ВЛИЯНИЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

эфира.

Следует отметить, что предложенная методика не относится к разряду экспрессных при проведении термостатирования образцов при температуре 90 оС, однако, она является безопасной и дает полноценное представление о химической стойкости опытных образцов в соответствии с критерием стоящей на вооружении в отрасли методики [8], но с использованием современной аналитической базы.

ВЫВОДЫ

Разработан безопасный метод оценки химической стойкости НЦ с применением хро-матографического анализа газообразных продуктов распада. Данный метод апробирован на образцах НЦ из хлопка и альтернативных видов целлюлозы (мискантуса и плодовых оболочек овса), показана перспективность его использования для исследования характеристик поисковых НЦ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жегров Е.Ф., Милехин Ю.М., Берковская Е.В. Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив: в 2-х т. -Технология: монография. - М.: РИЦ МГУП им. И. Федорова, 2011. - Т.1. - С. 95-103.

2. Питеркин РН., Просвирнин Р.Ш., Петров Е.А. Технология нитроэфиров и нитросодержащих промышленных взрывчатых веществ. - Монография. -Бийск: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 2012. -С. 252-256.

3. Торгун, И.Н. Лен в пороховой промышленности / И.Н. Торгун [и др.]. - М.: ФГУП «ЦНИИХМ», 2012. - 248 с.

4. Будаева В.В., Митрофанов РЮ., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. Новые сырьевые источники целлюлозы для технической химии // Вестник Казанского технологического университета. - Казань: Издательство КГТУ. - 2011.- № 7. - С. 205-212.

5. Якушева А.А., Будаева В.В., Бычин Н.В., Сакович Г.В. Получение и стабилизация нитратов целлюлозы из плодовых оболочек овса // Ползуновский

УДК 661.728.7:577.152.3

вестник. - 2013. - № 1. - С. 211-215.

6. Якушева А.А., Золотухин В.Н., Будаева В.В., Митрофанов РЮ. Нитраты целлюлозы из российского мискантуса и отходов злаков / Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы V Всерос. конф., Барнаул, 24-26 апреля 2012 г. // Под ред. Н.Г. Базарновой,

B.И. Маркина. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2012. -

C. 46-48.

7. Якушева А.А. Стабилизация нитратов целлюлозы из мискантуса и плодовых оболочек овса / Молодежь и наука на Севере: материалы III Всероссийской молодежной научной конференции, 22-26 апреля 2013 г, г. Сыктывкар: в 2-х т. / Коми научный центр УрО РАН. - Сыктывкар: Редакционно-из-дательский отдел Коми научного центра УрО РАН, 2013. - Т. 2. - С. 69-70.

8. ГОСТ В 10836. Нитроцеллюлоза. Метод определения химической стойкости. Издание официальное. - М.: Издательство стандартов, 1975. -С. 44-49.

Вдовина Наталья Павловна, руководитель группы, кандидат технических наук ОАО «ФНПЦ «Алтай», [email protected], ул. Социалистическая, 1б, Бийск, 659322, Россия. Тел.: (3854) 301393, 301050; факс: (3854) 311309, 253403.

Будаева Вера Владимировна, заведующая лабораторией биоконверсии, кандидат химических наук, доцент Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), [email protected] , ул. Социалистическая, 1, Бийск, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-59-85, факс (3854) 30-17-25.

Якушева Анна Александровна, младший научный сотрудник лаборатории биоконверсии, аспирант Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), [email protected], ул. Социалистическая, 1, Бийск, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-59-85, факс (3854) 30-17-25.

ВЛИЯНИЕ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ

Т.П. Щербакова1, Е.В. Удоратина1, Е.И. Макарова2, В.В. Будаева2

Исследовано влияние механохимических и химических воздействий на физико-химические характеристики и функциональный состав лигноцеллюлозы соломы ржи. Проведено тестирование полученных лигноцеллюлоз в качестве субстратов для гидролиза комплексным фер-

224 ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 3, 2013

ментным препаратом. Установлена зависимость реакционной способности субстратов к ферментации от способа их получения.

Ключевые слова: лигноцеллюлозные материалы, солома ржи, механохимические обработки, ферментативный гидролиз, редуцирующие вещества.

