Обоснование оптимизации процесса ферментативной конверсии целлюлозы хлопкового волокна. Изучение стадий ферментативного гидролиза. Определение общих и отличительных особенностей динамики выходов продуктов гидролиза в зависимости от различных факторов.
Аннотация к работе
Используя современные биотехнологические методы возможно преобразование этих отходов в сахара, спирты, кислоты, газ, пищевые белки и др., что внесет существенный вклад в развитие науки по пути решения проблем переработки отходов и сохранения экологической чистоты нашей природы. Однако известно, что изза высокого содержания лигнина в составе этих отходов, высокой ее кристалличности и низкой реакционной способности целлюлоза остается трудногидролизуемой. В данной работе изучены все нюансы, связанные с проведением ферментативного гидролиза, учитывая «субстрат-факторы», «фермент-факторы», «процесс-факторы» и др., целлюлозы развивающегося хлопкового волокна. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 1) сравнительно изучить биоконверсию целлюлозы хлопкового волокна в двух различных условиях (в атмосферном и суперкритическом давлениях СО2); 2) провести сравнительную оценку ферментативной гидролизуемости целлюлозы хлопкового волокна различных сортов и гибридов в зависимости от их видового происхождения (G. hirsutum L., G. barbadense L. и G. arboreum L.); 3) исследовать влияние возраста и местоположения волокон на различных плодовых ветвях растений на эффективность ферментативного гидролиза; 4) изучить влияние индивидуальных ферментных препаратов целлюлаз (из 5 использованных в работе) на выход продуктов гидролиза; 5) методами световой и электронной микроскопии выявить характер и механизм расщепления хлопковой целлюлозы и установить их взаимосвязь с эффективностью выхода продуктов гидролиза; 6) установить влияние конкретных факторов (субстрат-, фермент-и процесс-факторы) на процесс ферментативного гидролиза и выход продуктов; 7) подобрать оптимальные режимы ферментативной конверсии хлопковой целлюлозы при гидролизе; 8) исследовать возможность осуществления процесса одновременного осахаривания и ферментации хлопковой целлюлозы в этанол; 9) на основе полученных результатов разработать и рекомендовать принципиальную технологическую схему получения продуктов гидролиза. Научная новизна работы состоит в том, что впервые: целлюлазами различного происхождения (целловиридин, пектофоетидин, целлюлазы из Trichoderma viride, Trichoderma reesei, Aspergillus niger) выявлены сравнительные закономерности прохождения ферментативной конверсии целлюлозы разновозрастных хлопковых волокон 3 видов (G. hirsutum L., G. barbadense L. и G. arboreum L.), 8 сортов и 2 внутривидовых гибридов; определены общие и отличительные особенности динамики выхода продуктов гидролиза в зависимости от возраста, скороспелости и местоположения коробочек на растении, использованных целлюлазных ферментов, продолжительности гидролиза, а также от видовой принадлежности волокон хлопковой целлюлозы; выявлены различия в абсолютных показателях выходов ВС и глюкозы, а также степени конверсии при ФГ волокон хлопчатника из различных плодовых ветвей растений и причины их разнообразия; разработана и показана эффективность принципиально новой методики проведения процесса ФГ целлюлозы хлопкового волокна в условиях СК давления СО2; привлечением различных методов световой и электронной микроскопии установлены механизм расщепления целлюлозы хлопковых волокон в процессе их ФГ на надмолекулярном уровне и особенности взаимосвязи между характером кристаллизации структуры волокон с выходами ВС и глюкозы.В разделах главы систематизированы сведения научно-исследовательских работ и научно-технических разработок, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе по современному состоянию и особенностям процесса ФГ целлюлозы, а также переработки целлюлозосодержащих отходов. Уделяется особое внимание механизмам действия ферментов целлюлазного комплекса на природную целлюлозу, а также факторам, влияющим на скорость и эффективность ФГ целлюлозы.Глава состоит из 3 разделов, включает в себя объекты исследований и схему биоконверсии целлюлозы хлопкового волокна, использованные ферменты и реактивы, а также методику приготовления реактивов и методы исследований. Исследованию подвергали разновозрастные волокна: сортов "Ташкент-6", "Омад" и "149-Ф" вида G. hirsutum L.; сортов "Каршинский-2", "Термез-31", «С-6037» и "Ашхабад-25" вида G. barbadense L.; сорт «С-7059» вида G. arboreum L., а также их внутривидовые гибриды F1 (Ташкент-6 х 149-Ф) и F1 (Каршинский-2 х Ашхабад-25), отличающиеся скороспелостью, хозяйственно-ценными признаками и качественными показателями волокна. Для ФГ вышеуказанных субстратов использовали следующие целлюлазные комплексы: а) целловиридин ГЗХ (Trichoderma viride) с активностью 83 ед/г по С1-активности (паспортные данные), 65 ед/г по эндоглюканазе и 1 ед/г по целлобиазе и пектофоетидин ГЗХ (Aspergillus foetidus) - с пектолитической активностью 90ед ПКС/г (паспортные данные) и 37ед/г по целлобиазе производства Приволжского биохимического завода (Россия); б) целлюлазные ферменты из Trichoderma viride (6.9 ед/мг), Trichoderma reesei (10.4 ед/мг) и Aspergillus niger (1.18 ед/мг) про