catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2017-1-70-77catal-412Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISНовые методы одностадийной переработки полисахаридных компонентов лигноцеллюлозной биомассы (целлюлозы и гемицеллюлоз) в ценные продукты. Часть 2. Подходы, применяемые в биотехнологической переработке поли- и моносахаридов в ценные продукты, востребованныNew Methods for the One-Pot Processing of Polysaccharide Components (Cellulose and Hemicellulose) of Lignocellulose Biomass into Valueable Products. Part 2. Approaches Applied for Biotechnological Processing of Poly- and Monosaccharides into IndustriallyСорокинаК. Н.SorokinaK. N.ctls@kalvis.ruСамойловаЮ. В.SamoilovaYu. V.ctls@kalvis.ruПилигаевА. В.PiligaevA. V.ctls@kalvis.ruШивакумарУтандиSivakumarUthandictls@kalvis.ruПармонВ. Н.ParmonV. N.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский национальный исследовательский университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationТамилнадский аграрный университет, г. КоимбатурIndia2017310520171717077Copyright © LLC "KALVIS", 20172017LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/412

Часть 2 обзора посвящена современным процессам биотехнологической переработки лигноцеллюлозной биомассы в востребованные вещества. Рассмотрены подходы, направленные на разработку более эффективных ферментов для деполимеризации компонентов биомассы, а также свойства микроорганизмов, применяемых для ферментации сахаров, получаемых из биомассы. Дана характеристика различных биотехнологических подходов к ферментации продуктов деполимеризации, в том числе SHF, SSF, NSSF, SSFF, SSCF и CBP. Показано, что основными тенденциями в разработке новых биотехнологических подходов к переработке биомассы является применение генетической инженерии, синтетической биологии, а также сокращение количества технологических стадий. Отмечено, что разработка одностадийных подходов к переработке лигноцеллюлозной биомассы является перспективным направлением для создания новых эффективных технологий получения востребованных веществ.

Part 2 of the Review deals with modern approaches to biotechnological processing of lignocellulosic biomass into value-added products. Among the approaches under consideration are development of more effective enzymes for depolymerization of the biomass components, as well as properties of microorganisms used for fermentation of sugars produced from biomass. Various biotechnological approaches to fermentation of the depolymerization products SHF, SSF, NSSF, SSFF, SSCF and CBP are discussed. It is shown that the main trends in the development of new biotechnological methods for biomass processing are applications of genetic engineering and synthetic biology, as well as minimization of technological stages. It is emphasized that the development of one-stage processing of lignocellulosic biomass is promising for the creation of new effective technologies to produce in-demand materials.

биомассаферментациябиотехнологиягидролизсахараbiomassfermentationbiotechnologyhydrolysissugarsReferencesGupta M.N., Raghava S. // Chemistry Central Journal. 2007. Vol. 1. № 1. P. 1-3.Gupta M.N., Raghava S. // Chemistry Central Journal. 2007. Vol. 1. № 1. P. 1-3.Kilbane J.J. // Frontiers in Microbiology. 2016. Vol. 7. P. 86.Kilbane J.J. // Frontiers in Microbiology. 2016. Vol. 7. P. 86.Cheng S., Zhu S. // Bioresources 2009. Vol. 4. № 2. P. 456—457.Cheng S., Zhu S. // Bioresources 2009. Vol. 4. № 2. P. 456—457.Mauser W., Klepper G., Zabel F. et al. // Nature Communications. 2015. Vol. 6. P. 8946.Mauser W., Klepper G., Zabel F. et al. // Nature Communications. 2015. Vol. 6. P. 8946.Kumar A., Gautam A., Dutt D. // Advances in Bioscience and Biotechnology. 2016. Vol. 7. P. 149—168.Kumar A., Gautam A., Dutt D. // Advances in Bioscience and Biotechnology. 2016. Vol. 7. P. 149—168.Hermann B.G., Dornburg V., Patel M.K. // Industrial Biotechnology / Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. P. 433—455.Hermann B.G., Dornburg V., Patel M.K. // Industrial Biotechnology / Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010. P. 433—455.Громов Н.В. Таран О.П., Сорокина К.Н., Мищенко Т.И., Утанди Ш., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 1. P. 74—83.