catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2015-6-70-77catal-309Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISФерментативный гидролиз лигноцеллюлозных материалов в водной среде и последующий микробиологический синтез биоэтанолаEnzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Materials in Aqueous Media followed by Microbiological Synthesis of BioethanolСкибаЕ. А.SkibaE. A.eas08988@mail.ruБудаеваВ. В.BudaevaV. V.budaeva@ipcet.ruБайбаковаО. В.BaybakovaO. V.olka_baibakova@mail.ruУдоратинаЕ. В.UdoratinaE. V.udoratina-ev@chemi.komisc.ruШахматовЕ. Г.ShakhmatovE. G.shachmatow-eg@mail.ruЩербаковаТ. П.ShcherbakovaT. P.sher.taty@mail.ruКучинА. В.KuchinA. V.kutchin-av@chemi.komisc.ruСаковичГ. В.SakovichG. V.admin@ipcet.ruИнститут проблем химико-энергетических технологий СО РАН (ИПХЭТ СО РАН), г. БийскРоссияInstitute for Problems of Chemical and Energetic Technologies SB RAS, BiyskRussian FederationИнститут химии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Институт химии Коми НЦ УрО РАН), г. СыктывкарРоссияInstitute of Chemistry, Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, SyktyvkarRussian FederationИнститут химии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Институт химии Коми НЦ УрО РАН), г. СыктывкарРАН), г. БийскРоссияInstitute of Chemistry, Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, SyktyvkarRussian Federation2015290120161567077Copyright © LLC "KALVIS", 20162016LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/309

Цель данной работы – изучение ферментативного гидролиза в водной среде лигноцеллюлозного материала (ЛЦМ) из мискантуса и ЛЦМ из плодовых оболочек овса (ПОО) и последующее получение биоэтанола. ЛЦМ получены в одну стадию путем обработки сырья азотной кислотой на опытном производстве ИПХЭТ СО РАН. Ферментативный гидролиз проведен в водной среде при высокой начальной концентрации субстратов (90 г/л) с применением промышленно доступных ферментных препаратов «Целлолюкс-А» и «Брюзайм BGX». Установлено, что выход редуцирующих веществ (моносахаридов, основной из которых – глюкоза) от массы субстрата для ЛЦМ мискантуса составил 65,4 %, для ЛЦМ плодовых оболочек овса – 73,3 %. Впервые исследован состав моносахаров – продуктов биокаталитического разложения ЛЦМ; показано преимущественное содержание глюкозы. Впервые из ЛЦМ получен биоэтанол. Выход биоэтанола в расчете на единицу сырья составил для биомассы мискантуса 19,4 дал/т, для ПОО – 16,2 дал/т. Опытные образцы биоэтанола характеризуются низким содержанием метанола – 0,002–0,005 об.%.

Enzymatic hydrolysis in aqueous media was studied using a lignocellulosic material (LCM) prepared from miscanthus and LCM prepared from oat covering (OC) as substrates to obtain bioethanol. LCM synthesis was a one-step processing of the feedstock with nitric acid (Pilot Plant of IPCET SB RAS). Commercially available enzymatic agents CelloLux-A and BrewZyme BGX were used for enzymatic hydrolysis in aqueous media at high initial concentrations (90 g/l) of the substrates. The yields of reducing substances (monosaccharides, mainly glucose) were established to equal 65,4 % and 73,3 % of the substrate weight for miscanthus LCM and OC, respectively. The composition of monosaccharides as products of biocatalytic decomposition of LCM was studied for the first time to show the predominant content of glucose. It was first time to synthesize bioethanol from LCM. The yield of bioethanol per unit of feedstock was 19,4 dal/t for miscanthus biomass and 16,2 dal/t for OC. A low methanol content (0,002–0,005 vol %) was characteristic of the experimental bioethanol samples.