ВВЕДЕНИЕ

Разработка эффективных технологий преобразования растительного сырья для процесса получения биотоплива второго поколения стала приоритетным вопросом для общества в силу увеличивающейся потребности в топливе, создавшихся экологических проблем и сокращения энергетически полезных ископаемых. Перспективным направлением исследований в этой области по-прежнему является изучение ферментативного гидролиза для преобразования лигноцеллюлозной биомассы.

Для успешного процесса ферментативного гидролиза растительных полимеров любого биологического происхождения необходимо: использование эффективных для субстрата ферментных препаратов, предварительная подготовка растительного сырья (подготовка субстрата), разработка оптимальных параметров процесса ферментолиза [1-3].

Необходимым условием гидролитической реакции является непосредственный контакт (физический) между ферментом и субстратом. Такой контакт «фермент-субстрат» может быть достигнут только диффузией молекул фермента к доступным участкам поверхности целлюлозы.

При этом кроме необходимого соответствия размеров и диффузионной способности ферментов с капиллярной структурой целлюлозы, важное значение имеют кристалличность и содержание сопутствующих компонентов в исследуемой целлюлозе. Известно, что эффективность ферментативного гидролиза возрастает с уменьшением степени кристалличности (СК) и со снижением содержания сопутствующих компонентов (лигнина) [4].

Устойчивость к действию ферментов высоко кристаллической целлюлозы по сравнению с аморфизированной определяется так же конформационной и стерической жесткостью глюкопиранозных звеньев в кристаллических областях целлюлозы.

Таким образом, предварительная подготовка лигноцеллюлозных материалов, обеспечивающая эффективный ферментативный гидролиз целлюлозы, должна гарантировать уменьшение СК целлюлозы и повышение глубины ее делигнификации. Также имеет значение общая поверхность целлюлозного суб-

страта.

Известные методы предварительной подготовки растительных субстратов для ферментативного гидролиза разделяются на химические и физические. Химические методы - методы делигнификации (кислотные и щелочные). При щелочном (сульфатном) методе делигнификации удаление лигнина сопровождается значительными потерями легкогидролизуемой части целлюлозы. При кислотном (сульфитном) методе разрушение лигнина происходит под действием свободной SO2 и без потерь целлюлозы. Физические методы предварительной обработки растительных композиционных полимеров ограничиваются в основном измельчением их в мельницах различного типа. В результате механического измельчения происходит уменьшение размера частиц, увеличение площади поверхности и значительное уменьшение СК материалов [5, 6, 7].

Данная работа направлена на поиск новых подходов к процессам физико-химической подготовки субстратов на основе лигноцеллю-лозы травянистого происхождения для ферментативного гидролиза.

Для этого решался комплекс задач, заключающийся в исследовании влияния активирующих растительное сырье обработок - меха-нохимических и химических воздействий - на физико-химические характеристики и функциональный состав полученных продуктов, а также в установлении закономерностей ферментативной деструкции лигноцеллюлозных материалов от вида и способа их получения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектом исследования являлись стебли ржи, отобранные в конце вегетативного периода (Республика Коми, г. Сыктывкар) с содержанием следующих компонентов: лигнина (23,0±2,0) %, целлюлозы (35,0±2,5) %, минеральных веществ (3,8±0,2) %, экстрагируемых веществ (2,8±0,2) %, пентозанов -(31,0±1,2) %.

Предварительная подготовка растительного материала проведена согласно структурной схеме, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема подготовки растительного материала

Делигнификация (щелочная, сульфитная) растительного материала проводилась в лабораторном автоклаве периодического действия в два этапа, заключающихся в пропитке сырья и собственно делигнификации. Основные технологические параметры: равномерное поднятие температуры до 120-125 °С и давления 1,20-1,25 МПа в течение 30-40 мин, общая продолжительность процесса - 90 мин.

S-эмульгирование проводили на установке РПА (роторно-пульсационный аппарат) «^-эмульгатор», с адаптацией технологии получения механической массы из щепы (термомеханической и химикотермомеханической) к соломенному сырью. Высушенные стебли предварительно измельчали (частицы размером 2-4 мм). В емкость «^-эмульгатора» объемом 6 л заливали 3 л реагента (Н2О или раствор №ОН) и при скорости вращения рото-

ра 100 мин-1 загружали 100 г подготовленного образца сырья. Эмульгирование проводили в интервале 15-60 мин при температуре 80 °С.

Ультразвуковую обработку (УЗ) проводили на установке Шгасошс Сепега№г ^ 10 при частоте звука (22±0,5) кГц, выходной мощности 750 Вт, температуре от 45 °С до 65 °С в течение 5-60 мин.