Громов Н.В. Таран О.П., Сорокина К.Н., Мищенко Т.И., Утанди Ш., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 1. P. 74—83.Akhtar N., Gupta K., Goyal D. et al. // Environmental Progress & Sustainable Energy. 2016. Vol. 35. № 2. P. 489—511.Akhtar N., Gupta K., Goyal D. et al. // Environmental Progress & Sustainable Energy. 2016. Vol. 35. № 2. P. 489—511.Barton N.R., Burgard A.P., Burk M. J. et al. // Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 2015. Vol. 42. № 3. P. 349—360.Barton N.R., Burgard A.P., Burk M. J. et al. // Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 2015. Vol. 42. № 3. P. 349—360.Hong E., Kim D., Kim J. et al. // Biomass and Bioenergy. 2015. Vol. 77. P. 177—185.Hong E., Kim D., Kim J. et al. // Biomass and Bioenergy. 2015. Vol. 77. P. 177—185.Sawisit A., Jantama S.S., Kanchanatawee S. et al. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2015. Vol. 38. № 1. P. 175—187.Sawisit A., Jantama S.S., Kanchanatawee S. et al. // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2015. Vol. 38. № 1. P. 175—187.Bai Z., Gao Z., Sun J. et al. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 207. P. 346—352.Bai Z., Gao Z., Sun J. et al. // Bioresource Technology. 2016. Vol. 207. P. 346—352.Wyman C.E. // Twenty-Second Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals / Brian H. Davison, James McMillanMark Finkelstein. - Totowa, NJ: Humana Press, 2001. P. 5—21.Wyman C.E. // Twenty-Second Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals / Brian H. Davison, James McMillanMark Finkelstein. - Totowa, NJ: Humana Press, 2001. P. 5—21.Jönsson L., Alriksson B., Nilvebrant N.-O. // Biotechnology for Biofuels. 2013. Vol. 6. № 1. P. 1—10.Jönsson L., Alriksson B., Nilvebrant N.-O. // Biotechnology for Biofuels. 2013. Vol. 6. № 1. P. 1—10.Volkov P.V., Rozhkova A.M., Gusakov A.V. et al. // Protein Expression and Purification. 2014. Vol. 103. P. 1—7.Volkov P.V., Rozhkova A.M., Gusakov A.V. et al. // Protein Expression and Purification. 2014. Vol. 103. P. 1—7.Ghose T.K., Bisaria V.S. // Biotechnology and Bioengineering. 1979. Vol. 21. № 1. P. 131—146.Ghose T.K., Bisaria V.S. // Biotechnology and Bioengineering. 1979. Vol. 21. № 1. P. 131—146.Woodward J.W.K.S., Zachary G.S., Wohlpart D.L. // Biotechnology and Bioengineering Symposium. 1981. Vol. 11. P. 619—629.Woodward J.W.K.S., Zachary G.S., Wohlpart D.L. // Biotechnology and Bioengineering Symposium. 1981. Vol. 11. P. 619—629.Schwarz W.H. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2001. Vol. 56. № 5-6. P. 634—649.Schwarz W.H. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2001. Vol. 56. № 5-6. P. 634—649.Булахов А.Г., Гусаков А.В., Чекушина А.В. и др. // Биохимия. 2016. Т. 81. № 5. С. 701—709.Булахов А.Г., Гусаков А.В., Чекушина А.В. и др. // Биохимия. 2016. Т. 81. № 5. С. 701—709.Eibinger M., Ganner T., Bubner P. et al. // The Journal of biological chemistry. 2014. Vol. 289. № 52. P. 35929—35938.Eibinger M., Ganner T., Bubner P. et al. // The Journal of biological chemistry. 2014. Vol. 289. № 52. P. 35929—35938.Fang H., Xia L. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 144. № P. 693—697. 22. Tishkov V.I., Gusakov A.V., Cherkashina A.S. et al. // Biochimie. 2013. Vol. 95. № 9. P. 1704—1710.Fang H., Xia L. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 144. № P. 693—697. 22. Tishkov V.I., Gusakov A.V., Cherkashina A.S. et al. // Biochimie. 2013. Vol. 95. № 9. P. 1704—1710.Amano Y., Shiroishi M., Nisizawa K. et al. // The Journal of Biochemistry. 1996. Vol. 120. № 6. P. 1123—1129.Amano Y., Shiroishi M., Nisizawa K. et al. // The Journal of Biochemistry. 1996. Vol. 120. № 6. P. 1123—1129.Heinzelman P., Snow C.D., Wu I. et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009. Vol. 106. № 14. P. 5610—5615.Heinzelman P., Snow C.D., Wu I. et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009. Vol. 106. № 14. P. 5610—5615.Cao L.-С., Wang Z.-J., Ren G.-H. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2015. Vol. 8. P. 202.Cao L.-С., Wang Z.-J., Ren G.-H. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2015. Vol. 8. P. 202.Proskurina O.V., Korotkova O.G., Rozhkova A.M. et al. // Applied Biochemistry and Microbiology. 