ферментативный гидролизазотнокислая варкамискантусплодовые оболочки овсабиоэтанолenzymatic hydrolysisnitric acid processmiscanthusoat coveringbioethanolReferencesDEH Ethanol Standard 18/2004 Report, Setting a Quality Standard for Fuel Ethanol, International Fuel Quality Center, 2004.DEH Ethanol Standard 18/2004 Report, Setting a Quality Standard for Fuel Ethanol, International Fuel Quality Center, 2004.Somerville C. // Science. 2010. № 329. Р. 790–792.Somerville C. // Science. 2010. № 329. Р. 790–792.Sun Y., Chehg J. // Bioresourse Technology. 2002. № 83. Р. 1–11.Sun Y., Chehg J. // Bioresourse Technology. 2002. № 83. Р. 1–11.Jordan D.B., Bowman M.J., Braker J.D., Dien B.S., Hector R.E., Lee C.C., Mertens J.A., Wagschal K. // Biochem. J. 2012. 442. P. 241–252. DOI:10.1042/BJ20111922.Jordan D.B., Bowman M.J., Braker J.D., Dien B.S., Hector R.E., Lee C.C., Mertens J.A., Wagschal K. // Biochem. J. 2012. 442. P. 241–252. DOI:10.1042/BJ20111922.Hu Z., Ragauskas A.J. // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 4225–4230.Hu Z., Ragauskas A.J. // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 4225–4230.Saha B.C. // Journal of Industrial Microbial Biotechnology. 2003. № 30. Р. 279–291.Saha B.C. // Journal of Industrial Microbial Biotechnology. 2003. № 30. Р. 279–291.Hallac B.B., Ragauskas A.J. // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2010. № 5. Р. 215–225.Hallac B.B., Ragauskas A.J. // Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2010. № 5. Р. 215–225.Ioelovich M., Morag E. // BioResources. 2011. V. 6. № 3. P. 2818–2834.Ioelovich M., Morag E. // BioResources. 2011. V. 6. № 3. P. 2818–2834.Макарова Е.И. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т. 21. № 2. С. 219–225.Макарова Е.И. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т. 21. № 2. С. 219–225.Makarova E.I., Budaeva V.V., Skiba E.A. // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2014. Vol. 40. No 7. P. 726–732. DOI: 10.1134/S1068162014070103.Makarova E.I., Budaeva V.V., Skiba E.A. // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2014. Vol. 40. No 7. P. 726–732. DOI: 10.1134/S1068162014070103.Pavlov I.N. // Catalysis in Industry. 2014. Vol. 6. No. 4. Р. 350–360. DOI: 10.1134/S207005041404014X.Pavlov I.N. // Catalysis in Industry. 2014. Vol. 6. No. 4. Р. 350–360. DOI: 10.1134/S207005041404014X.Скиба Е.А., Будаева В.В., Павлов И.Н., Макарова Е.И., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. // Биотехнология. 2012. № 6. С.42–52.Скиба Е.А., Будаева В.В., Павлов И.Н., Макарова Е.И., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. // Биотехнология. 2012. № 6. С.42–52.Скиба Е.А., Будаева В.В., Макарова Е.И., Павлов И.Н., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. // Вестник Казан. технол. ун-та. 2013. Т. 16. № 22. С. 202–205.Скиба Е.А., Будаева В.В., Макарова Е.И., Павлов И.Н., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. // Вестник Казан. технол. ун-та. 2013. Т. 16. № 22. С. 202–205.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. – Р. 60–68.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. – Р. 60–68.Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. Учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 1989. 496 с.Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. Учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 1989. 496 с.Будаева В.В., Скиба Е.А., Байбакова О.В., Макарова Е.И., Орлов С.Е., Кухленко А.А., Удоратина Е.В., Щербакова Т.П., Кучин А.В., Сакович Г.В. // Катализ в промышленности. 2015. № 5. С. 60-66.Будаева В.В., Скиба Е.А., Байбакова О.