catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2015-5-67-73catal-244Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISСравнительный анализ влияния предобработки осиновой древесины водными и водно-органическими растворами серной и азотной кислоты на ее реакционную способность при ферментативном гидролизеComparative Analysis of Reactivity of Aspen Wood in Enzymatic Hydrolysis in Dependence on its Pre-treatment in Aqueous and Aqueous-organic Solutions of Sulfuric and Nitric AcДоценкоГ.С .DotsenkoG.S.

канд. хим. наук

dtgirl62@gmail.comОсиповД.О.OsipovD.O.

канд. хим. наук

dtgirl62@gmail.comЗоровИ.Н.ZorovI.N.

канд. хим. наук

dtgirl62@gmail.comСиницынА.П.SinitsynA.P.

д-р хим. наук

dtgirl62@gmail.comФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологий» РАН, Институт биохимии им. А.Н. БахаРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2015130920151556773Copyright © LLC "KALVIS", 20152015LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/244

Проведено сравнение влияния методов предобработки древесины осины водными растворами серной и азотной кислот, а также водно-органическими (этанол, бутанол) растворами серной кислоты (органозольв) на предельную степень конверсии этого вида сырья в простые сахара в ходе ферментативного гидролиза. Проанализировано влияние температуры, концентрации кислоты, состава органической фазы (для серной кислоты) и давления (для азотной кислоты) на эффективность процесса предобработки. Показано, что использование органозольва 0,5 %-ной серной кислоты позволяет увеличить реакционную способность измельченной древесины осины в 3–4 раза по сравнению с исходным сырьем. Наиболее эффективной является предобработка 4,8 %-ным водным раствором азотной кислоты (125 °С, 1,8 МПа, 60 мин), которая увеличивает реакционную способность измельченной осиновой древесины более чем в 5 раз.

Various methods for pretreatment of aspen wood were studied. The methods included the pretreatment of the wood with aqueous solutions of sulfuric and nitric acids and with water-organic (ethanol, butanol) solution of sulfuric acid (organosolvent). The effect of the methods on the conversion of raw material into simple sugars during the enzymatic hydrolysis was comparatively studied. The effects of temperature, acid concentration, composition of the organic phase (for sulfuric acid), and pressure (for nitric acid) on the pretreatment efficiency are analyzed. It is shown that the use of organosolvent of 0,5 % sulfuric acid allows one to increase the reactivity of ground aspen wood by 3–4 times as compared  with that of the feedstock. The most effective pretreatment was found to be the pretreatment in a 4,8 % aqueous solution of nitric acid (125 °C, 1,8 MPa, 60 min), which increases the reactivity of ground aspen wood more than by 5 times.