2015. Vol. 51. № 6. P. 667—673.Proskurina O.V., Korotkova O.G., Rozhkova A.M. et al. // Applied Biochemistry and Microbiology. 2015. Vol. 51. № 6. P. 667—673.Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М. и др. //Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М. и др. //Прикладная биохимия и микробиология. 2015. Т. 56. № 6. С. 592—599.Прикладная биохимия и микробиология. 2015. Т. 56. № 6. С. 592—599.Gao D., Uppugundla N., Chundawat S.P. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2011. Vol. 4. № 1. P. 1—11.Gao D., Uppugundla N., Chundawat S.P. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2011. Vol. 4. № 1. P. 1—11.Morozova V.V., Gusakov A.V., Andrianov R.M. et al. // Biotechnology Journal. 2010. Vol. 5. № 8. P. 871—880.Morozova V.V., Gusakov A.V., Andrianov R.M. et al. // Biotechnology Journal. 2010. Vol. 5. № 8. P. 871—880.Ju X., Bowden M., Engelhard M. et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2014. Vol. 98. № 10. P. 4409—4420.Ju X., Bowden M., Engelhard M. et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2014. Vol. 98. № 10. P. 4409—4420.Li C., Knierim B., Manisseri C. et al. // Bioresource Technology. 2010. Vol. 101. № 13. P. 4900—4906.Li C., Knierim B., Manisseri C. et al. // Bioresource Technology. 2010. Vol. 101. № 13. P. 4900—4906.Gladden J.M., Park J.I., Bergmann J. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. № 1. P. 1—12.Gladden J.M., Park J.I., Bergmann J. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. № 1. P. 1—12.Xu J., He B., Wu B. et al. // Bioresource Technology. 2014. Vol. 157. P. 166—173.Xu J., He B., Wu B. et al. // Bioresource Technology. 2014. Vol. 157. P. 166—173.Nordwald E.M., Brunecky R., Himmel M.E. et al. // Biotechnology and Bioengineering. 2014. Vol. 111. № 8. P. 1541—1549.Nordwald E.M., Brunecky R., Himmel M.E. et al. // Biotechnology and Bioengineering. 2014. Vol. 111. № 8. P. 1541—1549.Konda N. M., Shi J., Singh S. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. № 1. P. 86.Konda N. M., Shi J., Singh S. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. № 1. P. 86.Tarek A.A.M., Nagwa A.T. // African Journal of Biotechnology. 2007. Vol. 6. № 8. P. 1048—1054.Tarek A.A.M., Nagwa A.T. // African Journal of Biotechnology. 2007. Vol. 6. № 8. P. 1048—1054.Liming X., Xueliang S. // Bioresour Technol. 2004. Vol. 91. № 3. P. 259—262.Liming X., Xueliang S. // Bioresour Technol. 2004. Vol. 91. № 3. P. 259—262.He M., Wu B., Qin H. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. № 1. P. 1—15.He M., Wu B., Qin H. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2014. Vol. 7. № 1. P. 1—15.Liu P., Zhu X., Tan Z. et al. // Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology / Th. Scheper, S. Belkin, P.M. Doran et. al. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2015. P. 1—34.Liu P., Zhu X., Tan Z. et al. // Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology / Th. Scheper, S. Belkin, P.M. Doran et. al. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2015. P. 1—34.Qin L., Li W. C., Liu L. et al. // Biotechnol Biofuels. 2016. Vol. 9. P. 70.Qin L., Li W. C., Liu L. et al. // Biotechnol Biofuels. 2016. Vol. 9. P. 70.Berlin A., Balakshin M., Gilkes N. et al. // Journal of Biotechnology. 2006. Vol. 125. № 2. P. 198—209.Berlin A., Balakshin M., Gilkes N. et al. // Journal of Biotechnology. 2006. Vol. 125. № 2. P. 198—209.Li B.-Z., Balan V., Yuan Y.-J. et al. // Bioresource Technology. 2010. Vol. 101. № 4. P. 1285—1292.Li B.-Z., Balan V., Yuan Y.-J. et al. // Bioresource Technology. 2010. Vol. 101. № 4. P. 1285—1292.Almeida J.R.M., Modig T., Petersson A. et al. // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2007. Vol. 82. № 4. P. 340—349.Almeida J.R.M., Modig T., Petersson A. et al. // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 2007. Vol. 82. № 4. P. 340—349.Hassan E.-S. R. E., Mutelet F., Moise J.-C. et al. // RSC Advances. 2015. Vol. 5. № 75. P. 61455—61464.Hassan E.-S. R. E., Mutelet F., Moise J.-C. et al. // RSC Advances. 2015. Vol. 5. № 75. P. 61455—61464.Wang C., Yan D., Li Q. et al. // Bioresource Technology. 2014. Vol. 172. P. 283—289.Wang C., Yan D., Li Q. et al. // Bioresource Technology. 2014. Vol. 172. P. 283—289.Ninomiya K., Ogino C., Ishizaki M. et al. // Biochemical Engineering Journal. 