catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"catal-138Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗ, ПОЛУЧЕННЫХ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ МИСКАНТУСА И ПЛОДОВЫХ ОБОЛОЧЕК ОВСАEnzymatic hydrolysis of cellulose produced by hydrothermal treatment of miscanthus and fruit shells of oatsМакароваЕ. И.MakarovaE. I.

аспирант, мл. науч. сотр. лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН. Тел.: (3854) 30-59-85.

ipcet@mail.ruБудаеваВ. В.BudaevaV. V.

канд. хим. наук, доц., зав. той же лабораторией. Тел. тот же.

ipcet@mail.ruСкибаЕ. А.SkibaE. A.

канд. техн. наук, науч. сотр. той же лаборатории того же института. Тел. тот же

eas08988@mail.ruСаковичГ. В.SakovitchG. V.

д-р. техн. наук, акад. РАН, науч. руководитель ИПХЭТ СО РАН. Тел.: (3854) 30-59-55.

admin@ipcet.ruИнститут проблем химико-энергетических технологий СО РАН, г. БийскРоссия201326112014066873Copyright © LLC "KALVIS", 20142014LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/138

Исследован ферментативный гидролиз целлюлоз, полученных облагораживанием волокнистых продуктов после гидротермобарической обработки со взрывом двух видов сырья (мискантуса и плодовых оболочек овса) в реакторе высокого давления. В качестве катализатора была применена мультиэнзимная композиция из ферментных препаратов «ЦеллоЛюкс-А», «Брюзайм BGX», «Рапидаза ЦР». Установлено, что целлюлозы, полученные облагораживанием волокнистых продуктов из указанных видов сырья при давлении 1,5 МПа, характеризуются близкой реакционной способностью: выход редуцирующих веществ (РВ) – 81 % (от массы субстрата) и 87–91 % (от массы гидролизуемых компонентов). С повышением давления гидротермобарической обработки сырья (мискантуса) от 1,5 до 2,5 МПа реакционная способность целлюлоз к ферментолизу снижается: выход РВ составляет  53–57 % (от массы субстрата) или 56–60 % (от массы гидролизуемых компонентов). Показана универсальность гидротермобарического способа обработки различных видов недревесного сырья для последующего успешного ферментолиза субстратов в растворы РВ с преимущественным содержанием глюкозы. Полученные таким образом глюкозные гидролизаты являются доброкачественным сырьем для биосинтеза не только топливных спиртов, но и широкого круга продуктов микробиологического синтеза: аминокислот, органических кислот, гель-пленки бактериальной целлюлозы, белково-витаминных концентратов и т.д.

Enzymatic hydrolysis of cellulose, derived by ennoblement of fibrousproducts after hydro thermobaric treatment with the explosion of two tipes of feed (miscanthus and fruit shells oats) in the highpressure reactor was investigated. Multienzyme composition of the enzyme preparations «CelloLux-A», «BrewZyme BGX», «Rapidaza CR» was used as the catalyst. It’s found that cellulose obtained by ennoblement of fiber products these feed s at a pressure of 1,5 MPa, characterized nearest reactivity: yield of reducing substances – 81 % (by weight of the substrate) and 87–91 % (by weight of the hydrolyzable components . With increasing pressure of hydro thermobaric processing of feed (miscanthus) from 1,5 to 2,5 MPa to fermentolysis reactivity of cellulose decreases: reducing substances yield is 53–57 % (by weight of the substrate) or 56–60 % (by weight of the hydrolyzable components.) The universality of hydro thermobaric way of different types of non-wood feed for subsequent successful fermentolysis of substrates into solutions of the reducing substances with the predominant content of glucose. The glucose hydrolysates thus obtained are good feed for the biosynthesis of not only alcohol fuel , but also a wide range of products of microbiological synthesis : amino acids, organic acids, gel film of bacterial cellulose, protein and vitamin concentrates, etc.

