CC BY
406
БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 661.72
М. В. Харина, О. Н. Григорьева
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛА (ОБЗОР ЗАРУБЕЖНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ)
Ключевые слова: предварительная обработка, этанол, лигноцеллюлоза, отходы, биодеградация.
Проводится обзор современных исследований в области предварительной обработки лигноцеллюлозного сырья с целью повышения эффективности производства этанола проведенных зарубежными авторами. В статье обсуждаются методы предварительной обработки, и описывается их влияние на эффективность производства этанола. Рассматриваются такие методы предобработки как измельчение, обработка паром, разрушение лигноцеллюлозы аммиаком, обработка сырья с применением сверхкритического углекислого газа, щелочной гидролиз, предварительная обработка горячей водой, органосольвентные процессы, влажное окисление, озонолиз, гидролиз разбавленными и концентрированными кислотами.
Key words: pretreatment, ethanol, lignocellulose, waste, biodegradation.
A review of foreign articles deals with modern research of lignocellulosic materials pretreatment to improve the efficiency of ethanol production. The article discusses ways of pretreatment and describes their effects on improvement in ethanol production. They include milling, steam explosion, ammonia fiber explosion, supercritical CO2, alkaline hydrolysis, liquid hot-water pretreatment, organosolv processes, wet oxidation, ozonolysis, dilute- and concentrated-acid hydrolyses.
Лингоцеллюлоза часто является основным, а иногда и единственным компонентом отходов различных отраслей промышленности, лесного и сельского хозяйства. Переработка лигноцеллюлозного сырья и вторичных материалов при производстве этанола сочетает в себе высокую экономическую эффективность, защиту окружающей среды [1]. Гидролиз лигноцеллюлозных материалов является одной из основных стадий производства биоэтанола. Однако, ферментативный гидролиз лигноцеллюлозы без предварительной обработки, как правило, не столь эффективен вследствие её высокой устойчивости к ферментативному воздействию. Предварительная обработка может увеличить доступность сырья для действия ферментов при производстве этанола.
Физическая предварительная обработка сырья может увеличить доступную площадь поверхности и размер пор, снизить кристалличность и степень полимеризации целлюлозы [2]. Для улучшения ферментативного гидролиза или биологического разложения лигноцеллюлозных отходов могут быть использованы различные типы измельчения (измельчение на шаровой, двухвальцовой, коллоидной и молотковой мельницах).
Измельчение может быть использовано для изменения характерной ультраструктуры лигноцеллюлозы и степени кристалличности, и, следовательно, сделать ее более доступной для действия целлюлаз. Применение коллоидной мельницы, дефибриллятора и диссольвера пригодно только для измельчения сырых материалов, например, мокрой бумаги от разделенных бытовых отходов или бумажной целлюлозы, в то время как экструдер, валковая мельница, криогенная и молотковая мельницы, как правило, используется для сухих материалов [3]. Шаровая мельница может быть использована как для сухих, так и влажных материалов.
Измельчение сырья может повысить доступность целлюлозы за счет сокращения размеров частиц [4] и степени кристалличности лигноцеллюлозы [5]. Без какой-либо
предварительной обработки, осахаривание соломы кукурузы размерами 53-75 ^m в 1,5 раза
более эффективно, чем соломы с более крупными размерами частиц (425-710 ^m) [4]. В работе [6] показано, что благодаря снижению кристалличности после обработки на шаровой мельнице, становится возможным осахаривание более 50 % целлюлозы из соломы при щадящих гидролитических условиях.
Маис с соавторами [7] использовал реактор шаровой мельницы для предварительной обработки и гидролиза а-целлюлозы щепы древесины дугласовой ели пропитанной SO2 и обработанной паровым взрывом. Авторы отмечают, что количество шаровых дисков является значимым параметром для улучшения ферментативного гидролиза а-целлюлозы. Джин и Чэнь [8] изучали ферментативный гидролиз рисовой соломы обработанной паровым взрывом,
подвергнутой тончайшему измельчению (порядка 60 ^m). Рисовая солома была порезана на
частицы размером до 5-8 см и обработана паровым взрывом при 180, 195, 210 и 220°С в течение 4-5 мин. Обработанный паром материал был затем увлажнен с использованием растительного дезинтегратора и тонко измельчен в противоточной мельнице. Ферментативный гидролиз измельченной соломы показал высокую скорость гидролиза и высокую степень осахаривания целлюлозы.
