ПРЕИМУЩЕСТВА СОВМЕЩЕНИЯ БИОКАТАЛИЧЕСКИХ СТАДИЙ В СИНТЕЗЕ БИОЭТАНОЛА ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Скиба Е.А. , Миронова Г.Ф.

2016 / Номер 4 [ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ ]

Исследована возможность совмещения биокаталитических стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения при получении биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья: мискантуса и плодовых оболочек овса. Предварительная химическая обработка сырья проведена методом щелочной делигнификации, полученные субстраты превращены в раствор сахаров методом ферментативного гидролиза, сбраживание сахаров в этанол проведено с помощью штамма Saccharomyces сerevisiae ВКПМ Y-1693. Получены субстраты, имеющие массовую долю гидролизуемых компонентов 90,9% и 93,7% соответственно. Установлено, что несмотря на различия в температурных оптимумах биокаталитических стадий, при их совмещении выход этанола повышается в 1,4 раза для продукта щелочной делигнификации мискантуса и в 1,2 раза для продукта щелочной делигнификации плодовых оболочек овса; общая продолжительность процесса сокращается в 1,5 раза; исключается стадия фильтрации ферментативного гидролизата. Выявлены преимущества совмещения биокаталитических стадий при получении биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья.

Ключевые слова:

miscanthus,oat hulls,alkaline delignification,enzymatic hydrolysis,alcoholic fermentation,bioethanol

Библиографический список:

