catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2023-4-75-83catal-962Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISБиокаталитическое превращение полуфабриката лиственной древесины в сахара: проведение процесса ферментативного гидролиза при высокой концентрации субстратаBiocatalytic transformation of semi-finished hardwood into sugars – carrying out the process of enzymatic hydrolysis at a high concentration of substrateСеменоваМ. В.SemenovaM. V.ctls@kalvis.ruТелицинВ. Д.TelitsinV. D.ctls@kalvis.ruРожковаА. М.RozhkovaA. M.ctls@kalvis.ruКондратьеваЕ. Г.KondratievaE. A.ctls@kalvis.ruШашковИ. А.ShashkovI. A.ctls@kalvis.ruСатрутдиновА. Д.SatrutdinovA. D.ctls@kalvis.ruГарееваЯ. А.GareevaYa. A.ctls@kalvis.ruМосеевВ. Г.MoseevV. G.ctls@kalvis.ruКряжевА. М.KryazhevA. M.ctls@kalvis.ruСиницынА. П.SinitsynA. P.ctls@kalvis.ruФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН), МоскваРоссияFederal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology» of RAS, MoscowRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ), химический факультет, МоскваРоссияLomonosov Moscow State University, MoscowRussian FederationФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук (ФИЦ Биотехнологии РАН), Москва; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ), химический факультет, МоскваРоссияFederal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology» of RAS, Moscow; Lomonosov Moscow State University, MoscowRussian FederationООО «Техсервис», НоводвинскРоссияTechservice LLC, NovodvinskRussian FederationАО «Архангельский ЦБК», АрхангельскРоссияArkhangelsk Pulp and Paper Mill JSC, ArkhangelskRussian Federation2023080920232347583Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/962

Показана возможность исчерпывающего ферментативного гидролиза полубеленой сульфатной лиственной целлюлозы (полуфабриката целлюлозно-бумажного производства) при ее сверхвысоких концентрациях в реакционной смеси (до 300 г/л в пересчете на сухое вещество). Для гидролиза использованы российские коммерческие ферментные препараты; наилучшим из них оказался Агроксил Плюс, обладающий высокой активностью целлюлаз и эндоксиланазы. С помощью Агроксил Плюс (при его дозировке 20 мг белка/г субстрата) в присутствии вспомогательного ферментного препарата β-глюкозидазы (2 мг белка/г субстрата) при исходной концентрации полубеленой целлюлозы 300 г/л было получено 290 г/л сахаров (в том числе 210 г/л глюкозы, 30 г/л ксилозы). Благодаря методу дробного внесения субстрата удалось в два раза снизить дозировку Агроксил Плюс (10 мг белка/г субстрата при суммарной концентрации полубеленой целлюлозы 300 г/л) с сохранением высокого выхода продуктов гидролиза – 270 г/л сахаров (в том числе 200 г/л глюкозы, 30 г/л ксилозы).

The possibility of exhaustive enzymatic hydrolysis of semi-bleached sulfate hardwood pulp, a semi-finished product of pulp and paper production, at its super high concentrations in the reaction mixture (up to 300 g/l) is shown. For hydrolysis, Russian commercial enzyme preparations were used, the best of them was Agroxyl Plus, which has a high activity of cellulases and endoxylanase. With the help of Agroxyl Plus (at its dosage of 20 mg protein/g substrate) in the presence of an auxiliary enzyme preparation of β-glucosidase (2 mg protein/g substrate) at an initial concentration of semi-bleached cellulose of 300 g/l, 290 g/l sugars (210 g/l glucose, 30 g/l xylose) were obtained. Due to fed-batch enzymatic hydrolysis, it was possible to halve the dosage of Agroxyl Plus (10 mg protein/g of substrate at a total concentration of semi-bleached cellulose of 300 g/l) while maintaining a high yield of hydrolysis products – 270 g/l sugars (200 g/l glucose, 30 g/l xylose).