Использование шаровой мельницы предполагает значительные затраты энергии. Было предложено использовать реактор с постоянным перемешиванием среды, расположенный между шаровой мельницей и поло-волокнистым картриджем, в целях уменьшения затрат на энергию [9]. Другим недостатком измельчения является его неспособность удалять лигнин, который ограничивает доступ ферментов к целлюлозе и ингибирует целлюлазу [10].
Среди всех физико-химических процессов предварительной обработки при производстве этанола особое внимание уделяется автогидролизу. Данная предварительная обработка удаляет большую часть гемицеллюлозы. Во время парового взрыва резко снижается давление, и материал подвергается взрывной декомпрессии. В процессе парового взрыва [11] во временном промежутке от 30 секунд до 20 минут применяется высокое давление, и, как следствие, высокая температура, обычно между 160°C и 260°C. Процесс парового взрыва хорошо изучен и был протестирован в лабораторных и опытных испытаниях несколькими учеными группами. За счет небольшой энергозатратности он удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к процессам предварительной обработки.
Применение парового взрыва было продемонстрировано в коммерческих масштабах на заводах Masonite [12]. Повышение температуры до определенного уровня способствует эффективному высвобождению гемицеллюлозы. Однако при дальнейшем повышении температуры неуклонно увеличивается потеря сахара, в результате чего снижается его общий выход. В работе [13] изучено применение парового взрыва при предварительной обработке стеблей подсолнечника при температуре 180-230°С. Наибольший выход сахара был получен при паровой предобработке при температуре 220°С, в то время как наибольшее количество гемицеллюлозы было извлечено при 230°С. Паровая предобработка биомассы тополя (Populus nigra) при 210°С в течение 4 минут, привела к высвобождению до 95 % целлюлозы, ферментативному гидролизу - на уровне 60% и высвобождению 41 % ксилозы.
В работе [14] паровая обработка применялась для производства этанола из некоторых лигноцеллюлозных материалов. Стружка тополя и эвкалипта обрабатывалась в течение 4 минут при температуре 210°С, пшеничная солома - 8 минут при 190°С, жом сахарного сорго - 2 минуты при 210°C. Паровой взрыв тщательно растворил гемицеллюлозные сахара с образованием ксилозы до 75-90 %, в зависимости от субстрата. Для более эффективного разрушения целлюлозных структур возможно сочетание паровой и механической обработки [12].
Особое внимание следует уделять выбору условий паровой обработки. В особых случаях может наблюдаться ухудшение ферментативного расщепления лигноцеллюлозы. Например, конденсаты при паровой обработке пшеничной соломы могут привести к наличию стойких осадков [15].
Паровая предобработка может быть выполнена с добавлением диоксида серы. Это делается с целью улучшения восстановления частиц целлюлозы и гемицеллюлозы. Обработку проводят 1-4% диоксидом серы при повышенных температурах (160-230°С) в течение 10 минут [16]. Изучение предварительной паровой обработки ивы с добавлением Э02 или ^Э04 в целях восстановления целлюлозы и гемицеллюлозы показало, что максимальный выход глюкозы наблюдается при обработке ивы 1% Э02 при 200°С. Однако, выход ксилозы был не таким высоким, как при предварительной обработке разбавленной серной кислотой.
Разрушение целлюлозы аммиаком (РЦА) - один из физико-химических процессов предобработки. Биомасса подвергается воздействию жидкого аммиака при относительно высокой температуре (90-100°С) в течение, например, 30 минут, с последующим резким снижением давления.
Основные параметры РЦА - загрузка, температура, количество воды, давление, время и количество процедур [17]. В результате РЦА возможно получить только твердый материал, в то время как другие способы предобработки приводят к получению взвеси, которая может быть разделена на твердые и жидкие фракции.
Процесс РЦА может изменить или существенно уменьшить долю лигнина в лигноцеллюлозных материалах, в то время как частицы гемицеллюлозы и целлюлозы остаются незатронутыми. При оптимальных условиях, РЦА может значительно улучшить ферментативный гидролиз. Оптимальные условия для РЦА зависят от конкретных лигноцеллюлозных материалов. Например, оптимальные условия для предобработки проса -температура около 100°С, соотношение аммиака и сухого материала 1:1, то есть 1 кг аммиака на 1кг сухого материала, время выдержки - 5 минут [18]. Одно из преимуществ РЦА в том, что при такой предобработке не образуются ингибирующие побочные продукты. Что происходит, например, при паровой обработке и обработке разбавленными кислотами. Однако, часть фенольных фрагментов лигнина и других частиц клеточной оболочки могут оставаться на поверхности целлюлозы. Таким образом, может быть необходима промывка водой, что ведет к увеличению количества сточных вод. Есть и некоторые недостатки в использовании процесса РЦА по сравнению с другими процессами. РЦА более эффективно при обработке биомасс с низким содержанием лигнина. При предобработке РЦА хуже расщепляется гемицеллюлоза, чем, например, при использовании разбавленных кислот. Кроме того, необходимо утилизировать аммиак после предобработки.