1. Somerville C. Feedstocks for lignocellulosic biofuels. Science. 2010, no. 329, pp. 790-792.
2. Mussatto S.I, Dragone G, Guimaraes P.MR [et al.] Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology Advances. 2010, vol. 28, pp. 817-830.
3. DEH Ethanol Standard 18/2004 Report, Setting a Quality Standard for Fuel Ethanol, International Fuel Quality Center, 2004.
4. Ioelovich M., Morag E. Effect of cellulose structure on enzymatic hydrolysis. BioResources. 2011, vol. 6, no. 3, pp. 2818-2834.
5. Ramachandran К.В., Hashim М.А. Simulation studies on simultaneous saccharification and fermentation of cellulose to ethanol. The Chemical Engineering Journal. 1990, vol. 45, no. 2, pp. B27-B34.
6. Saxena A., Garg S.K., Verma J. Simultaneous saccharificatiom and fermentation of waste newspaper to ethanol. Bioresour. Technology. 1992, vol. 42, no. 1, pp. 13-15.
7. Sinitsyn A.P., Gusakov A.V., Chernoglazov V.M. Biokonversiya lignotsellyuloznykh materialov [Bioconversion of lignocellulosic biomass]. Moscow, Izd-vo Moskovskogo universiteta Publ.,1995, 224 p.
8. Sharkov V.I., Sapotnitskii S.A., Dmitrieva O.A. Tekhnologiya gidroliznykh proizvodstv [Technology of wood-hydrolysis productions]. Moscow, Lesnaya promyshlennost' Publ., 1973, 408 p.
9. Skiba E.A. Determination procedure for biological goodness of hydrolyzates from cellulosic biomass using Saccharomyces cerevisiae Y-1693 strain. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya. [Proceedings of Higher School. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, no.1 (16), pp. 34-44. (in Russian)
10. Skiba E.A., Budaeva V.V., Mitrofanov R.Yu. Fermentation of non-target hydrolyzates using Saccharomyces cerevisiae (Y-1693 strain). Polzunovskiy Vestnik. [Polzunov Bulletin]. 2010, no. 4-1, pp. 180-183. (in Russian)
11. Skiba E.A., Baibakova O.V. Study into resistance of Saccharomyces cerevisiae Y-1693 strain to hydrolysis media. Polzunovskiy Vestnik [Polzunov Bulletin]. 2013, no. 3, pp. 214-219. (in Russian)
12. Rumyantsev E.V., Antina E.V., Chistyakov Yu.V. Khimicheskie osnovy zhizni [Chemical Fundamentals of Life]. Moscow, KolosS Publ., 2007, 560 p.
13. Bryanskaya A.V. [et al.] Shtamm bakterii Bacillus stratosphericus, prednaznachennyi dlya polucheniya etanola iz lignotsellyuloznoi biomassy [Bacillus stratosphericus strains intended for ethanol production from lignocellulosics]. Patent RF, no. 2560585, 2015.
14. Rozanov A.S. [et al.] Shtamm bakterii Geobacillus stearothermophilus - produtsent bioetanola [Geobacillus stearothermophilus strain - bioethanol producer]. Patent RF, no. 2534880, 2014.
15. Kotenko S.Ts. [et al.] Shtamm drozhzhei Saccharomyces cerevisiae, ispol'zuemyi dlya polucheniya spirta [Saccharomyces cerevisiae strain in use for alcohol production,]. Patent RF, no. 2492229, 2013.
16. Polyakov V.A. [et al.]. Shtamm bakterii Clostridium acetobutylicum - produtsent n-butilovogo spirta, atsetona i etanola [Clostridium acetobutylicum strain - n-butyl alcohol producer]. Patent RF, no. 2393213, 2010.
17. Guss A., Lynd L.R. Clostridium thermocellum strains for enhanced ethanol production and method of their use. Patent of WO, no. WO2012109578 A3, 2012.
18. Kvist T., Mikkelsen M.J., Andersen R.L. Thermophilic Thermoanaerobacter italicus subsp. marato having high alcohol productivity. Patent of EP, no. EP2516621 A1, 2012.
19. Liu Z.L., Weber S.A. Clavispora spp. strain. Patent of USA, no. US8673604 B1, 2014.
20. 20. Sant'Anna L.M.M., Pereira N., Bitancur G.J.V, Bevilaqua J.V., Gomes A.C., Menezes E.P. Process for producing ethanol from a hydrolysate of the hemicellulose fraction of sugarcane bagasse in a press reactor. Patent of USA, no. US20100273228 A1, 2010.
21. Hugh G. Lawford, Joyce D. Rousseau, and Jeffrey S. Tolan. Сomparative ethanol productivities of different Zymomonas recombinants fermenting oat hull hydrolysate. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2001, vol. 91-93, pp. 133-146.
22. Hickert L.R., Cruz M.M., Dillon A.J.P. [et al.] Fermentation kinetics of acid-enzymatic soybean hull hydrolysate in immobilized-cell bioreactors of Saccharomyces cerevisiae, Candida shehatae, Spathaspora arborariae, and their co-cultivations. Biochemical Engineering Journal. 2014, vol. 88, pp. 61-67.
23. Ballesteros I., Ballesteros M., Manzanares P., Negro M.J., Oliva J.M., Sáez F. Dilute sulfuric acid pretreatment of cardoon for ethanol production. Biochemical Engineering Journal. 2008, vol. 42, no. 1, pp. 84-91.
24. Gracheva I.M., Krivova A.Yu. Tekhnologiya fermentnykh preparatov [Technology of Enzyme Preparations]. Moscow, Elevar Publ., 2000, 512 p.
25. Slyn'ko N.M., Goryachkovskaya T.N., Shekhovtsov S.V. [et al]. Biotechnological potential of a new technical crop, Miscanthus var. Soranovkiy. Vavilovskii zhurnal selektsii i genetiki. [Russian Journal of Genetics: Applied Research]. 2013, vol. 17, no. 4/1, pp. 765-771. (in Russian)
26. Budaeva V.V., Mitrofanov R.Yu., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V. New raw sources of cellulose for technical chemistry. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. [Bulletin of Kazan Technological University]. 2011, no. 7, pp. 205-212. (in Russian)
27. Obolenskaya A.V., El'nitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratornye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy [Laboratory Works on Wood and Cellulose Chemistry]. Moscow, Ekologiya Publ., 1991, 320 p.
28. Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V., Veprev S.G., Sakovich G.V., Shumny V.K. Cellulose from Various Parts of Soranovskii Miscanthus. Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2015, vol. 5, no. 1, p. 60-68. DOI: 10.1134/S2079059715010049. ISSN: 2079-0597. Scopus (eid): 2-s2.0-84923834040.

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть) - скачано 19 раз
• статья (скачать | просмотреть) - скачано 48 раз