полубеленая сульфатная лиственная целлюлозаферментативный гидролизвысокая концентрация субстратацеллюлазыPenicillium verruculosumsemi-bleached sulfate hardwood pulpenzymatic hydrolysishigh substrate concentrationcellulasesPenicillium verruculosumReferencesГусаков А.В., Синицын А.П. Деполимеризация природных биополимеров. Ферментативный гидролиз целлюлозы // Химия биомассы: биотоплива и биопластики / под ред. С.Д. Варфоломеева. М. : Научный мир, 2017. С. 65–99.Гусаков А.В., Синицын А.П. Деполимеризация природных биополимеров. Ферментативный гидролиз целлюлозы // Химия биомассы: биотоплива и биопластики / под ред. С.Д. Варфоломеева. М. : Научный мир, 2017. С. 65–99.Синицын А.П., Синицына О.А. // Успехи биологической химии. 2021. Т. 61. С. 347–414. doi:10.1134/S0006297921140121.Синицын А.П., Синицына О.А. // Успехи биологической химии. 2021. Т. 61. С. 347–414. doi:10.1134/S0006297921140121.Aksenov A.S., Tyshkunova I.V., Poshina D.N., Guryanova A.A., Chukhchin D.G., Sinelnikov I.G., Terentyev K.Y., Skorik Y.A., Novozhilov E.V., Sinitsyn A.P. // Catalysts. 2020. Vol. 10, № 5. P. 536. doi:10.3390/catal10050536.Aksenov A.S., Tyshkunova I.V., Poshina D.N., Guryanova A.A., Chukhchin D.G., Sinelnikov I.G., Terentyev K.Y., Skorik Y.A., Novozhilov E.V., Sinitsyn A.P. // Catalysts. 2020. Vol. 10, № 5. P. 536. doi:10.3390/catal10050536.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., Константинова С.А., Синицын А.П. // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. 2012. № 8 (91). С. 129–134.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., Константинова С.А., Синицын А.П. // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник. 2012. № 8 (91). С. 129–134.Sun Q., Foston M., Meng X., Sawada D., Pingali S.V., O’Neill H.M., Li H., Wyman Ch.E., Langan P., Ragauskas A.J., Kumar R. // Biotechnol. Biofuels. 2014. Vol. 7. Article number 150. P. 1 – 14. doi:10.1186/s13068- 014-0150-6.Sun Q., Foston M., Meng X., Sawada D., Pingali S.V., O’Neill H.M., Li H., Wyman Ch.E., Langan P., Ragauskas A.J., Kumar R. // Biotechnol. Biofuels. 2014. Vol. 7. Article number 150. P. 1 – 14. doi:10.1186/s13068- 014-0150-6.Yang B., Dai Z., Ding S.-Y., Wyman C.E. // Biofuels. 2011. Vol. 2, № 4. P. 421–449. doi:10.4155/bfs.11.116.Yang B., Dai Z., Ding S.-Y., Wyman C.E. // Biofuels. 2011. Vol. 2, № 4. P. 421–449. doi:10.4155/bfs.11.116.Kumar P., Barrett D.M., Delwiche M.J., Stroeve P. // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. Vol. 48. P. 3713–3729. doi:10.1021/ie801542g.Kumar P., Barrett D.M., Delwiche M.J., Stroeve P. // Ind. Eng. Chem. Res. 2009. Vol. 48. P. 3713–3729. doi:10.1021/ie801542g.Karimi K., Taherzadeh M.J. // Bioresour. Technol. 2016. Vol. 200. P. 1008–1018. doi: 10.1016/j.biortech.2015.11.022.Karimi K., Taherzadeh M.J. // Bioresour. Technol. 2016. Vol. 200. P. 1008–1018. doi: 10.1016/j.biortech.2015.11.022.Liguori R., Ventorino V., Pepe O., Faraco V. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016. Vol. 100, № 2. P. 597–611. doi:10.1007/s00253-015-7125-9.Dibyajyoti Haldar, Mihir Kumar Purkait // Process Biochem. 