Сверхкритический углекислый газ используется как растворитель в связи с рядом преимуществ, таких, так, относительно низкая цена, нетоксичность, негорючесть, легкое восстановление после экстракции и экологическая применимость. Сверхкритический углекислый газ обладает более быстрым массовым передвижением по сравнению с традиционными жидкими органическими растворителями. [19]. Было доказано, что в присутствии воды СО2 в жидкой форме может существенно улучшить ферментативное расщепление осины (лиственные породы) и сосны болотной (хвойные породы). Делигнификация с СО2 при высоких давлениях может быть улучшена путем добавления сорастворителей, например, этанол-вода или уксусная кислота-вода [20].
Также представляет интерес одновременная предобработка паровым взрывом и углекислым газом [21, 22]. Авторам работы [22] удалось получить 90 % выход глюкозы при одновременной предобработке СО2 и ферментативном гидролизе. Целлюлаза оставалась устойчивой при обработке сверхкритичной двуокисью углерода при давлении до 160 бар в течение 90 минут при 50°С. Они обнаружили, что кинетические константы гидролиза в сверхкритических условиях были увеличены, по сравнению с теми же при атмосферных условиях. Зенг с соавторами [21] утверждает о стабильности ферментов целлюлазы в сверхкритическом углекислом газе при температуре 35°С. Только через 5 дней происходит небольшая потеря активности (около 10 %).
Авторы работы [19] исследовали предобработку целлюлозных материалов при помощи сверхкритического углекислого газа. После воздействия СО2 под давлением, за счет
разрушения целлюлозной структуры увеличивается доступная поверхность субстрата для ферментативного гидролиза. Важным фактором является температура. Эксперименты могут проводиться на сверхкритических или докритических температурах (соответственно, выше или ниже 31.1°С). Результаты экспериментов показали, что использование сверхкритического углекислого газа эффективнее, чем докритического [19]. Причиной этого может стать низкая диффузия жидкого углекислого газа. В докритических условиях молекулы углекислого газа хуже проникают в целлюлозные структуры. Чем выше давление углекислого газа, тем больше выход глюкозы, следовательно, высокое давление предпочтительнее для проникновения молекул СО2 в поры целлюлозы [19]. Наряду с этими преимуществами, применение процессов сверхкритического СО2 может быть слишком дорогим для промышленных масштабов.
Один из методов предобработки лигноцеллюлозных материалов, используемый уже несколько десятилетий, например, в целлюлозной промышленности, это предобработка горячей водой. Под давлением вода проникает в биомассу, гидратирует целлюлозу, и извлекает гемицеллюлозу и часть лигнина. Основное преимущество - отсутствие необходимости в использовании реагентов и коррозийностойких материалов. Для этого метода предобработки не требуется энергоемкого процесса сокращения объема исходного сырья. К тому же, требуется значительно меньше реагентов для нейтрализации полученного гидрализата. Углеводы гемицеллюлозы расщепляются как водорастворимые олигосахариды и могут быть отделены от нерастворимых частиц целлюлозы и лигнина. Предобработка горячей водой увеличивает доступную поверхность целлюлозы для ферментативного гидролиза [4].
Оба метода предобработки паром и горячей водой относятся к гидротермальным. Преимущества предобработки горячей водой перед паром - высокий уровень восстановления пентозанов и небольшое количество образуемых ингибиторных компонентов.
Например, обработка обезкрахмаленного кукурузного волокна горячей водой при температуре 160°С в течение 20 минут высвободила 75 % ксилана [23]. При более высоких температурах, например, 220°С, с помощью этого способа за 2 минуты можно полностью извлечь гемицеллюлозу и частично - лигнин, не используя при этом каких-либо химических веществ [24].
