Enzymatic hydrolysis of products of hydro thermobaric processing of miscanthus and oat hull fibre

The aim of this work is to study the enzymatic hydrolysis of the fibrous products derived by hydro-thermobaric treatment with the explosion of two kind of feed (miscanthus and oat hull fibre) in the high-pressure reactor. Multi-enzyme composition of the enzyme preparations «Bryuzaym BGX», «CelloLux-A», «Rapidaza CR» were used as a catalyst. It is found that the products of the fruit fiber membranes oats have a higher reactivity to the fermentation compared with miscanthus: the hydrolysis of oat hull fibre processing product in a high pressure reactor leads to a maximum yield of reducing substances – 68 % (by weight of the substrate) or 95 % (by weight of hydrolysable components), with the advantage glucose hydrolyzate. In the case of miscanthus processing product obtained under the same conditions,
the yield of reducing substances was 44 % (by weight of the substrate) or 56 % (by weight of the hydrolyzable components.)
With increasing the pressure at hydro-thermobaric treatment of miscanthus the mass fraction of hemicellulose in processing products is reduced to 0,4 %, the reactivity to fermentation of processing products is reduced: the output of reducing substances is 37 % (by weight of the substrate) or 55 % (by weight of hydrolyzed components).

1. Варфоломеев С.Д. Биотоплива — энергоносители из возобновляемого сырья // Катализ в промышленности. 2010. № 5. С. 8—10.

2. Разумовский С.Д., Подмастерьев В.В., Зеленецкий А.Н. Механо-химические методы активации процессов предобработки биомассы // Катализ в промышленности. 2010. № 5. С. 53—57.

3. Сульман Э.М., Сульман М.Г., Прутенская Е.А. Исследование влияния ультразвуковой предобработки на состав лигноцеллюлозного материала в биотехнологических процессах // Катализ в промышленности. 2010. № 5. С. 58—63.

4. Hu F., Ragauskas A.J. Pretreatment and Lignocellulosic Chemistry // Bioenerg. Res. 2012. 5. Р. 1043—1066.

5. Рабинович М.Л. Производство этанола из целлюлозо-содержащих материалов: потенциал российских разработок // Прикладная биохимия и микробиология. 2006. № 1. С. 5—32.

6. Koegel R.G., Sreenath H.K., Straub R.J. Liquid Hot Water (LHW) Pretreatment of Alfalfa Fiber Destined for Ethanol Production // Research Summaries. 1997. P. 25—27.

7. Zaldivar J., Nielsen J., Olsson L. Fuel ethanol production from lignocellulose: a challenge for metabolic engineering and process integration // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001. 56. P. 17—34.

8. Miscanthus: For Energy and Fibre. By Michael B. Jones, Mary Walsh. Published by Earthscan, 2001. 192 p.

9. Sun R.-C. Cereal straw as a resource for sustainable biomaterials and biofuels. First edition 2010. P. 134—135.

10. Hu Z., Ragauskas A.J. Hydrothermal Pretreatment of Switchgrass // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. 50. Р. 4225—4230.

11. Будаева В.В., Бычин Н.В., Сакович Г.В. Свойства мискантуса после обработки в реакторе высокого давления — 2009 // Ползуновский вестник. 2010. № 4—1. С. 144—149.

12. Цуканов С.Н., Будаева В.В. Предобработка мискантуса китайского в условиях гидротермобарического взрыва в нейтральной среде // Ползуновский вестник. 2010. № 4—1. С. 209—214.

13. Цуканов С.Н., Будаева В.В. Гидротермобарический способ получения целлюлозы из отходов злаков // Ползуновский вестник. 2011. № 4—1. С. 236—239.

14. Shumny V.К. A new form of Miscanthus (Chinese silver grass, Miscanthus sinensis -Anderson) as a promising source of cellulosic biomass / V.К. Shumny., S.G. Veprev, N.N. Nechiporenko, T.N. Goryachkovskaya, N.M. Slynko, N.A. Kolchanov, S.E. Peltek // Advances in Bioscience and Biotechnology. 2010. Vol. 1. P. 167—170.

15. Бурцева Е.А., Гора А.А., Будаева В.В. Ферментативный и химический гидролиз недревесного целлюлозосодержащего сырья // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы IV Всерос. конф., Барнаул, 21—23 апреля 2009 г.: В 2 кн. / Под. ред. Н.Г. Базарновой, В.И. Маркина. Барнаул: Изд-во Алтайского ун-та, 2009. Кн. 1. С. 148—151.

16. Будаева В.В., Митрофанов Р.Ю., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. Переработка мискантуса китайского //

17. Ползуновский вестник. 2009. № 3. С. 328—335.

18. 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.

19. Макарова Е.И., Будаева В.В., Митрофанов Р.Ю. Использование мультиэнзимных композиций для гидролиза нетрадиционного целлюлозосодержащего сырья // Ползуновский вестник. 2010. № 4. С. 192—198.

20. 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.

21. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 c.

22. Березин И.В., Клесов А.А., Швядас В.К., Угарова Н.Н., Варфаломеев С.Д., Ярополов А.И., Казанская Н.Ф., Егоров А.М. Инженерная энзимология. М.: Высшая школа, 1987. С. 32—42.

23. Будаева В.В., Сакович Г.В. Нетрадиционные целлюлозы для технической химии / Фундаментальные и прикладные проблемы технической химии: сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 2011. С. 281—295.

24. Павлов И.Н., Будаева В.В., Сакович Г.В. Термобарическая обработка плодовых оболочек овса в водной среде / Химическая технология и биотехнология новых материалов и продуктов: тезисы докладов IV Международной конференции РХО им. Д.И. Менделеева: в 2 т. Т. 2, г. Москва, 24—25 октября 2012. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева: ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, 2012. С. 135—137.

25. Третьяков В.Ф., Макарфи Ю.И., Третьяков К.В., Французова Н.А., Талышинский Р.М. Каталитическая конверсия биоэтанола в углеводородные топлива // Катализ в промышленности. 2010. № 5. С. 11—29.