2020. Vol. 89. P. 110–133. doi:10.1016/j.procbio.2019.10.001.Yu-Cai He, Cui-Luan Ma, Bin Yang. Pretreatment process and its synergistic effects on enzymatic digestion of lignocellulosic material // Fungal cellulolytic enzymes. Microbial production and application / Ed. by Xu Fang, Yinbo Qu. Springer. 2018. P. 1–25. doi:10.1007/978-981-13-0749-2_1.Liguori R., Ventorino V., Pepe O., Faraco V. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016. Vol. 100, № 2. P. 597–611. doi:10.1007/s00253-015-7125-9.Dibyajyoti Haldar, Mihir Kumar Purkait // Process Biochem. 2020. Vol. 89. P. 110–133. doi:10.1016/j.procbio.2019.10.001.Yu-Cai He, Cui-Luan Ma, Bin Yang. Pretreatment process and its synergistic effects on enzymatic digestion of lignocellulosic material // Fungal cellulolytic enzymes. Microbial production and application / Ed. by Xu Fang, Yinbo Qu. Springer. 2018. P. 1–25. doi:10.1007/978-981-13-0749-2_1.Alvira P., Tomáspejó E., Ballesteros M., Negro M.J. // Bioresour. Technol. 2010. Vol. 101, № 13. P. 4851–4861. doi:10.1016/j.biortech.2009.11.093.Alvira P., Tomáspejó E., Ballesteros M., Negro M.J. // Bioresour. Technol. 2010. Vol. 101, № 13. P. 4851–4861. doi:10.1016/j.biortech.2009.11.093.Новожилов Е.В., Синельников И.Г., Аксенов А.С., Чухчин Д.Г., Тышкунова И.В., Рожкова А.М., Осипов Д.О., Зоров И.Н., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15, № 5. С. 78–83. doi:10.18412/1816-0387-2015-5-78-83.Новожилов Е.В., Синельников И.Г., Аксенов А.С., Чухчин Д.Г., Тышкунова И.В., Рожкова А.М., Осипов Д.О., Зоров И.Н., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15, № 5. С. 78–83. doi:10.18412/1816-0387-2015-5-78-83.Van Heiningen A. // Pulp and Paper Canada. 2006. Vol. 107, № 6. P. 38–43.Van Heiningen A. // Pulp and Paper Canada. 2006. Vol. 107, № 6. P. 38–43.Синицын А.П., Синицына О.А., Зоров И.Н., Рожкова А.М. // Прикл. биохимия и микробиология. 2020. Т. 56, № 6. С. 551–560. doi:10.31857/S0555109920060161.Синицын А.П., Синицына О.А., Зоров И.Н., Рожкова А.М. // Прикл. биохимия и микробиология. 2020. Т. 56, № 6. С. 551–560. doi:10.31857/S0555109920060161.Морозова В.В., Семенова М.В., Рожкова А.М., Кондратьева Е.Г., Окунев О.Н., Беккаревич А.О., Новожилов Е.В., Синицын А.П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2010. Т. 46, № 3. С. 397–400.Морозова В.В., Семенова М.В., Рожкова А.М., Кондратьева Е.Г., Окунев О.Н., Беккаревич А.О., Новожилов Е.В., Синицын А.П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2010. Т. 46, № 3. С. 397–400.Jin Y., Jameel H., Chang H., Phillips R. // J. Wood Chem. Technol. 2010. Vol. 30. P. 86–104. doi:10.1080/02773810903578360.Jin Y., Jameel H., Chang H., Phillips R. // J. Wood Chem. Technol. 2010. Vol. 30. P. 86–104. doi:10.1080/02773810903578360.Buzala K., Przybysz P., Rosicka-Kaczmarek J., Kalinowska H. // Cellulose. 2015. Vol. 22, № 1. P. 663–674. doi:10.1007/s10570-014-0522-x.Buzala K., Przybysz P., Rosicka-Kaczmarek J., Kalinowska H. // Cellulose. 2015. Vol. 22, № 1. P. 663–674. doi:10.1007/s10570-014-0522-x.Du J., Cao Y., Liu G., Zhao J., Li X., Qu Y. // Bioresour. Technol. 2017. Vol. 229. P. 88–95. doi:10.1016/j.biortech.2017.01.011.Du J., Cao Y., Liu G., Zhao J., Li X., Qu Y. // Bioresour. Technol. 