Биоэтанол как биотопливо. Растительная биомасса как возобновляемый источник сахаросодержащего сырья. Гидролиз растительной биомассы микроорганизмами. Биотехнологии на основе биомассы растений. Методы предобработки биомассы: химический, механический.
Аннотация к работе
в агрокультуру новых видов растений, дающих большие урожаи биомассы с высоким содержанием целлюлозы и низким содержанием лигнина, выращиваемых традиционными методами сельского хозяйства, может оказаться перспективным способом вовлечения новых источников возобновляемого растительного сырья для многоцелевого использования. 1.2.2 Мискантус как новый перспективный вид сырья Наряду с такими известными видами как пшеница, овес, кукуруза, крапива, конопля, подсолнечник, лен и др. появляются и активно вводятся в практику все новые растения, среди которых наибольшую продуктивность по биомассе имеет мискантус (рисунок 3). В России на Дальнем Востоке встречается 3 вида: мискантус сахароцветный (Miscanthus sacchariflorus), мискантус краснеющий (Miscanthus purpurascens), мискантус китайский (Miscanthus sinensis) ( page/view/item/41884.html). В настоящее время мискантус в связи с хорошей урожайностью сухой биомассы, засухоустойчивостью и зимостойкостью рассматривается также как один из наиболее перспективных источников возобновляемого целлюлозосодержащего сырья (www.ienica.net/cropsdatabase.htm). По результатам определения химического состава содержание целлюлозы составляет в пределах 44 %, лигнина 17 %, гемицеллюлозы 24 %. Нерастворимость целлюлозы привела к тому, что её деградация осуществляется либо секретируемыми клеткой ферментами, либо комплексом ферментов, ассоциированным с внешней поверхностью клеточной стенки микроорганизма. С другой стороны, продукты гидролиза целлюлозы зачастую оказываются удобным субстратом для других микроорганизмов, в результате образуются сообщества микроорганизмов с большим разнообразием отношений. Эффективный гидролиз целлюлозы требует совместной работы как минимум трех типов целлюлаз: эндоглюканазы (1,4-?-D-глюкан глюкогидролаза, EC 3.2.1.4), экзоглюканазы (1,4-?-D-глюкан целлобиогидролаза, EC 3.2.1.91) и ?-глюкозидазы (?-D-глюкозид глюкогидролаза, EC3.2.1.21). В отличие от целлюлозолитической системы аэробных грибов Trichoderma reesei, целлюлозолитическая система большинства анаэробных микроорганизмов организована в большой мультипротеиновый комплекс - целлюлосому, - закреплённый на внешней стороне клетки. Для получения целевых продуктов используют последовательно оба подхода. В качестве побочных продуктов обе бактерии производят ацетат и лактат. 2012 14;109(33):13260-5] 1.4.1 Ферментативный гидролиз Гликозид гидролазы - большой класс ферментов, осуществляющих широкий спектр реакций, включая расщепление целлюлозы и гемицеллюлозы до моносахаридов. В настоящее время насчитывают 132 семейства и 14 кланов гликозид гидролаз ( Даже внутри одного генома разнообразие гликозид гидролаз может быть значительным; кроме того, для этого типа ферментов характерно модулярное строение: присутствие в одном ферменте каталитического гидролазного домена и углевод-связывающего домена (CBM). Этот фермент оказался способен сохранять ферментативную активность в течение 10 мин при 100°С. Как минимум, для гидролиза гемицеллюлозы требуются эндо-?-1,4-ксиланаза (EC 3.2.1.8), ксилан-1,4-?-ксилозидаза (ЕС 3.2.1.37), а-L-арабинофуранозидаза (ЕС 3.2.1.55), а-глюкуронидаза (ЕС 3.2.1.139), ацетилксиланэстераза (ЕС 3.1.1.72), ферулоилэстераза (ЕС 3.1.1.73), маннан-эндо-1,4-?-маннаназа (ЕС 3.2.1.78), ?-1,4-маннозидаза (ЕС 3.2.1.25), арабинан-эндо-1,5-а-L-арабинозидаза (ЕС 3.2.1.99). 54, 305-313). 1.5 Методы предобработки биомассы Предобработка - это термин, используемый для описания физического, биологического, химического или физико-химического процесса разрушения матрицы клеточной стенки, направленного на удаление или изменение структурных единиц лигнина и гемицеллюлозы с одновременным сохранением структуры целлюлозы. Предобработка органическими растворителями (ПОР) похожа на варку целлюлозы с участием органических растворителей, но степень делигнификации при ПОР несколько уступает таковой при варке.