В., Макарова Е.И., Орлов С.Е., Кухленко А.А., Удоратина Е.В., Щербакова Т.П., Кучин А.В., Сакович Г.В. // Катализ в промышленности. 2015. № 5. С. 60-66.Римарева Л.В., Воронцова Н.Н. Микробиологический контроль спиртового и ферментного производств. М.: Россельхозакадемия, 2005. 200 с.Римарева Л.В., Воронцова Н.Н. Микробиологический контроль спиртового и ферментного производств. М.: Россельхозакадемия, 2005. 200 с.Румянцев Е.В., Антина Е.В., Чистяков Ю.В. Химические основы жизни: Учебное пособие по направлению подготовки бакалавров и магистров «Химия». М.: КолосС, 2007. 560 с.Румянцев Е.В., Антина Е.В., Чистяков Ю.В. Химические основы жизни: Учебное пособие по направлению подготовки бакалавров и магистров «Химия». М.: КолосС, 2007. 560 с.Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: Учебное пособие для вузов. М.: «Экология», 1991. 320 с.Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы: Учебное пособие для вузов. М.: «Экология», 1991. 320 с.ГОСТ Р 51135–2003. Изделия ликероводочные. Правила приемки и методы анализа. Технические требования. Введ. 1998-03-02. М.: ИУС, 2003. 116 с.ГОСТ Р 51135–2003. Изделия ликероводочные. Правила приемки и методы анализа. Технические требования. Введ. 1998-03-02. М.: ИУС, 2003. 116 с.ГОСТ Р 51786–2001. Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения подлинности. М.: Изд-во стандартов, 2001. 8 с.ГОСТ Р 51786–2001. Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения подлинности. М.: Изд-во стандартов, 2001. 8 с.Синицын А.П., Гусаков А.В., Скомаровский А.А., Кондратьева Е.Г., Осипов Д.О., Правильников А.Г., Андрианов Р.М., Окунев О.Н., Беккаревич А.О., Матыс В.В., Кошелев А.В., Бубнова Т.В., Берлин А.Х. // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии имени Ю.А. Овчинникова. 2010. Т. 6. № 2. С. 11–15.Синицын А.П., Гусаков А.В., Скомаровский А.А., Кондратьева Е.Г., Осипов Д.О., Правильников А.Г., Андрианов Р.М., Окунев О.Н., Беккаревич А.О., Матыс В.В., Кошелев А.В., Бубнова Т.В., Берлин А.Х. // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии имени Ю.А. Овчинникова. 2010. Т. 6. № 2. С. 11–15.Zhiying Yu // Biotechnology and Bioengineering, 2012. V. 109. № 5. Р. 1131–1139.Zhiying Yu // Biotechnology and Bioengineering, 2012. V. 109. № 5. Р. 1131–1139.Hu F., Ragauskas A. // Bioenerg. Res. 2012. № 5. P. 1043–1066.Hu F., Ragauskas A. // Bioenerg. Res. 2012. № 5. P. 1043–1066.Скиба Е.А., Момот Т.О., Бычин Н.В., Золотухин В.Н. // Ползуновский вестник. 2013. № 3. С. 197–202.Скиба Е.А., Момот Т.О., Бычин Н.В., Золотухин В.Н. // Ползуновский вестник. 2013. № 3. С. 197–202.Шарков В.И. Технология гидролизных производств / В.И. Шарков, С.А. Сапотницкий, О.А. Дмитриева. М.: Лесная промышленность, 1973. 408 с.Шарков В.И. Технология гидролизных производств / В.И. Шарков, С.А. Сапотницкий, О.А. Дмитриева. М.: Лесная промышленность, 1973. 408 с.ГОСТ 17299–78. Спирт этиловый технический. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1978. 4 с.ГОСТ 17299–78. Спирт этиловый технический. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1978. 4 с.ГОСТ Р 52193–2003. Спирт этиловый-сырец из пищевого сырья. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2005. 4 с.ГОСТ Р 52193–2003. Спирт этиловый-сырец из пищевого сырья. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2005. 4 с.Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов и др.; Под ред. проф. В.Л. Яровенко. М.: Колос, 1999. 464 с.; ил.Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов и др.; Под ред. проф. В.Л. Яровенко. М.: Колос, 1999. 464 с.; ил.

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