2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
2.2.3. Cơ chất là arabinose
Chủng vi sinh vật có thể chuyển hóa nhanh và hiệu quả các đường D- xylose và L-arabinose, các đường này thường được tìm thấy trong hemicellulose tách ra từ nguyên liệu lignocellulose. Các chủng vi sinh vật kỹ thuật có thể sinh trưởng và sản xuất ethanol từ arabinose với hiệu suất 98% so với lý thuyết chứng tỏ rằng arabinose được chuyển hóa hầu như hoàn toàn. Sự lên men hiệu quả L- arabinose thành ethanol đạt được nhờ sự kết hợp con đường pentose photphat và Entner-Doudoroff. Nhìn chung, phản ứng tổng quát cho ta thấy 3 mol L-arabinose được chuyển hóa thành 5 mol ethanol :
Hiệu suất ethanol lý thuyết là 0.51 g ethanol/ g L-arabinose hoặc 1.67 mol ethanol/ mol L-arabinose. Do có ít cơ chất được sử dụng cho hình thành sinh khối, sản xuất ethanol từ việc lên men L-arabinose với loàiZ. mobilis kỹ thuật thì hiệu
quả hơn bất kỳ chủng vi sinh vật nào khác và cũng có giá trị tương đương với việc lên men từ D-xylose.
Mặc dù hiệu suất ethanol lý thuyết dựa trên lượng đường hấp thu là gần bằng nhau trên cả 2 môi trường hoặc chỉ có arabinose hoặc hỗn hợp glucose và arabinose nhưng arabinose vẫn không được hấp thu hoàn toàn, nguyên nhân có thể là do sự giảm pH trong quá trình lên men không chỉnh pH. Trong môi trường hỗn hợp glucose – arabinose, pH cuối cùng khoảng 4.6, còn trong môi trường chỉ có arabinose thì pH cuối cùng là 4.9. Nồng độ arabinose dư cao hơn trong môi trường hỗn hợp là do sự kìm hãm hấp thu arabinose của pH thấp. Có hơn 27g/lít ethanol được sản xuất ra trong môi trường có nồng độ glucose và arabinose ban đầu cao với pH = 5.25.
Như vậy trong hỗn hợp glucose và arabinose, arabinose được hấp thu với tốc độ chậm hơn nhiều so với glucose và chỉ có glucose là gần như cạn kiệt. ỞZ. mobilis, glucose được vận chuyển nhờ ái lực yếu, tốc độ cao, cơ chế khuếch tán
glucose xúc tiến (glucose-facilitated diffusion - Glf), không tiêu hao năng lượng. Cơ chế này có giới hạn cơ chất hẹp và bị kìm hãm cạnh tranh bởi một chất tương tự như D-xylose. Những nghiên cứu gần đây cho rằng đây là cơ chế khuếch tán chủ yếu, quan trọng cần cho sự vận chuyển glucose và fructose. Vì thế đây là lý do cho rằng L-arabinose cũng được vận chuyển bằng cơ chế này nhưng nó rất dễ bị ảnh hưởng bởi nồng độ glucose cao. Do bị kìm hãm cạnh tranh bởi glucose nên arabinose sẽ bị hấp thu chậm hơn, cho nên khi glucose cạn kiệt, arabinose sẽ được hấp thu nhanh chóng ngay sau đó.
2.3. Aûnh hưởng của các môi trường khác nhau2.3.1. Môi trường tổng hợp :