ферментативный гидролизгидротермобарическая обработкамискантусплодовые оболочки овсаволокнистые продукты«Брюзайм BGX»«ЦеллоЛюкс-А»«Рапидаза ЦР»редуцирующие веществаглюкозаксилозаenzymatic hydrolysishydro thermobaric treatmentmiscanthusfruit shell oat fiber products «CelloLux-A»« BrewZyme BGX»«Rapidaza CR» reducing agentsglucosexyloseReferencesГамаюрова В.С., Зиновьева М.Е., Хыонг Ч.Т. Особенности ферментативного гидролиза касторового масла // Катализ в промышленности. 2013. № 2. С. 61—65.Гамаюрова В.С., Зиновьева М.Е., Хыонг Ч.Т. Особенности ферментативного гидролиза касторового масла // Катализ в промышленности. 2013. № 2. С. 61—65.Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. М.: Изд- во МГУ, 1995. 224 с.Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. М.: Изд- во МГУ, 1995. 224 с.Jordan D.B., Bowman M.J., Braker J.D., Dien B.S., Hector R.E., Lee C.C., Mertens J.A., Wagschal K. Plant cellJordan D.B., Bowman M.J., Braker J.D., Dien B.S., Hector R.E., Lee C.C., Mertens J.A., Wagschal K. Plant cellwalls to ethanol // Biochem. J. 2012. 442. P. 241—252. doi:10.1042/BJ20111922.walls to ethanol // Biochem. J. 2012. 442. P. 241—252. doi:10.1042/BJ20111922.Ioelovich M., Morag E. Effect of cellulose structure on enzymatic hydrolysis // Bioresources. 2011. № 6. P. 2818—2835.Ioelovich M., Morag E. Effect of cellulose structure on enzymatic hydrolysis // Bioresources. 2011. № 6. P. 2818—2835.Makoto Yoshida, Yuan Liu and et al. Effects of cellulose crystallinity, hemicellulose, and lignin on the enzymatic hydrolysis of Miscanthus sinensis to monosaccharides // Biosci. Biotechnol. Biochem. 2008. Vol. 72. P. 805—810.Makoto Yoshida, Yuan Liu and et al. Effects of cellulose crystallinity, hemicellulose, and lignin on the enzymatic hydrolysis of Miscanthus sinensis to monosaccharides // Biosci. Biotechnol. Biochem. 2008. Vol. 72. P. 805—810.Сакович Г.В., Будаева В.В., Скиба Е.А., Макарова Е.И., Павлов И.Н., Кортусов А.Н., Золотухин В.Н. Опыт масштабирования ферментативного гидролиза технических целлюлоз мискантуса и плодовых оболочек овса // Ползуновский вестник. 2012. № 4. С. 173—176.Сакович Г.В., Будаева В.В., Скиба Е.А., Макарова Е.И., Павлов И.Н., Кортусов А.Н., Золотухин В.Н. Опыт масштабирования ферментативного гидролиза технических целлюлоз мискантуса и плодовых оболочек овса // Ползуновский вестник. 2012. № 4. С. 173—176.Скиба Е.А., Будаева В.В., Павлов И.Н., Макарова Е.И., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. Получение ферментативных гидролизатов технических целлюлоз мискантуса и их спиртовое брожение // Биотехнология. 2012. № 6. С. 42—52.Скиба Е.А., Будаева В.В., Павлов И.Н., Макарова Е.И., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. Получение ферментативных гидролизатов технических целлюлоз мискантуса и их спиртовое брожение // Биотехнология. 2012. № 6. С. 42—52.Макарова Е.И. Реакционная способность к ферментации технических целлюлоз / Технология и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы 5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, 24–26 мая 2012 г., г. Бийск. В 2-х ч. Ч. I. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2012. С. 287—292.Макарова Е.И. Реакционная способность к ферментации технических целлюлоз / Технология и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы 5-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, 24–26 мая 2012 г., г. Бийск. В 2-х ч. Ч. I. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2012. С. 287—292.Hu Z., Ragauskas A.J. Hydrothermal pretreatment of switchgrass // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 4225—4230.Hu Z., Ragauskas A.J. Hydrothermal pretreatment of switchgrass // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 4225—4230.