Мацерацию (набухание) сырья проводили в течение 6-8 ч в водной среде.

Полученные образцы подвергались облагораживанию (окислительной делигнификации) пероксидом водорода (Н2О2) с расходом 2,5 % от абсолютно сухой навески образца в слабощелочной среде по методике, описанной в работе [8].

В результате определенной комбинаторной подготовки получены образцы, представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Спецификация образцов

Обозначение Схема подготовки

10 Сульфитная делигнификация (№^03) - окислительная делигнификация (Н2О2)

11 S-эмульгирование (Н2О) - отбелка (Н2О2)

12 S-эмульгирование (Н2О) - Лиофильная сушка

13 S-эмульгирование (№ОН) - Лиофильная сушка

14 S-эмульгирование (Н2О) - окислительная делигнификация (Н2О2) с УЗ

15 Мацерация - S-эмульгирование (№ОН) - окислительная делигнификация (Н2О2) с УЗ

Ферментный гидролиз проводили с использованием ферментных препаратов (ФП) «Брюзайм» и «Целлолюкс-А» по методике [3]. В фильтрате определяли концентрацию реду-

цирующих веществ (РВ) в пересчете на глюкозу спектрофотометрически и концентрацию пентоз железоорсиновым способом. Выход РВ рассчитан с учетом коэффициента 0,9, свя-

занного с присоединением молекулы воды к ангидроглюкозным остаткам соответствующих мономерных звеньев в результате ферментативного гидролиза.

Изучение структуры образцов проводили методом рентгенофазового анализа (РФА) на рентгенодифрактометре XRD-600 <^Ыта-dzu» (начальный угол 5,00 град., конечный угол 40,00 град., шаг измерения 0,05 град.). Дифракционная интенсивность измерялась в интервале углов дифракции 20 от 5° до 40° с шагом 5°, расчёт СК осуществляли по методу Сегала [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Так как эффективность ферментативного гидролиза лигноцеллюлоз напрямую зависит от содержания сопутствующих компонентов в сырье и СК целлюлозы, то основными критериями в подготовке образцов являлись: степень делигнификации и СК лигноцеллюлозных материалов. Характеристики образцов на основе соломы ржи, подготовленных различными комбинациями обработок, представлены в таблице 2.

Показано, что в результате высокотемпературной делигнификации (образец 10) происходит снижение содержания лигнина на 80 % по сравнению с исходным значением, содержание лигнина в образце достигает 4,1 %. Содержание а-целлюлозы при этом составляет 79 %, что на 40 % выше, чем в исходном сырье.

Процесс S-эмульгирования соломы в водной среде (образец 12 и 14) характеризуется высокими выходами - 95 % и 85 % соответственно и практически полным сохранением природного компонентного состава (содер-

Для оценки изменений, происходящих в структуре лигноцеллюлозных образцов при воздействии химической и механоаку-стической обработок, использовали метод РФА, позволяющий определить изменение соотношения кристаллических и аморфных

жание лигнина в образце снижается лишь на 3,6 % и составляет 19,4 %).

Процесс S-эмульгирования соломы в 1 %-ном растворе гидроксида натрия (образцы 13 и 15) характеризуется снижением выхода образца до 70 % и понижением содержания лигнина до 6,8 %, содержание а-целлюлозы в образце составляет - 86 %.

Последующая окислительная делигнифи-кация исследуемых образцов (образцы 10, 11, 14, 15) пероксидом водорода в режиме образования гидропероксид-ионов (НОО-) [8] позволяет повысить степень очистки образцов, содержание лигнина в них составляет 0,8 %^3,0 %. Использование УЗ-интенсификации на стадии окислительной делигнификации образцов (14 и 15) пероксидом водорода в большей степени сказывается на значении содержания лигнина в образце, полученном S-эмульгированием в водной среде (образец 14), снижая его на 88 %. Дополнительная УЗ-обработка образца 15 сопровождается незначительным изменением содержания лигнина и целлюлозы.

Образцы, полученные высокотемпературной делигнификацией и механическим S-эмульгированием в водной среде, незначительно отличаются (~ 6%) по значению средней степени полимеризации, вычисленному по вязкости растворов образцов в кадоксене, СП = 760 и 810. Применение УЗ-интенси-

ср. ~

фикации в водной среде и растворе гидрооксида натрия при сочетании с окислительной делигнификацией пероксидом водорода способствует снижению СП на 28,4 % и 35,8 %

* ср. ' '

соответственно (от максимального вышеуказанного значения).

