng sinh có thể được sản xuất bởi quá trình lên men.Hầu hết các vi sinh vật được sử dụng trong thương mại fermentationsyêu cầu sáu cacbon đường hoặc disacarit làm chất nền,mặc dù thế giới vi sinh vật có chứa sinh vật có thểphân tích hầu như bất kỳ hợp chất hữu cơ. Điều này có nghĩa làrằng trong quá trình lên men, phức tạp nguyên vật liệu có thểđược sử dụng, như trái ngược với hóa học tổng hợp nơi tốt hóa chấtđược yêu cầu. Công nghệ sinh học cung cấp một số lợi thế khácso với hóa chất tổng hợp, ví dụ như cao sản phẩmđặc trưng, sản xuất thấp nhiệt độ và tiêu thụ năng lượng thấp.Do đó, quá trình lên men đang trở nên ngày càngquan trọng trong sản xuất hóa chất hàng hóa.Trong biorefinery màu xanh lá cây, cùng được miêu tả bởi các trường đại họcNam Đan Mạch và AgroFerm, khác nhautái tạo nguồn lực có thể được chuyển đổi bằng phương tiện cơ khívà linh phương pháp (ví dụ: quá trình lên men)vào các vật liệu hữu ích như sản phẩm thực phẩm và nguồn cấp dữ liệu vàphụ gia, cũng như quá trình lên men phương tiện được sử dụng trong cácsản xuất các hợp chất hóa học hữu cơ, tài liệu vànăng lượng sinh học. Phổ biến cho sản xuất bánh màu xanh lá cây,tinh bột khoai tây, bột bắp và các sản phẩm nông nghiệp kháclà rằng trong chế biến các loại cây trồng, một dòng chất lỏngcó một phần của các chất dinh dưỡng cây trồng được sản xuất.Các chất lỏng (nước trái cây thực vật) trong hầu hết các nước sử dụngmột phân bón cho cây trồng cây, bởi vì họ đã có giá trị mộtnội dung chất dinh dưỡng như kali và nitơ. Tuy nhiên,do vấn đề môi trường tham gia trong việc áp dụngnitơ dư thừa, trong đó, nếu không thực hiện bởi các nhà máy ở cácmùa thu và mùa đông thời gian, cuối cùng sẽ kết thúc trong cácđất nước như nitrat, có giới hạn nhiều hơn và nhiều hơn nữaM. H. Thomsen (*)Biosystems vùng, cụ thể là tại Phòng thí nghiệm quốc gia RisoeRoskilde, Đan Mạchthư điện tử: [e-mail]Điện thoại: [phone]Số Fax: [phone]được giới thiệu về việc sử dụng các dư lượng nhưphân bón.Các loại nước thực vật được coi là "khó khăn" dòng chất thải,nhưng trong khái niệm về màu xanh lá cây biorefinery, nó được coi làmột sản phẩm đồng mà từ đó các sản phẩm hữu ích có thể được sản xuất.Nâu nước trái cây, nước trái cây màu xanh lá cây và ngô dốc rượulà thực vật nước ép giàu protein và các yếu tố, và họ làphù hợp nhằm thay thế cho nấm men chiết xuất trong quá trình lên menphương tiện truyền thông.Tuy nhiên, các loại nước thực vật thường có ít carbohydrate,và để có được sản lượng cao trong biorefinery màu xanh lá cây,việc sản xuất là năng lượng sinh học hay biochemicals, mộtmã nguồn carbohydrate cần thiết.Các tài liệu lignocellulo như là chất thải nông nghiệp, ví dụ nhưrơm lúa mì, đại diện cho một phong phú tái tạo nguyên liệunguồn. Trong nhiên liệu sinh học lignocellulo, hemicellulosevà cellulose được thâm nhập với các liên kết stiffeningvật liệu