Удаление ксилана в фильтровальном аппарате или корректировка уровня рН во время процесса, может снизить образование ингибиторов, таких, как фурфурол [27]. Для оптимизации ферментативной переработки необходим контроль уровня рН, температуры и времени воздействия [5, 25, 26]. Оптимальные условия для предобработки горячей водой кукурузных стеблей - 15 минут при 190°С, при этом 90 % целлюлозы подверглось ферментативному гидролизу [25]. Предварительная обработка при 160°С и рН выше 4.0 может расщепить 50 % кукурузных волокон за 20 мин [26]. Результаты показали, что обработка горячей водой привела к получению 80 % растворимых олигосахаридов, 20 % моносахаридов и потере менее 1 % углеводов.
Лейзер и соавторы [27] сравнили результаты предобработки горячей водой и паром жома сахарного тростника, который в дальнейшем использовался для производства этанола. Испытания проводились в 25-литровом аппарате при температуре от 170°С до 230°С, время воздействия - 1-46 минут, концентрация твердых веществ- 1-8 %. Результаты показали, что оба метода существенно улучшают гидролиз, но при предобработке горячей водой извлечение ксилана происходило лучше. При оптимальных условиях, результаты предобработки горячей водой сравнимы с полученными при предобработке разбавленными кислотами, но при таком методе не требуется наличия кислот и утилизации отходов. Было также установлено, что предпочтительными являются высокие температуры выше 220°С, малое время воздействия (менее 2 минут) и низкое содержание твердых веществ (менее 5 %).
Главным образом, предобработка горячей водой извлекает гемицеллюлозу. Было предложено использовать двухэтапную предобработку - горячей водой для извлечения гемицеллюлозы и, например, аммиачную предобработку для делигнификации [28].
Щелочная предобработка подразумевает использование щелочных растворов, например, Ыа0Н, Са(0Н)2 или аммиака для извлечения лигнина и части гемицеллюлозы, а также повышения доступности целлюлозы для ферментов. Щелочная предобработка может привести к резкому росту уровня осахаривания [29]. Предобработка выполняется при низких температурах, относительно долгом времени воздействия и высокой концентрации. Например, в пропитанной 10 % аммиаком соевой соломе, находившейся в течение 24 часов при комнатной температуре, уровень гемицеллюлозы и лигнина понизился соответственно на 41.45 % и 30.16 % [30]. Этот способ более эффективно используется для предобработки сельскохозяйственных отходов, а не древесных материалов.
Изучена эффективность воздействия Э02, Ыа2С03 и ЫаОН при ферментативной переработке виноградной выжимки [31]. Лучшие результаты были получены при обработке
1 % раствором Ыа0Н при 120°С. Ферментативная переработка стеблей хлопка с помощью предобработки серной кислотой, гидроксидом натрия, перекисью водорода и озоном [32] показала, что при применении гидроксида натрия уровень делигнификации был выше (65 % с
2 % Ыа0Н течении 90 минут при 121°С) и происходило преобразование целлюлозы (60.8 %). Ряд авторов [33] отмечает, что при использовании Ыа0Н уровень ферментативной переработки выше, чем при ^Э04. По сравнению с кислотными или окислительными реагентами, щелочная предобработка является наиболее эффективной в разрушении эфирных связей между лигнином, гемицеллюлозой и целлюлозой, а также позволяет избежать фрагментации полимеров гемицеллюлозы.
Обработка сырья щелочью и перекисью - эффективный способ предобработки биомассы. Лигноцеллюлоза замачивается при комнатной температуре в рН-регулируемой воде (например, при помощи Ыа0Н, уровень рН -11-12), содержащей Н202 в течение 6-24 ч. [34] доказали, что таким способом из пшеничной соломы ферментативным осахариванием может быть получен сбраживаемый сахар с хорошим выходом (97 %). В другой работе [35] утверждается, что разбавленная щелочная перекись (7.5 % Н202, рН 11.5; 35°С; 24 ч) -эффективный способ предобработки рисовой шелухи, который после ферментативного гидролиза ведет к почти полной (96 %) переработке шелухи в сахар. При этом не было обнаружено образование фурфурола или гидроксиметилфурфурола в течение всего процесса. Мишима с соавторами [36] провел 20 различных процессов предобработки с целью улучшения ферментативного гидролиза водяного гиацинта и пистии. Наиболее эффективной была признана щелочно-окислительная предобработка при помощи Ыа0Н и Н202.