участков в образцах при обработках. На диф-рактограммах образцов лигноцеллюлоз (рисунок 2) наблюдаются основные рефлексы с максимумами в области углов дифракции 20 15,5°-16,0°, 22,3°-22,5° и 34°-35°, характерные для структурной модификации целлюлозы I.

Таблица 2 - Характеристика образцов, подготовленных для ферментативного гидролиза

Образец I ступень обработки II ступень обработки Выход, % СПср.

Содержание лигнина, % Содержание а-целлюлозы, % Содержание лигнина, % Содержание а-целлюлозы, %

00 - - 23,0 46,0 100,0 -

10 4,1 79,0 0,8 78,5 46,4 810

11 19,4 75,0 3,0 - 87,4 760

12 19,4 75,0 - - 95,0 800

13 6,8 86,0 - - 70,0 680

14 19,4 75,0 2,4 74,0 85,5 580

15 6,8 86,0 3,2 78,0 63,0 520

3000 ■

12500 ■

3 -

2000 ■

' 2 "1500 ■ / \

5 10 15 20 26,град 25 30 35 40

Рисунок 2. - Дифрактограммы лигноцеллюлозных материалов, выделенных из соломы ржи различными способами: 1 - образец 10; 2 - образец 11;

3 - образец 15.

Значения СК, рассчитанные по отношению интенсивностей рефлексов при углах дифракции 20 в областях 22,3°-22,8° и 18,5°-18,9°, характеризующих кристаллические и аморфные составляющие целлюлозной макромолекулы, представлены в таблице 3.

Учитывая, что СК экстрагированной соломы составляет 75 % [10], сульфитная высокотемпературная делигнификация с последующей обработкой пероксидом водорода лигноцеллюлозы (образец 10) приводит к повышению степени кристалличности, значение которой составляет 80 %. В результате S-эмульгирования сырья в водной среде (образец 11) значение СК понижается до 66,3 %, что указывает на аморфизацию образца в процес-

се обработки. Комбинация механоакустических воздействий на макромолекулу лигноцеллюлозы (образец 15) способствует еще большей аморфизации продукта, СК составляет 62,7 %.

Полученные образцы лигноцеллюлоз были использованы в качестве субстратов для гидролиза ферментным комплексом, состоящим из препаратов «Брюзайм BGX» и «Целлолюкс-А». Реакционную способность лигноцеллюлоз при ферментативном гидролизе оценивали по накоплению редуцирующих веществ (РВ) в гидролизатах в течение 84 ч. На рисунке 3 представлена зависимость концентрации РВ (г/дм3) в пересчете на глюкозу от продолжительности ферментации исследуемых субстратов, в таблице 4 - конечные концентрации РВ и пентоз, а также выход РВ после 84 ч ферментативной обработки.

Показано, что исследуемые субстраты на основе соломы ржи характеризуются постепенным накоплением РВ в гидролизатах, причем более эффективно из рассматриваемых субстратов ферментативный гидролиз протекает на субстрате № 10. Концентрация РВ через 72 ч обработки составляет 28 г/дм3. Повторная добавка ферментативного препарата в субстрат способствует повышению содержания РВ в гидролизате за 12 ч обработки на 4,75 г/дм3 (конечная концентрация РВ 32,75 г/дм3), что составляет лишь 15 % от предыдущего значения. Конечный выход РВ после 84 ч гидролиза составляет 88,4 %.

Таблица 3 - Экспериментальные и расчетные данные дифрактограмм лигноцеллюлоз,

выделенных из соломы ржи

Образец 20, град I002 20, град Iam CK, %

10 22,85 2734 18,95 545 80,1

11 22,50 1752 18,85 590 66,3

15 22,35 3070 18,50 1144 62,7

35

О -■-■-■-■-■-■-■-■-1

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Продолжительность ферментации, ч

Рисунок 3 - Зависимость концентрации РВ в пересчете на глюкозу от продолжительности ферментации лигноцеллюлозных материалов, полученных из соломы ржи химическими и механохимическими обработками