lignin. Hai polysaccharides là không trực tiếpcó sẵn cho CNSH; pretreatment một cần thiết đểvượt qua các rào cản vật lý của lignin và làm cho đườngsẵn sàng cho các vi sinh vật. Một quá trình oxy hóa ướtđã được phát triển, bằng cách sử dụng nước, áp lực của oxy vànhiệt độ cao, cho đoạn rơm lúa mì lúcđiều kiện kiềm. Bằng cách điều trị này, hầu hết hemicelluloselà solubilised chủ yếu là oligomers và polyme,và cellulose phát hiện trong các phần vững chắc.Phần sợi cũng như solubilised hemicellulosecó thể được hydrolysed bởi enzyme và sử dụng như một carbohydratenguồn tại biorefinery màu xanh lá cây (Bjerre et al. 1996; Schmidtvà Thomsen 1998).Tinh bột là một nguồn carbohydrate nông nghiệp khác. Lúa mìcó một số lợi thế hơn các nguồn carbohydrate khác.Ngũ cốc, được thấp ẩm, có nhiều năng lượng chuyên sâuvà có lợi thế mà chúng có thể được lưu vàvận chuyển dễ dàng. Đường là ở dạng tinh bột, vàNgoài ra, hạt ngũ cốc chứa chất dinh dưỡng mà có thểmột cách dễ dàng tách ra từ các hạt và được bán như là phụ phẩm hấp dẫn:Bran, gluten và A-tinh bột. Gluten là nhấtlợi nhuận của các sản phẩm — một protein được sử dụng trong các nướngngành công nghiệp. Tinh bột có thể được saccharified để fermentableđường bởi một trong hai thủy phân axít hoặc bởi enzym thủy phân.Bộ phận nội tạng nông nghiệpTrong này mini-xét, một số bộ phận nội tạng nông nghiệpphù hợp để sử dụng trong biorefinery màu xanh lá cây và quá trình lên menngành công nghiệp đang mô tả (bảng 1).Nước trái cây màu nâu và màu xanh lá câyCác ngành công nghiệp làm khô của cây trồng màu xanh lá cây sản xuất thức ăn viên bởiCác cây trồng làm khô chẳng hạn như lúa mạch đen cỏ lâu năm (Lolium perenne),Ý lúa mạch đen cỏ (Lolium multiflorum), cỏ ba lá cỏ vàcỏ linh lăng (Koegel và Bruhn năm 1977). Để làm giảm cácBảng 1 sản phẩm nông nghiệp, thành phần chính và sử dụng công nghiệp tiềm năng của họNông nghiệpsản phẩmThành phần có giá trị khí hậu khu ví dụ trêndùng trong công nghiệpTài liệu tham khảoBrown nước trái cây Protein/yếu tố ôn hòa axit Lactic/L-lysine Andersen và Kiel 2000; ThomsenCTV. 2004Xanh nước trái cây Protein/yếu tố ôn hòa axit Lactic/L-lysine Andersen và Kiel năm 1997; Andersen vàKiel 2000Ngô dốc rượu Protein/yếu tố ôn đới/Giặt Ethanol Amartey và Jeffries 1994; Chứng khoán et al. 1995Khoai tây nước thải Carbohydrate (tinh bột) /proteinÔn đới/Giặt sinh khối Mishra et al. năm 2004Rỉ đường Sucrose tất cả Lactic acid Wee ctv. 2004Rơm (lúa mì rơm) Cellulose/hemicellulose ôn đới Ethanol Bjerre et al. 1996; Thygesen et al. 2003Ngô stover Cellulose/hemicellulose ôn đới/Giặt Ethanol Varga et al. 2003Bắp lõi ngô Cellulose/hemicellulose ôn đới/Giặt Xylitol/ethanol Tada et al. năm 2004; Rivas et al. năm 2004Gạo rơm Cellulose/hemicellulose Giặt/nhiệt đới Cellulase/ethanol Kaur et al. 1998Gạo thân Cellulose/hemicellulose Giặt/nhiệt đới Ethanol Schultz