Авторы работы [15] исследовали двухступенчатую предобработку паром и щелочной перекисью. Пшеничная солома была обработана паром при 200-220° С и давлении 15-22 бар. Затем промытое волокно было делигнифицировано с помощью 2 % Н2О2 при 50°С в течение 5 часов при рН 11.5. Обработка паром привела к существенной потере гемицеллюлозы, и удалению 11-12 % лигнина, в то время как обработка щелочной перекисью привела к удалению 81-82 % лигнина, что в общей сложности дает 92-99 %. Было доказано, что оставшаяся масса содержит только лигнин, что может быть важным для тех, кто планирует дальнейшее использование лигнина. Щелочная предварительная обработка (1 % Ыа0Н в течение 24 ч) на первом этапе солюбилизирует гемицеллюлозу, а второй щелочноокислительный этап (1 % Ыа0Н и 0,3 % Н2О2 в течение 24 ч) производится с целью растворения и окисления лигнина. Такая предобработка эффективна для удаления восков, диоксида кремния.
Органозоль - способ предобработки целлюлозы с органическими или водноорганическими растворителями для удаления или разрушения структуры лигнина и части гемицеллюлозы. Лигноцеллюлоза смешивается с органической жидкостью или водой и нагревается, лигнин и часть гемицеллюлозы разрушается, оставляя при этом целлюлозу в твердой фазе. Возможно добавление катализатора для понижения рабочей температуры или ускорения процесса делигнификации [12]. Благодаря своей чистоте и низкой молекулярной
массе, лигнин может быть извлечен из биомассы с целью выработки технологического тепла и адгезивов на основе лигнина и других продуктов.
При органозольной предобработке возможно использование множества органических и водно-органических растворителей при 150-200°С без добавления катализаторов, таких как щавелевая, салициловая и ацетилсалициловая кислоты. Кроме того, растворитель может дополнять уксусную кислоту, полученную из ацетиловых групп при гидролизе гемицеллюлозы. Используется множество органических растворителей - спирты, эфиры, кетоны, гликоли, органические кислоты, фенолы [12]. Однако, необходимо учитывать стоимость растворителя и легкость его восстановления. Используемые растворители должны быть отделены, например испарением и конденсацией, и утилизированы. Необходимо удаление растворителей из предобработанной целлюлозы, так как они могут стать ингибиторами в процессе ферментативного гидролиза и ферментации или переработки гидролизата.
Для разделения лигнина и гемицеллюлозы органозоль может использоваться вместе с кислотным гидролизом. Лигноцеллюлозное сырье обрабатывается разбавленными водными кислотами (0,5-2,5 н серной кислоты) при температуре около 100°С в течение 10-60 мин, при этом частично гидролизируются фракции гемицеллюлозы [37]. Второй этап - делигнификация в кислой среде (2 н серная кислота) при 81°С в течение 90 мин. На этом этапе добавляется этанол (62.5-87.5 %), для растворения и восстановления лигнина. Незначительная потеря целлюлозы (менее 2 %) и высокая степень выделения лигнина (более 70 %) делают этот двухэтапный процесс подходящим для предобработки лигноцеллюлозы с последующим ферментативным гидролизом.
При производстве этанола применяется предобработка с помощью влажного окисления. Материал обрабатывается водой и воздухом, либо кислородом при температуре выше 120°C (например, 148 - 200°C) в течение, например, 30 мин [38-40]. Основные параметры процесса - температура, время воздействия и давление кислорода. Влажное окисление гемицеллюлозы - это баланс между солюбизацией и деградацией. Процесс эффективен при отделении частиц целлюлозы от лигнина и гемицеллюлозы [12]. Кислород участвует в деградационных реакциях и позволяет процессу протекать при сравнительно низких температурах. Несмотря на это, необходимо контролировать температуру реакции из-за ее высокой скорости и выделения тепла [40]. Основные реакции в предобработке влажным окислением - это образование кислот в гидролитических процессах, а также окислительные реакции. В процессе задействованы все три фракции лигноцеллюлозных материалов. Гемицеллюлоза активно расщепляется на мономерные сахара, лигнин расщепляется и деградирует, а целлюлоза частично деградирует.
Предварительная обработка лигноцеллюлозных материалов может проводиться путем обработки озоном. Благодаря этому методу эффективно деградирует целлюлоза и часть гемицеллюлозы. Обычно предобработка проводится при комнатной температуре, это не влияет на выработку ингибиторов [41]. Озонолиз - дорогостоящая процедура, так как требуется большое количество озона. Основные параметры озонолиза - влажность материала, размер частиц и концентрация озона в газовом потоке. Среди этих параметров, существенным фактором является процент содержания воды в исходном материале, он существенно влияет на солюбилизацию. Оптимальное содержание воды - 30 %, что соответствует точке насыщения волокна. Это эффективный способ предобработки, он не оставляет кислотных или токсичных осадков в материале.