2015. Vol. 103. P. 198—204.Ninomiya K., Ogino C., Ishizaki M. et al. // Biochemical Engineering Journal. 2015. Vol. 103. P. 198—204.Öhgren K., Bura R., Lesnicki G. et al. // Process Biochemistry. 2007. Vol. 42. № 5. P. 834—839.Öhgren K., Bura R., Lesnicki G. et al. // Process Biochemistry. 2007. Vol. 42. № 5. P. 834—839.Olofsson K., Bertilsson M., Lidén G. // Biotechnology for Biofuels. 2008. Vol. 1. P. 7—7.Olofsson K., Bertilsson M., Lidén G. // Biotechnology for Biofuels. 2008. Vol. 1. P. 7—7.Davidson J.F., Whyte B., Bissinger P.H. et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996. Vol. 93. № 10. P. 5116—5121.Davidson J.F., Whyte B., Bissinger P.H. et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1996. Vol. 93. № 10. P. 5116—5121.Rodrigues T.H.S., de Barros E.M., de Sá Brígido J. et al. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2016. Vol. 178. № 6. P. 1167—1183.Rodrigues T.H.S., de Barros E.M., de Sá Brígido J. et al. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2016. Vol. 178. № 6. P. 1167—1183.Wu Z., Lee Y.Y. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 1998. Vol. 70. № 1. P. 479-492.Wu Z., Lee Y.Y. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 1998. Vol. 70. № 1. P. 479-492.Ishola M.M., Jahandideh A., Haidarian B. et al. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 133. P. 68—73.Ishola M.M., Jahandideh A., Haidarian B. et al. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 133. P. 68—73.Singh A., Das K., Sharma D.K. // Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development. 1984. Vol. 23. № 2. P. 257—262.Singh A., Das K., Sharma D.K. // Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development. 1984. Vol. 23. № 2. P. 257—262.Teixeira L.C., Linden J.C., Schroeder H.A. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2000. Vol. 84. № 1. P. 111—127.Teixeira L.C., Linden J.C., Schroeder H.A. // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2000. Vol. 84. № 1. P. 111—127.Olofsson K., Palmqvist B., Lidén G. // Biotechnology for Biofuels. 2010. Vol. 3. № 1. P. 1—9.Olofsson K., Palmqvist B., Lidén G. // Biotechnology for Biofuels. 2010. Vol. 3. № 1. P. 1—9.Jin M., Gunawan C., Balan V. et al. // Bioresource Technology. 2012. Vol. 110. P. 587—594.Jin M., Gunawan C., Balan V. et al. // Bioresource Technology. 2012. Vol. 110. P. 587—594.Schuster B.G., Chinn M.S. // BioEnergy Research. 2013. Vol. 6. № 2. P. 416—435.Schuster B.G., Chinn M.S. // BioEnergy Research. 2013. Vol. 6. № 2. P. 416—435.den Haan R., van Rensburg E., Rose S.H. et al. // CurrentOpinion in Biotechnology. 2015. Vol. 33. P. 32—38.den Haan R., van Rensburg E., Rose S.H. et al. // CurrentOpinion in Biotechnology. 2015. Vol. 33. P. 32—38.Chang J.-J., Ho C.-Y., Ho F.-J. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2012. Vol. 5. № 1. P. 1—12.Chang J.-J., Ho C.-Y., Ho F.-J. et al. // Biotechnology for Biofuels. 2012. Vol. 5. № 1. P. 1—12.Fujita Y., Ito J., Ueda M. et al. // Appl Environ Microbiol. 2004. Vol. 70. № 2. P. 1207—1212.Fujita Y., Ito J., Ueda M. et al. // Appl Environ Microbiol. 2004. Vol. 70. № 2. P. 1207—1212.Shin S.K., Hyeon J.E., Kim Y.I. et al. // Biotechnology Journal. 2015. Vol. 10. № 12. P. 1912—1919.Shin S.K., Hyeon J.E., Kim Y.I. et al. // Biotechnology Journal. 2015. Vol. 10. № 12. P. 1912—1919.Liu Z., Ho S.-H., Sasaki K. et al. // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 24550.Liu Z., Ho S.-H., Sasaki K. et al. // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 24550.Lu Y., Zhang Y.H., Lynd L.R. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2006. Vol. 103. № 44. P. 16165-16169.Lu Y., Zhang Y.H., Lynd L.R. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2006. Vol. 103. № 44. P. 16165-16169.Argyros D.A., Tripathi S.A., Barrett T.F. et al. // Appl. Environ Microbiol. 2011. Vol. 77. № 23. P. 8288—8294.Argyros D.A., Tripathi S.A., Barrett T.F. et al. // Appl. Environ Microbiol. 2011. Vol. 77. № 23. P. 8288—8294.Ronan P., Yeung C.W., Schellenberg J. et al. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 129. P. 156—163.Ronan P., Yeung C.W., Schellenberg J. et al. // Bioresource Technology. 2013. Vol. 129. P. 156—163.

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