et al. 1984Rượu vang bắn Cellulose/hemicellulose ôn đới/Giặt axit Lactic Bustos et al. năm 2004Bã mía đường mía Cellulose/hemicellulose nhiệt đới Ethanol Gong et al. năm 1993Lúa miến bã Cellulose/hemicellulose ôn đới/Giặt /nhiệt đớiEthanol Gnansounou et al. 2005Olive bánh Cellulose/hemicellulose /proteinGiặt Lipase/khí sinh học Cordova et al. 1998; Al-Masri 2001Citrus lãng phí Carbohydrate/protein Giặt/nhiệt đới Pectinase Silva và ctv 2002; Tripodo et al. năm 2004Chuối chất thải Cellulose/hemicellulose nhiệt đới enzym nhấtlignocelluloseKrishna 1999; Shah et al. 2005Đậu phộng vỏ Cellulose/hemicellulose nhiệt đới Tetracycline Asagbra et al. 2005599tiêu thụ năng lượng trong quá trình làm khô, một phần của cáchàm lượng nước trong cỏ thường được lấy ra từ cácCác cây trồng màu xanh lá cây trước khi sấy khô trong một cái trống máy sấy, dẫn đếnđáng kể sản xuất nước trái cây màu xanh lá cây thực vật (nước trái cây màu xanh lá cây).Tại một số nhà máy bột viên màu xanh lá cây, các loại cây trồng được hơi nước nóngtrong một nồi điện để nhiệt độ khoảng 80° C trước khibức xúc. Quá trình này kết quả trong sự đông máu của một lượng lớntỷ lệ của protein, các thiệt hại cho cáctế bào thực vật và dư lượng từ các nhà máy được biết đếnnhư nước trái cây màu nâu. Khoảng 200.000 m3 nước trái cây màu nâuđược sản xuất tại Đan Mạch mỗi năm, và những điều này, khoảngmột nửa bốc hơi và được sử dụng trong sản xuấtbột viên. Màu xanh lá cây và màu nâu nước trái cây có một vấn đề khô (DM)nội dung là khoảng 6%, và các nước trái cây màu xanh lá cây có chứa13% carbohydrate (ở DM) và 35% protein (ở DM), vànâu nước trái cây có chứa 33% carbohydrate (ở DM) và26% đạm (ở DM) (Andersen và Kiel 2000).Ngô dốc rượuNgô dốc rượu là một sản phẩm phụ từ ngô ướt phayngành công nghiệp. Ướt ngô nghiền công nghiệp tách ngôvào một số các phần phân đoạn: tinh bột, mầm, sợi, và gluten.Ngâm ngô trước khi ướt nghiền quá trình làcần thiết cho sản lượng cao và chất lượng tinh bột cao. Cáclàm sạch ngô điền vào một pin lớn dốc

Kết quả (Việt) 2:

Appl Microbiol Biotechnol (2005) 68: 598-606
DOI 10,1007 / s00253-005-0056-0
MINI-REVIEW
Mette Hedegaard Thomsen
phương tiện truyền thông Complex từ chế biến các loại cây trồng nông nghiệp
cho quá trình lên men của vi sinh vật
đã nhận: 2 Tháng Ba 2005 / sửa đổi: 03 Tháng sáu 2005 / Accepted : ngày 03 tháng 6 năm 2005 / Xuất bản trực tuyến: 05 tháng tám 2005
# Springer-Verlag 2005
Tóm tắt Mini-review mô tả khái niệm của
biorefinery xanh và liệt kê một số nông nghiệp phù hợp
của sản phẩm, có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh học
và / hoặc hóa sinh. Một quá trình, trong đó một có thể
nông nghiệp phụ phẩm từ các ngành công nghiệp làm khô cây xanh,
nước trái cây màu nâu, được chuyển đổi thành một, lên men phổ cơ bản
trung bình của quá trình lên men axit lactic, được vạch ra.