Среди всех химических способов предобработки самым распространенным является гидролиз разбавленными кислотами. Он используется как метод предобработки лигноцеллюлозы для ферментативного гидролиза, либо как метод гидролиза целлюлозы до сбраживаемых сахаров. Применяют различные типы обработки - замешивание, перколяция, вытеснение, противоток и другие. В последнее время были исследованы различные аспекты гидролиза лигноцеллюлозы разбавленными кислотами [42,43]. При повышенной температуре
(например, 140-190°С) и низкой концентрации кислоты (например, 0.1-1 % серной кислоты), можно достичь высокой скорости реакции и значительно улучшить гидролиз целлюлозы. При этом методе предобработки можно добиться почти 100 % извлечения гемицеллюлозы. Этот метод неэффективен в извлечении лигнина, но приводит к разрушению его структуры и увеличению восприимчивости целлюлозы к ферментативному гидролизу [43].
Предобработка с помощью разбавленных кислот может проводиться при высоких температурах (например, 180°C) и коротком времени выдержки (5 минут), либо при более низких температурах (120°С) и относительно долгом времени выдержки (30-90 минут). В работе [44-171] обрабатывали ржаную солому и бермудскую траву при 121°C, различных концентрациях кислот (0.6, 0.9, 1.2 и 1.5 %) и времени выдержки (30, 60 и 90 минут). Emmel и др. (15) проводили предварительную обработку эвкалипта 0.087 и 0.175 % H2SO4 при 200-210°C в течении 2-5 минут. Оптимальная обработка для восстановления гемицеллюлозы 210°C в течение 2 минут, а более низкой температуры (200°С) оказалось достаточно для выхода 90 % конвертируемой целлюлозы.
Основным недостатком ряда методов предварительной обработки, особенно при низких значениях рН, является формирование различных типов ингибиторов, таких как карбоновые кислоты, фураны и фенольные соединения [43]. Эти вещества не влияют на ферментативный гидролиз, но подавляют рост микроорганизмов и брожение, результатом чего может стать низкий выход этанола [42]. Большинство рассмотренных методов предобработки имеет множество преимуществ, что делает их интересными в промышленном применении.
Литература
1. Мухачев, С.Г. Организация производства топливного спирта в Республике Татарстан / С. Г. Мухачев, И. С. Владимирова, Р. Т. Валеева // Вестник Казан. технол. ун-та.- 2006. - №5.- С. 21-26.
2. Mohammad, J. Pretreatment of Lignocellulosic Wastes to Improve Ethanol and Biogas Production: A Review. / J. Mohammad, K. Keikhosro // Int. J. Mol. Sci. - 2008, №9. - С. 1621-1651.
3. Walpot J.I. Enzymatic hydrolysis of waste paper. Conserv. Recycling. - 1986, №9. - С. 127-136.
4. Zeng, M. Microscopic examination of changes of plant cell structure in corn stover due to hot water pretreatment and enzymatic hydrolysis / M. S. Zeng, N.S. Mosier, C.P. Huang etc. // Biotechnol. Bioeng. -2007, №7. - С. 265-278.
5. Fan, L.T. Mechanism of the enzymatic hydrolysis of cellulose: Effects of major structural features of cellulose on enzymatic hydrolysis / L.T. Fan, Y. T. Lee, D.H. Beardmore // Biotechnol. Bioeng. - 1980, №2. - С.177-199.
6. Sidiras, D.K. Acid saccharification of ball-milled straw / D.K. Sidiras, E.G. Koukios // Biomass. - 1989, №9. - С. 289-306.
7. Mais, U. Enhancing the enzymatic hydrolysis of cellulosic materials using simultaneous ball milling / U.T. Mais, A.R. Esteghlalian, J.N. Saddler etc. // Appl. Biochem. Biotechnol. - 2002, №8. - С. 815-832.
8. Jin, S. Superfine grinding of steam-exploded rice straw and its enzymatic hydrolysis / S. Jin, H. Chen // Biochem. Eng. J. - 2006, №3. - С. 225-230.
9. Henley, R.G. Enzymatic saccharification of cellulose in membrane reactors / R.G. Henley, R.Y. Yang // Greenfield Enzyme Microb. Tech. - 1980, №2. - С. 206-208.