предобработка древесины осиныорганозольвреакционная способность лигноцеллюлозного сырьяферментативное осахариваниеPenicillium verruculosumaspen wood pretreatmentorganosolventreactivity of lignocellulosic feedstockenzymatic saccharificationPenicillium verruculosumReferencesБукштынов А.Д., Грошев Б.И., Крылов Г.В. // Леса. М.: Мысль, 1981. 316 с.Букштынов А.Д., Грошев Б.И., Крылов Г.В. // Леса. М.: Мысль, 1981. 316 с.Рубки и восстановление леса // Сб. науч. тр. ВНИИ лесоводства и механизации лесн. хоз-ва. М.: ВНИИЛМ, 1980. 120 с.Рубки и восстановление леса // Сб. науч. тр. ВНИИ лесоводства и механизации лесн. хоз-ва. М.: ВНИИЛМ, 1980. 120 с.Johansson T. // Biomass and Bioenergy. 2002. Vol. 23. P. 245—255.Johansson T. // Biomass and Bioenergy. 2002. Vol. 23. P. 245—255.Zhu J.Y., Gleisner R., Scott C.T., Luo X.L., Tian S. // Bioresource Technol. 2011. Vol. 102. P. 8921—8929.Zhu J.Y., Gleisner R., Scott C.T., Luo X.L., Tian S. // Bioresource Technol. 2011. Vol. 102. P. 8921—8929.Goshadrou A., Karimi K., Lefsrud M. // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 96. P. 440— 449.Goshadrou A., Karimi K., Lefsrud M. // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 96. P. 440— 449.Доценко Г.С., Чекушина А.В., Кондратьева Е.Г., Правильников А.Г., Андрианов Р.М.,Осипов Д.О., Синицына О.А., Короткова О.Г., Степанов В.И., Новожилов Е.В., Ачильдиев Е.Р., СиницынА.П. // Лесной вестник. 2012. No 8. C. 129—135.Доценко Г.С., Чекушина А.В., Кондратьева Е.Г., Правильников А.Г., Андрианов Р.М.,Осипов Д.О., Синицына О.А., Короткова О.Г., Степанов В.И., Новожилов Е.В., Ачильдиев Е.Р., СиницынА.П. // Лесной вестник. 2012. No 8. C. 129—135.Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. // Химия древесины и синтетических полимеров. Санкт-Петербург: СПбЛТА, 1999. 628 c.Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. // Химия древесины и синтетических полимеров. Санкт-Петербург: СПбЛТА, 1999. 628 c.Conde-Mejíaa C., Jiménez-Gutiérreza A., El-Halwagi M. // Process Safety and Environmental Protection. 2012. Vol. 90. P. 18 9 —2 0 2 .Conde-Mejíaa C., Jiménez-Gutiérreza A., El-Halwagi M. // Process Safety and Environmental Protection. 2012. Vol. 90. P. 18 9 —2 0 2 .Alvira P., Tomás-PejóE., Ballesteros M., Negro M.J. // Bioresource Technol. 2010. Vol. 101. P. 4851—4861.Alvira P., Tomás-PejóE., Ballesteros M., Negro M.J. // Bioresource Technol. 2010. Vol. 101. P. 4851—4861.Eggeman T., Elander R.T. // Bioresource Technol. 2005. Vol. 96. P. 2 01 9 —2 0 2 5 .Eggeman T., Elander R.T. // Bioresource Technol. 2005. Vol. 96. P. 2 01 9 —2 0 2 5 .Papatheofanous M.G., Billa E., Koullas D.P., Monties B., Koukios E.G. // Bioresource Technol. 1995. Vol. 54. P. 305—310.Papatheofanous M.G., Billa E., Koullas D.P., Monties B., Koukios E.G. // Bioresource Technol. 1995. Vol. 54. P. 305—310.Park N., Kim H., Koo B., Yeo H., Choi I. Organosolv pretreatment with various catalysts for enhancing enzymatic hydrolysis of pitch pine (Pinus rigida) // Bioresource Technol. 2010. Vol. 101. P. 7 0 4 6 —7 0 53 .Park N., Kim H., Koo B., Yeo H., Choi I. Organosolv pretreatment with various catalysts for enhancing enzymatic hydrolysis of pitch pine (Pinus rigida) // Bioresource Technol. 2010. Vol. 101. P. 7 0 4 6 —7 0 53 .Hendriks A.T.W.M., Zeeman G. // Bioresourсe Technol. 2009. Vol. 100. P. 10—18.Hendriks A.T.W.M., Zeeman G. // Bioresourсe Technol. 2009. Vol. 100. P. 10—18.Wyman C.E. // Handbook on bioethanol: production and utilization. Washington DC. Taylor and Francis. 1996. 442 p.Wyman C.E. // Handbook on bioethanol: production and utilization. Washington DC. Taylor and Francis. 1996. 442 p.Brodeur G., Yau E., Badal K., Collier J., Ramachandran K.B., Ramakrishnan S. // EnzymeResearch. 2011. Vol. 2011. doi:10.4061/2011/787532. 17 p.Brodeur G., Yau E., Badal K., Collier J., Ramachandran K.B., Ramakrishnan S. // EnzymeResearch. 2011. Vol. 2011. doi:10.4061/2011/787532. 17 p.Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. // Биоконверсия лигноцеллюлоных материалов. М.: Изд-во МГУ, 1995. 224 с.Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. // Биоконверсия лигноцеллюлоных материалов. М.: Изд-во МГУ, 1995. 224 с.Ghose T.K. // Pure Appl. Chem. 1987. Vol. 59. P. 257—268.Ghose T.K. // Pure Appl. Chem. 1987. Vol. 59. P. 257—268.Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К.// Справочник биохимика. М.: Мир. 1991. C. 464.Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К.// Справочник биохимика. М.: Мир. 1991. C. 464.Mosier N., Wyman C.E., Dale B.D., Elander R.T., Lee Y.Y., Holtzapple M., Ladisch C.M. // Bioresource Technol. 2005. Vol. 96. P. 673—686.Mosier N., Wyman C.E., Dale B.D., Elander R.T., Lee Y.Y., Holtzapple M., Ladisch C.M. // Bioresource Technol. 2005. Vol. 96. P. 673—686.Zhao X., Cheng K., Liu D. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. Vol. 82. P. 815—827.Zhao X., Cheng K., Liu D. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. Vol. 82. P. 815—827.Sahoo S., Seydibeyoglu M.O., Mohanty A.K., Misra M. // Biomass and bioenergy. 2011. Vol. 35. P. 42 30—4237.Sahoo S., Seydibeyoglu M.O., Mohanty A.K., Misra M. // Biomass and bioenergy. 2011. Vol. 35. P. 42 30—4237.Vinardell M.P., Ugartondo V., Mitjans M. // Industrial crops and products. 2008. Vol. 27. P. 220—223.Vinardell M.P., Ugartondo V., Mitjans M. // Industrial crops and products. 2008. Vol. 27. P. 220—223.Thring, R. W., Chorent E., Overend R. // Biomass. 1990. Vol. 23. P. 2 8 9 —3 0.Thring, R. W., Chorent E., Overend R. // Biomass. 1990. Vol. 23. P. 2 8 9 —3 0.

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