Kết quả là tất cả các vòng vừa lên men có thể được sử dụng
cho các sản xuất nhiều sản phẩm lên men hữu ích
khi được bổ sung một nguồn carbohydrate, trong đó có thể có thể
là một sản phẩm phụ nông nghiệp. Hai ví dụ như
axit polylactic sản phẩm và L-lysine, được đưa ra. Một chi phí
tính toán cho thấy trung bình lên men này có thể được
sản xuất với chi phí ≈1.7 Euro cent / kg rất thấp, khi đưa
vào tài khoản mà ngành trồng trọt xanh có chi phí
lên tới 270.000 Euro / năm để xử lý các nâu
nước. Một nhà máy lysine mới xây tại Esbjerg, Đan Mạch,
có thể được hưởng lợi từ quá trình này bằng cách mua một trung giá thấp
cho quá trình lên men thay vì tốn kém hơn
chất lỏng lên men truyền thống như ngô rượu dốc.
Giới thiệu
các nguồn tài nguyên tái tạo cũng được gọi là sinh khối là hữu
vật liệu sinh học nguồn gốc và, theo định nghĩa, bền vững
nguồn tài nguyên thiên nhiên. Bền vững có nghĩa là các nguồn tài nguyên
tự đổi mới với tốc độ như vậy mà nó sẽ có sẵn để
sử dụng bởi các thế hệ tương lai. Nói chung, các nguồn tài nguyên tái tạo
được phân loại là chất thải và các loại cây trồng năng lượng chuyên dụng.
Khi một chất thải từ một quá trình có thể được sử dụng làm nguyên liệu
trong quá trình khác, một tên thích hợp hơn là đồng sản phẩm /
sản phẩm phụ. Các nhân đức lớn các chất thải là họ
chi phí thấp. Theo định nghĩa, các loại chất thải có ít rõ ràng
giá trị kinh tế và thường có thể được mua cho ít
hơn so với chi phí vận chuyển vật liệu từ họ
điểm xuất xứ đến một nhà máy chế biến. Tăng chi phí cho
xử lý chất thải và hạn chế về đất đai làm đầy với một số
loại chất thải cho phép một số chất thải được mua lại tiêu cực
chi phí. Nguồn tài nguyên tái tạo có thể được chuyển đổi thành một trong hai
sản phẩm năng lượng sinh học hoặc sinh học.
Các biorefinery xanh
Một loạt các hóa chất hữu cơ như axit amin,
enzyme và các chất kháng sinh có thể được sản xuất bằng quá trình lên men.
Hầu hết các vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men thương mại
đòi hỏi sáu đường carbon hoặc disaccharides làm đế ,
mặc dù thế giới vi sinh vật có chứa sinh vật có thể
phân hủy hầu như bất kỳ hợp chất hữu cơ. Điều này có nghĩa
rằng trong quá trình lên men, nguyên liệu phức tạp có thể
được sử dụng, như trái ngược với hóa chất tổng hợp mà hóa chất tốt
được yêu cầu. Công nghệ sinh học cung cấp một số lợi thế khác
so với tổng hợp hóa học, ví dụ như sản phẩm cao
đặc, nhiệt độ sản xuất thấp và tiêu thụ năng lượng thấp.
Kết quả là, quá trình lên men ngày càng trở nên
quan trọng trong việc sản xuất các chất hóa học.
Trong biorefinery xanh, cùng mô tả bởi các trường Đại học
của Nam Đan Mạch và AgroFerm, khác nhau
nguồn tài nguyên tái tạo có thể được chuyển đổi bằng phương tiện cơ khí
và phương pháp công nghệ sinh học (ví dụ như lên men)
thành vật liệu hữu ích như các sản phẩm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi và
chất phụ gia, cũng như vừa trình lên men được sử dụng trong
sản xuất các hợp chất hóa học hữu cơ, vật liệu và
năng lượng sinh học. Phổ biến để sản xuất viên nhiên liệu xanh,
tinh bột khoai tây, bột bắp và sản phẩm nông nghiệp khác
là rằng trong chế biến các loại cây trồng, một dòng chất lỏng
có chứa một phần của các chất dinh dưỡng cây trồng được sản xuất.