10.Mooney, C.A. The effect of fiber characteristics on hydrolysis and cellulase accessibility to softwood substrates / S.D. Mansfield, R.P. Beatson, J.N. Saddler // Enzyme Microb. Tech. - 1999, №5. - С. 644-650.
11.Boussaid, A. Fermentability of the hemicellulose-derived sugars from steam-exploded softwood (Douglas fir) / A. Boussaid, J. Robinson, Y.J. Cai etc. // Biotechnol. Bioeng. - 1999, №4. - С. 284-289.
12.Chum, H.L. Evaluation of pretreatments of biomass for enzymatic hydrolysis of cellulose / H.L. Chum, L.J. Douglas, D.A. Feinberg etc. // Solar Energy Research Institute. - Colorado,1985, №1. - С. 1-64.
13.Ruiz, E. Evaluation of steam explosion pretreatment for enzymatic hydrolysis of sunflower stalks/ E. Ruiz, C. Cara, P. Manzanares etc. // Enzyme Microb. Tech. - 2008, №2. - С.160-166.
14.Ballesteros, M. Ethanol from lignocellulosic materials by a simultaneous saccharification and fermentation process (SFS) with Kluyveromyces marxianus CECT 10875 / M. Ballesteros, J.M. Oliva, M.J. Negro etc. // Process Biochem. - 2004, №9. - С. 1843-1848.
15.Sun, X.F. Characteristics of degraded cellulose obtained from steam-exploded wheat straw / X.F. Sun, R.C. Fowler, P. Bairdd // Carbohyd. Res. - 2005, № 4. - С. 97-10б.
16.Eklund,, R. The influence of SO2 and H2SO4 impregnation of willow prior to steam pretreatment / R. Eklund, M. Galbe, G. Zacchi // Bioresource Technol. - 1995, №2. - С. 225-229.
17.Holtzapple, M.T. The ammonia freeze explosion (AFEX) process - A practical lignocellulose pretreatment / M.T. Holtzapple, J.H. Jun, G. Ashok etc. // Appl. Biochem. Biotechnol. - 1991, №8. - С. 59-74.
1B.Alizadeh, H. Pretreatment of switchgrass by ammonia fiber explosion (AFEX) / H. Alizadeh, F. Teymouri, T.I. Gilbert etc. // Appl. Biochem. Biotechnol. - 2005, №4. - С. 1133-1141.
19.Zheng, Y. Supercritical carbon dioxide explosion as a pretreatment for cellulose hydrolysis / Y. Zheng, H.-M. Lin, J. Wen etc. // Biotechnol. Lett. - 1995, №7. - С. 845-850.
20.Pasquini, D. Extraction of lignin from sugar cane bagasse and Pinus taeda wood chips using ethanol-water mixtures and carbon dioxide at high pressures / D. Pasquini, M.T. Pimenta, L.H. Ferreira etc. // Supercrit. Fluid. - 2005, №б. - С. 31-39.
21.Zheng, Y. Avicel hydrolysis by cellulase enzyme in supercritical CO2 / Y. Zheng, G.T. Tsao // Biotechnol. Lett. - 199б, №8. -С.451-454.
22.Park, C.Y. Kinetics and rate of enzymatic hydrolysis of cellulose in supercritical carbon dioxide / C.Y. Park, Y.W. Ryu, C. Kim etc. // Chem. Eng. - 2001, №8. - С. 475-478.
23.Dien, B.S. Enzymatic saccharification of hot-water pretreated corn fiber for production of monosaccharides / B.S. Dien, X L. Li, L.B. Iten etc. // Enzyme Microb. Tech. - 200б, №9. - С. 1137-1144.
24.Sreenath, H.K. Enzymic saccharification of alfalfa fibre after liquid hot water pretreatment / H.K. Sreenath, R.G. Koegel, A.B. Moldes etc. // Process Biochem. - 1999, №5. - С. 33-41.
25.Mosier, N. Optimization of pH controlled liquid hot water pretreatment of corn stover / N. Mosier, R. Hendrickson, M. Sedlak etc. // Bioresource Technol. - 2005, №б. - С. 198б-1993.
26. Mosier, N.S. Industrial scale-up of pH-controlled liquid hot water pretreatment of corn fiber for fuel ethanol production / N.S. Mosier, R. Hendrickson, M. Brewer etc. // Appl. Biochem. Biotechnol. - 2005, №5. - С. 7-97.
