Klassieke biotechnologie: het aceton-butanol proces

De bacterie die algemeen gebruikt wordt in de aceton-butanol fermentatie is Clostridium acetobutylicum; een strikt anaërobe bacterie.

In de aceton-butanol fermentatie kunnen verschillende grondstofstromen (bijvoorbeeld melasse, zetmeel, glucose) omgezet worden in industrieel interessante chemicaliën met ethanol als bijproduct.

In eerste instantie werd de fermentatie toegepast voor de productie van aceton. Na de 1e wereld oorlog, werd het proces nog lange tijd toegepast voor de productie van butanol. Butanol is een stof die gebruikt wordt in de verfindustrie, bij de productie van plastics en als extractiemiddel.

Indien als grondstof zetmeel gebruikt wordt dient voordat fermentatie van glucose kan plaats vinden het zetmeel omgezet te worden tot glucose. Clostridium soorten produceren echter zelf de benodigde amylases, dit in tegenstelling tot Saccharomyces (gist) bij de ethanol productie. Glucose wordt vervolgens in de glycolyse omgezet tot pyruvaat en acetyl CoA, waarbij CO2 en H2 vrijkomen. Pyruvaat en acetyl CoA worden vervolgens omgezet tot butanol, aceton en ethanol.

Als grondstoffen van het aceton/butanol proces kunnen aardappelen of graan genomen worden. Aardappelen dienen daartoe eerst gepureerd en gekookt te worden. Granen moeten eerst gemalen worden. Het koken wordt gedaan om het zetmeel in oplossing te brengen en als sterilisatie. Vervolgens wordt de pap gekoeld en wordt het aan de fermentoren toegevoegd. De ent van de reactoren bestaat uit Clostridium acetobutylicum cellen die hiervoor eerst opgekweekt zijn. Vanuit een kweekbuisje worden de bacteriën opgekweekt in een 0.5 dm3 fermentor in 3 stappen tot een fermentor van 1.5 m3. De inhoud van deze reactor dient als ent voor de uiteindelijke reactor van 20 tot 150 m3. Na 2 tot 3 weken wordt de fermentatie gestopt. Het gas dat vrij komt bevat H2 en CO2. CO2 wordt uit dit mengsel gewassen met loog.

De vloeistof wordt naar een buffertank gepompt en vanuit die buffertank wordt continu een destillatieapparaat gevoed. Aceton, butanol en ethanol verdampen en worden op deze manier gescheiden van het medium. Aceton, ethanol en butanol worden vervolgens van elkaar gescheiden doordat ze bij verschillende temperaturen condenseren.

Van de hier behandelde processen van de klassieke biotechnologie is de aceton/butanol fermentatie de minst traditionele en vanaf het begin al de meest gecontroleerde. In de aceton/butanol fermentatie gaat het erom zuivere eindproducten in handen te krijgen. Bij de productie van bier ging het ook wel om de productie van ethanol, maar niet om het zuivere ethanol. Ethanol had een conserverende werking op het totale eindproduct. Een duidelijk verschil met de andere behandelde processen is dan ook dat in dit proces ruime aandacht besteed wordt aan het verkrijgen van de zuivere eindproducten.