Những chất lỏng (nước trái cây) trong hầu hết các nước sử dụng như
một loại phân bón cho cây trồng, bởi vì họ có một giá trị
nội dung của các chất dinh dưỡng như kali và nitơ. Tuy nhiên,
do vấn đề môi trường liên quan đến việc áp dụng
nitơ dư thừa, trong đó, nếu không bị cây cỏ trong
thời kỳ mùa thu và mùa đông, cuối cùng sẽ kết thúc trong
nước ngầm như nitrate, nhiều hơn và nhiều hơn nữa những hạn chế có
M. H. Thomsen (*)
Bộ Biosystems, Phòng thí nghiệm Quốc gia Risoe,
Roskilde, Đan Mạch
e-mail: [e-mail]
Tel .: + 45-77-464223
Fax: [phone] +
được giới thiệu về sử dụng các dư lượng như
phân bón.
Các loại nước ép cây trồng được coi là "khó khăn" chất thải suối,
nhưng trong quan niệm của biorefinery xanh, nó được coi là
một đồng sản phẩm từ những sản phẩm hữu ích có thể được sản xuất.
Các nước màu nâu, màu xanh lá cây và nước trái cây ngô rượu dốc
là nhà máy nước trái cây giàu protein và các yếu tố, và họ là
thích hợp để thay thế cho chiết xuất nấm men trong quá trình lên men
truyền thông.
Tuy nhiên, các loại nước ép cây thường chứa ít carbohydrate,
và để có được năng suất cao trong biorefinery xanh,
xem sản xuất năng lượng sinh học hoặc là hóa sinh, một
nguồn carbohydrate là cần thiết.
liệu có chứa lignocellulosic như chất thải nông nghiệp, ví dụ như
rơm lúa mì, đại diện cho một nguyên liệu tái tạo dồi dào
nguồn. Trong sinh khối lignocellulose, hemicellulose
và cellulose được thâm nhập vào với các liên kết cứng lại
lignin liệu. Hai polysaccharides là không trực tiếp
có sẵn cho bioconversion; một tiền xử lý là cần thiết để
vượt qua những rào cản vật chất của lignin và làm cho các loại đường
có sẵn cho các vi sinh vật. Một quá trình oxy hóa ẩm ướt
đã được phát triển, sử dụng nước, áp lực oxy và
nhiệt độ cao, cho phân đoạn của rơm lúa mì ở
điều kiện kiềm. Bằng cách xử lý này, hầu hết các hemicellulose
được solubilised chủ yếu là oligomer và polyme,
và cellulose bị thu hồi trong các phần rắn.
Các phần chất xơ cũng như các hemicellulose solubilised
có thể được thủy phân bằng enzyme và sử dụng như là một carbohydrate
nguồn trong biorefinery xanh (Bjerre et al 1996;. Schmidt
và Thomsen 1998).
Tinh bột là một nguồn carbohydrate nông nghiệp. Lúa mì
có lợi thế nhất định so với các nguồn carbohydrate khác.
Ngũ cốc, là thấp độ ẩm, là năng lượng chuyên sâu hơn
và có lợi thế mà họ có thể được lưu trữ và
vận chuyển dễ dàng. Các đường là ở dạng tinh bột, và
ngoài ra, các loại ngũ cốc có chứa chất dinh dưỡng có thể được
tách ra dễ dàng từ hạt và bán như là sản phẩm phụ sinh lợi:
cám, gluten và A-tinh bột. Gluten là hầu hết
lợi nhuận của các sản phẩm phụ-một protein được sử dụng trong baking
ngành công nghiệp. Tinh bột có thể được saccharified để lên men
đường bằng hoặc thủy phân axit hoặc bằng cách thủy phân enzym.
Nông nghiệp các sản phẩm
này trong mini-xét, một số phụ phẩm nông nghiệp
phù hợp để sử dụng trong các biorefinery xanh và lên men khác
ngành công nghiệp được mô tả (Bảng 1) .