27.Laser, M. A comparison of liquid hot water and steam pretreatments of sugar cane bagasse for bioconversion to ethanol / M. Laser, D. Schulman, S.G. Allen etc. // Bioresource Technol. - 2002, №1. - С. 33-44.
28.Kim, S. Effect of structural features on enzyme digestibility of corn stover / S. Kim, M.T. Holtzapple // Bioresource Technol. - 200б, №7. - С.583-591.
29.Kassim, E.A. Enzymatic and chemical hydrolysis of certain cellulosic materials / E.A. Kassim, A.S. El-Shahed // Agr. Wastes. - 198б, №7. - С. 229-233.
30.Xu, Z. Enzymatic hydrolysis of pretreated soybean straw / Z. Xu, Q. Wang, Z. Jiang etc. // Biomass Bioenerg. - 2007, №1. - С.1б2-1б7.
31. Vaccarino, C. Effect of SO2, NaOH and Na2CO3 pretreatments on the degradability and cellulase digestibility of grape marc / C. Vaccarino, R.B. Lo Curto, M.M. Tripodo etc. // Biol. Waste. - 1987, №2. - С. 79-88.
32.Silverstein, R.A. A comparison of chemical pretreatment methods for improving saccharification of cotton stalks / R.A. Silverstein, Y. Chen, R.R. Sharma-Shivappa etc. // Bioresource Technol. - 2007, №8. -С. 3000-3011.
33.Zhao, X. Comparative study on chemical pretreatment methods for improving enzymatic digestibility of crofton weed stem / X. Zhao, L. Zhang, D. Liu // Bioresource Technol. - 2007, №9. - С. 3729-373б.
34.Saha, B.C. Ethanol production from alkaline peroxide pretreated enzymatically saccharified wheat straw / B.C. Saha, M.A. Cotta // Biotechnol. Progr. - 200б, №2. - С. 449-453.
35.Saha, B.C. Enzymatic saccharification and fermentation of alkaline peroxide pretreated rice hulls to ethanol /. B.C. Saha, M.A. Cotta // Enzyme Microb. Tech. - 2007, №1. - С.528-532.
3бMishima, D. Comparative study on chemical pretreatments to accelerate enzymatic hydrolysis of aquatic macrophyte biomass used in water purification processes / D. Mishima, M. Tateda, M. Ike etc. // Bioresource Technol. - 200б, №7. - С. 21бб-2172.
37.Papatheofanous, M.G. Two-stage acidcatalyzed fractionation of lignocellulosic biomass in aqueous ethanol systems at low temperatures / M.G. Papatheofanous, E. Billa, D.P. Koullas etc. // Bioresource Technol. - 1995, №4. - С. 305-310.
38.Palonen, H. Evaluation of wet oxidation pretreatment for enzymatic hydrolysis of softwood / H. Palonen, A.B. Thomsen, M. Tenkanen etc. // Appl. Biochem. Biotechnol. - 2004, №7. - С. 1-17.
39. Varga, E. High Solid Simultaneous Saccharification and Fermentation of Wet Oxidized Corn Stover to Ethanol / E. Varga, H.B. Klinke, Reczey, K. etc. // Biotechnol. Bioeng. - 2004, №8. - С. 5б7-574.
40. Garrote, G. Hydrothermal processing of lignocellulosic materials / G. Garrote, H. Dominguez, J.C. Parajo // Holz Als Roh-und Werkst. - 1999, №7. - С. 191-202.
41. Vidal, P.F. Ozonolysis of Lignin - Improvement of in vitro digestibility of poplar sawdust / P.F. Vidal, J. Molinier // Biomass. - 1988, №б. - С. 1-17.
42.Taherzadeh, M.J. Acid-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials: A review / M.J. Taherzadeh, K. Karimi // BioResources. - 2007, №2. - С. 472-499.
43. Taherzadeh, M.J. Enzymatic-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials: A review / M.J. Taherzadeh, K.Karimi // BioResources. - 2007, №2. - С. 707-738.
44.Sun, Y. Dilute acid pretreatment of rye straw and bermudagrass for ethanol
45. Production / Y. Sun, J.J. Cheng // Bioresource Technol. - 2005, №1. - С.1599-б0б.
© М. В. Харина - асс., асп. каф. химической кибернетики КНИТУ, [email protected]; О. Н. Григорьева - ст. препод. каф. иностранных языков в профессиональной коммуникации КНИТУ, [email protected].