2017. Vol. 229. P. 88–95. doi:10.1016/j.biortech.2017.01.011.Kadhum H.J., Rajendran K., Murthy G.S. // Bioresour. Technol. 2017. Vol. 244. P. 108–116. doi:10.1016/j.biortech.2017.07.047.Kadhum H.J., Rajendran K., Murthy G.S. // Bioresour. Technol. 2017. Vol. 244. P. 108–116. doi:10.1016/j.biortech.2017.07.047.Nwamba M.C., Song G., Sun F., Mukasekuru M.R., Ren H., Zhang Q., Cao T., Wang H., Sun H., Hong J. // Bioresour. Technol. 2021. Vol. 338. Article 125505. doi:10.1016/j.biortech.2021.125505.Nwamba M.C., Song G., Sun F., Mukasekuru M.R., Ren H., Zhang Q., Cao T., Wang H., Sun H., Hong J. // Bioresour. Technol. 2021. Vol. 338. Article 125505. doi:10.1016/j.biortech.2021.125505.Mukasekuru M.R., Kaneza P., Sun H., Sun F., He J., Zheng P. // Ind. Crops Products. 2020. Vol. 146. Article 112156. doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112156.Mukasekuru M.R., Kaneza P., Sun H., Sun F., He J., Zheng P. // Ind. Crops Products. 2020. Vol. 146. Article 112156. doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112156.Семенова М.В., Рожкова А.М., Осипов Д.О., Сатрутдинов А.Д., Синицына О.А., Рубцова Е.А., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2019. Т. 55, № 6. С. 586–593. doi:10.1134/S0555109919050118.Семенова М.В., Рожкова А.М., Осипов Д.О., Сатрутдинов А.Д., Синицына О.А., Рубцова Е.А., Кондратьева Е.Г., Синицын А.П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2019. Т. 55, № 6. С. 586–593. doi:10.1134/S0555109919050118.Ying W., Zhu J., Xu Y., Zhang J. // Bioresour. Technol. 2021. Vol. 340. Article 125624. doi:10.1016/j.biortech.2021.125624.Ying W., Zhu J., Xu Y., Zhang J. // Bioresour. Technol. 2021. Vol. 340. Article 125624. doi:10.1016/j.biortech.2021.125624.Wei W., Wu S. // Bioresour. Technol. 2017. Vol. 245. P. 289–295. doi:10.1016/j.biortech.2017.08.133.Wei W., Wu S. // Bioresour. Technol. 2017. Vol. 245. P. 289–295. doi:10.1016/j.biortech.2017.08.133.Gao Y., Xu J., Yuan Z., Zhang Y., Liu Y., Liang C. // Bioresour. Technol. 2014. Vol. 167. P. 41–45. doi:10.1016/j.biortech.2014.05.034.Gao Y., Xu J., Yuan Z., Zhang Y., Liu Y., Liang C. // Bioresour. Technol. 2014. Vol. 167. P. 41–45. doi:10.1016/j.biortech.2014.05.034.Baral P., Pundir A., Kumar V., Kurmi A.K., Agrawal D. // Food Bioproducts Processing. 2020. Vol. 124. P. 72–81. doi:10.1016/j.fbp.2020.08.005.Baral P., Pundir A., Kumar V., Kurmi A.K., Agrawal D. // Food Bioproducts Processing. 2020. Vol. 124. P. 72–81. doi:10.1016/j.fbp.2020.08.005.Синицын А. П., Черноглазов В. М., Гусаков А. В. // Итоги науки и техники. Серия Биотехнология. М.: ВИНИТИ, 1990. Т. 25. С. 148.Синицын А. П., Черноглазов В. М., Гусаков А. В. // Итоги науки и техники. Серия Биотехнология. М.: ВИНИТИ, 1990. Т. 25. С. 148.Семенова М.В., Гусаков А.В., Телицин В.Д., Матыс В.Ю., Бубнова Т.В., Немашкалов В.А., М. Рожкова А.М., Синицын А.П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2022. Т. 58, № 4. С. 366–373. doi:10.31857/S0555109922040146.Семенова М.В., Гусаков А.В., Телицин В.Д., Матыс В.Ю., Бубнова Т.В., Немашкалов В.А., М. Рожкова А.М., Синицын А.П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2022. Т. 58, № 4. С. 366–373. doi:10.31857/S0555109922040146.

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