Образцы 11, 14 и 15, полученные в результате обработок, сочетающих механические и химические воздействия, также характеризуются высоким содержанием РВ в гидролизатах, после 72 ч обработки их значения составляют 22,25, 20,25 и 21,50 г/дм3, соответственно. Продолжение ферментативного гидролиза в течение 12 ч при добавлении новой порции препарата повышает концентрацию РВ от 16 % до 25 %, достигая к 84 ч обработки 26,50, 27,00, 25,5 г/дм3. В этом случае конечная концентрация РВ составляет 71,6 %, 72,7 % и 68,9 % соответственно. Таким образом, по увеличению количества редуцирующих веществ в пересчете на глюкозу по окончании ферментативной обработки исследуемые субстраты можно выстроить в ряд (10)

> (14) > (11) > (15) > (13), заключив тем самым, что наибольшей реакционной способностью характеризуется образец лигноцеллюлозы, полученный из соломы ржи сульфитным способом с последующей обработкой стабили-

ВЫВОДЫ

Изучено влияние методов выделения лиг-ноцеллюлозы из соломы ржи и подготовки субстратов на ее основе на реакционную способность к ферментолизу.

Показана зависимость доброкачественности субстрата от содержания лигнинной компоненты и степени кристалличности исследуемых образцов лигноцеллюлозы.

При этом трудно сделать определенное заключение о том, что определяет в большей степени повышение эффективности ферментативного гидролиза - уменьшение степени кристалличности целлюлозы, либо увеличение поверхности, доступной для действия ферментов.

Но, несомненно, лигноцеллюлозные материалы, подготовленные на основе соломы ржи, являются перспективными субстратами для получения глюкозо-пентозных гидролиза-тов с преимущественным содержанием глюкозы (70-88 %).

Работа выполнена при поддержке совместного проекта фундаментальных исследований № 12-С-3-1007, выполняемого ИХ Коми НЦ УрО РАН совместно с ИПХЭТ СО РАН.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. El-Zawawy W.K., Ibrahim M.M., Abdel-Fattah Y.R., Soliman N.A., Mahmoudc M.M. Acid and enzyme hydrolysis to convert pretreated lignocellulosic materials into glucose for ethanol production // Carbohydrate Polymers. - 2011. - V. 84. - P. 865-871.

2. Макарова Е.И., Будаева В.В., Митрофанов РЮ. Использование мультиэнзимных композиций для гидролиза нетрадиционного целлюлозосодер-жащего сырья // Ползуновский вестник. - 2010. - № 4-1. - С. 192-198.

3. Будаева В.В., Скиба Е.А., Макарова Е.И.,

зированным раствором пероксида водорода. При этом вклад пентоз в выход РВ составляет всего 13 %, что свидетельствует о получении глюкозо-пентозного гидролизата с преимуществом именно глюкозы.

Золотухин В.Н., Сакович ПВ., Удоратина Е.В., Кув-шинова Л.А., Щербакова Т.П., Кучин А.В. Получение лигноцеллюлозных материалов из недревесного сырья и исследование их в качестве субстратов ферментативного гидролиза // Ползуновский вестник. - 2013. - № 1. - С. 215-219.

4. Brethauer S., Wyman Ch. E. Review: Continuous hydrolysis and fermentation for cellulosic ethanol production // Bioresource Technology. - 2010.

- V. 101. - Р 4862-4874.

5. Клесов А.А., Синицын А.П. Влияние физико-химических и структурных факторов целлюлозы на эффективность ее ферментативного гидролиза // Биоорганическая химия. - 1981. - Т. 7, № 12. - С. 1801-1812.

6. Ломовский О.И. Обработка дисперсных материалов и сред. // Межд. периодический сб. научн. трудов. - Изд.: Одесса, 2002. - Вып. 12. - С. 133149.

7. Шаполова Е.П., Бычков А.Л., Ломовский О.И. Механическая активация процесса ферментативного осахаривания углеводов рисовой шелухи // Химия в интересах устойчивого развития. - 2012. - № 5. - С. 639-644.

8. Demin V.A., Udoratina E.V., Scherbakova T.P. Acid-Catalutic and Acid-Electrophilic Activation of Lignin before the Delignification by Hydrogen Peroxide // Fifth Europian Workshop on Lignocellulosics and Pulp. Advances in Lignocellulosics Chemistry for Ecologically Friendly Pulping and Bleaching Tecnologies/ Proceedings. University of Aveiro, Portugal. - 1998. - Р. 137-140.