Brown và nước trái cây xanh
Ngành công nghiệp làm khô cây xanh sản xuất thức ăn gia súc dạng viên do
làm khô cây trồng như cỏ lúa mạch đen lâu năm (Lolium perenne),
cỏ lúa mạch đen Ý (Lolium multiflorum), cỏ ba lá cỏ và
cỏ linh lăng (Koegel và Bruhn 1977). Để giảm các
Bảng 1 nông nghiệp các sản phẩm, các thành phần chính của họ và sử dụng công nghiệp tiềm năng
nông nghiệp
của sản phẩm
có giá trị linh kiện khí hậu khu Ví dụ về
công nghiệp sử dụng
tài liệu tham khảo
nước Brown Protein / yếu tố ôn axit Lactic / L-lysine Andersen và Kiel 2000; Thomsen
et al. 2004
Xanh nước Protein / yếu tố ôn axit Lactic / L-lysine Andersen và Kiel năm 1997; Andersen và
Kiel 2000
Corn rượu dốc Protein / yếu tố ôn Ethanol / khô Amartey và Jeffries 1994; Cổ et al. 1995
nước thải Potato Carbohydrate (tinh bột) /
protein
ôn / khô Biomass Mishra et al. 2004
axit mật đường Sucrose Tất cả Lactic Wee et al. 2004
rơm (rơm lúa mì) Cellulose / hemicellulose ôn Ethanol Bjerre et al. Năm 1996; Thygesen et al. 2003
Corn rơm Cellulose / hemicellulose ôn / khô Ethanol Varga et al. 2003
ngô bắp Cellulose / hemicellulose ôn / khô Xylitol / ethanol Tada et al. 2004; Rivas et al. 2004
Rice rơm Cellulose / hemicellulose khô / Cellulase nhiệt đới / ethanol Kaur et al. 1998
Rice thân Cellulose / hemicellulose khô / nhiệt đới Ethanol Schultz et al. 1984
Wine bắn Cellulose / hemicellulose ôn / khô axit lactic Bustos et al. 2004
Mía bã Cellulose / hemicellulose Tropical Ethanol Công et al. 1993
Sorghum bã Cellulose / hemicellulose ôn / khô /
nhiệt đới
Ethanol Gnansounou et al. 2005
Olive bánh Cellulose / hemicellulose /
protein
Lipase khô / biogas Cordova et al. Năm 1998; Al-Masri 2001
Citrus thải Carbohydrate / protein khô / nhiệt đới pectinaza Silva et al. 2002; Tripodo et al. 2.004
thải Banana Cellulose / hemicellulose Tropical Enzymes cho
lignocellulose
Krishna 1999; Shah et al. 2005
đậu phộng vỏ Cellulose / hemicellulose Tropical Tetracycline Asagbra et al. 2005
599
tiêu thụ năng lượng trong quá trình sấy khô, một phần của
hàm lượng nước trong cỏ thường được lấy từ các
cây xanh trước khi sấy khô trong máy sấy trống, kết quả là
sản phẩm quan trọng của nước ép cây xanh (nước màu xanh lá cây).
Tại một số nhà máy sản xuất bột viên màu xanh lá cây, các loại cây trồng là hơi nước đun nóng
trong nồi để nhiệt độ khoảng 80 ° C trước khi
nhấn. Quá trình này kết quả trong đông lớn của một
tỷ lệ protein, cũng như các thiệt hại cho các
tế bào thực vật và dư lượng từ các nhà máy này được biết đến
như nước nâu. Khoảng 200.000 m3 nước trái cây màu nâu
được sản xuất tại Đan Mạch mỗi năm, và điều này, khoảng
một nửa được bốc hơi và được sử dụng trong sản xuất
bột viên. Cả hai nước cam và màu nâu này có một chất khô (DM)
nội dung của khoảng 6%, và nước trái cây xanh có chứa
13% carbohydrate (trong DM) và 35% protein (trong DM), và
nước trái cây màu nâu chứa 33% carbohydrate (trong DM ) và
26% protein (trong DM) (Andersen và Kiel 2000).
Corn rượu dốc
ngô rượu dốc là một sản phẩm từ ngô xay ướt
ngành công nghiệp. Giống ngô xay xát ướt tách ngô
thành nhiều phần:. tinh bột, mầm, sợi, và gluten
ngâm của ngô trước khi quá trình xay xát ướt là
điều cần thiết cho năng suất cao và chất lượng tinh bột cao. Các
bắp làm sạch được điền vào một pin của dốc lớn