Будаева В.В., Макарова Е.И., Скиба Е.А., Сакович Г.В. Ферментативный гидролиз продуктов гидротермобарической обработки мискантуса и плодовых оболочек овса // Катализ в промышленности. 2013. № 3. С. 60—66.Будаева В.В., Макарова Е.И., Скиба Е.А., Сакович Г.В. Ферментативный гидролиз продуктов гидротермобарической обработки мискантуса и плодовых оболочек овса // Катализ в промышленности. 2013. № 3. С. 60—66.Мискантус сорта Сорановский. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. — № 8854628 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.gossort.com/reestr/new sort.htmlМискантус сорта Сорановский. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. — № 8854628 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.gossort.com/reestr/new sort.htmlШумный В.К., Колчанов Н.А., Сакович Г.В., Пармон В.Н., Вепрев С.Г., Нечипоренко Н.Н., Горячковская Т.Н., Брянская А.В., Будаева В.В., Железнов А.В., Железнова Н.Б., Золотухин В.Н., Митрофанов Р.Ю., Розанов А.С., Сорокина К.Н., Слынько Н.М., Яковлев В.А., Пельтек С.Е. Поиск возобновляемых источников целлюлозы для многоцелевого использования // Вестник ВОГиС. 2010. Т. 14. № 3. С. 569—578.Шумный В.К., Колчанов Н.А., Сакович Г.В., Пармон В.Н., Вепрев С.Г., Нечипоренко Н.Н., Горячковская Т.Н., Брянская А.В., Будаева В.В., Железнов А.В., Железнова Н.Б., Золотухин В.Н., Митрофанов Р.Ю., Розанов А.С., Сорокина К.Н., Слынько Н.М., Яковлев В.А., Пельтек С.Е. Поиск возобновляемых источников целлюлозы для многоцелевого использования // Вестник ВОГиС. 2010. Т. 14. № 3. С. 569—578.Цуканов С.Н., Будаева В.В. Гидротермобарический способ получения целлюлозы из отходов злаков // Ползуновский вестник. 2011. № 4-1. С. 236—239.Цуканов С.Н., Будаева В.В. Гидротермобарический способ получения целлюлозы из отходов злаков // Ползуновский вестник. 2011. № 4-1. С. 236—239.Цуканов С.Н., Будаева В.В. Предобработка мискантуса китайского в условиях гидротермобарического взрыва в нейтральной среде // Ползуновский вестник 2010. № 4–1. С. 209—214.Цуканов С.Н., Будаева В.В. Предобработка мискантуса китайского в условиях гидротермобарического взрыва в нейтральной среде // Ползуновский вестник 2010. № 4–1. С. 209—214.Пат. 2472808 Россия, С 1. Способ получения целлюлозы (варианты) и устройство для его осуществления / Будаева В.В., Цуканов С.Н., Сакович Г.В. № 2011134207/05, заявлено 15.08.2011; опубл. 20.01.2013, Бюл. № 2. 10 с.Пат. 2472808 Россия, С 1. Способ получения целлюлозы (варианты) и устройство для его осуществления / Будаева В.В., Цуканов С.Н., Сакович Г.В. № 2011134207/05, заявлено 15.08.2011; опубл. 20.01.2013, Бюл. № 2. 10 с.Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 c.Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 c.ГОСТ 10820—75. Целлюлоза. Метод определения массовой доли пентозанов. Издание официальное. — М.: Изд-во стандартов, 1991. 8 с.ГОСТ 10820—75. Целлюлоза. Метод определения массовой доли пентозанов. Издание официальное. — М.: Изд-во стандартов, 1991. 8 с.ГОСТ 25438—82. Целлюлоза для химической переработки. Методы определения характеристической вязкости. Издание официальное. — М.: Издательство стандартов, 1982. 20 с.ГОСТ 25438—82. Целлюлоза для химической переработки. Методы определения характеристической вязкости. Издание официальное. — М.: Издательство стандартов, 1982. 20 с.Макарова Е.И. Результаты ферментации целлюлозы мискантуса в ацетатном буфере и водной среде // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. № 2. С. 219—225.Макарова Е.И. Результаты ферментации целлюлозы мискантуса в ацетатном буфере и водной среде // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. № 2. С. 219—225.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.