9. Cao Y, Tan H. Study on crystal structures of enzyme-hydrolyzed cellulosic materials by X-ray diffraction // Enzyme Microb. Tech. - 2005. - V. 36. -N 2. - P. 314-317.

10. Щербакова Т.П., Котельникова Н.Е., Бы-ховцова Ю.В. Сравнительные изучения образцов порошковой и микрокристаллической целлюлозы различного природного происхождения. Надмолекулярная структура и химический состав порошковых образцов // Химия растительного сырья. - 2012.

- № 2. - С. 5-14.

Таблица 4 - Характеристики гидролизатов после ферментации субстратов в течение 84 ч

Образец Конечная концентрация РВ в пересчете на глюкозу, г/дм3 Выход РВ в пересчете на глюкозу, % Конечная концентрация пентозанов, г/дм3

10 32,75 88,4 4,45

11 26,50 71,6 4,70

13 12,50 33,8 3,90

14 27,00 72,7 1,30

15 25,50 68,9 0,31

Щербакова Татьяна Петровна, научный сотрудник лаборатории химии растительных полимеров, кандидат химических наук Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук (ИХ Коми НЦ УрО РАН), [email protected], ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982, Россия. Тел. (8212) 21-99-61, факс (8212) 21-84-77.

Удоратина Елена Васильевна, заведующая лабораторией химии растительных полимеров, кандидат химических наук Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук (ИХ Коми НЦ УрО РАН), [email protected], ул. Первомайская, 48, Сыктывкар, 167982, Россия. Тел. (8212) 21-9961, факс (8212) 21-84-77.

УДК 661.728.7:577.152.3

Макарова Екатерина Ивановна, младший научный сотрудник лаборатории биоконверсии, аспирант Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), [email protected], ул. Социалистическая, 1, Бийск, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-59-85, факс (3854) 30-17-25.

Будаева Вера Владимировна, заведующая лабораторией биоконверсии, кандидат химических наук, доцент Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), [email protected], ул. Социалистическая, 1, Бийск, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-59-85, факс (3854) 30-17-25.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФЕРМЕНТОЛИЗА ГИДРОТРОПНЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗ

В.В. Будаева, Е.И. Макарова, М.Н. Денисова, И.Н. Павлов, Г. В. Сакович

Исследован ферментативный гидролиз технических и облагороженных целлюлоз, полученных гидротропным способом из мискантуса и плодовых оболочек овса, с применением промышленных ферментных препаратов. Показано, что выход редуцирующих веществ достигает 55-92 % от массы субстрата. Установлено, что добавление поверхностно активного вещества «Tween 80» обеспечивает увеличение эффективности ферментолиза технической целлюлозы на 12 %.

Ключевые слова: гидротропная варка, мискантус, плодовые оболочки злаков, целлюлоза, ферментативный гидролиз, «Целлолюкс-А», «Брюзайм BGX», Tween 80, редуцирующие вещества, глюкоза.

ВВЕДЕНИЕ

Фундаментальные исследования фер-ментолиза целлюлозы являются предметом междисциплинарного изучения в связи с наличием закономерностей между реакционной способностью целлюлозы к ферментолизу и физико-химическими свойствами и структурными характеристиками целлюлозного субстрата [1]. Поскольку свойства и характеристики субстрата в первую очередь определяются способом получения целлюлозы и методами подготовки к ферментолизу, и отсутствуют сведения о результатах ферментолиза гидротроп-ных целлюлоз, за исключением работы [2], то необходимо было провести сравнительный анализ результатов ферментолиза гидротроп-ных целлюлоз, полученных из разных видов сырья, а также технических и облагороженных между собой. Кроме того, известны способы активации ферментолиза добавками органи-

ческих веществ [3].

Целью данной работы является исследование реакционной способности технических и облагороженных целлюлоз, полученных гидротропным способом из мискантуса и плодовых оболочек овса, а также влияния поверхностно активного вещества «Tween 80» на эффективность ферментолиза.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Гидротропная делигнификация мискантуса и плодовых оболочек овса (ПОО) проведена на качающемся автоклаве [4] и на универсальной термобарической установке (УТБ) [5] в условиях, описанных ниже.

Варка в автоклаве состояла из предварительного гидролиза двух видов сырья при температуре 140 °С без выдержки по времени (модуль 1:8), затем полученную лигноцеллюлозу варили в 30 %-ном растворе бензоата натрия при тем-