Биокатализаторы на основе иммобилизованных клеток микроорганизмов в процессах получения биоэтанола и биобутанола

В статье рассматриваются процессы получения биоэтанола и биобутанола, как перспективных видов альтернативного топлива, с использованием биокатализаторов на основе клеток различных микроорганизмов, иммобилизованных в криогель поливинилового спирта. Биокатализаторы на основе иммобилизованных клеток стабильно обеспечивают получение биоэтанола из разнообразных отходов промышленности и сельского хозяйства (пшеничной соломы, свекловичного и тростникового жома, пергамента, кукурузной кочерыжки, отходов переработки сои) с высокой степенью конверсии потреблённых субстратов в целевой продукт. Концентрации этанола в средах с биокатализаторами существенно выше тех, что получены для свободных клеток тех же микроорганизмов. Установлено, что иммобилизованные клетки мицелиальных грибов способны конвертировать в этанол более широкий спектр сахаров, присутствующих в обрабатываемых средах, чем традиционно используемые дрожжи. Показано, что иммобилизация клеток рода Clostridium, продуцирующих бутанол, позволяет устойчиво изменить соотношение между накапливающимися в среде растворителями в процессе «ацетон–бутанол–этанольного» брожения в сторону увеличения доли бутанола, улучшив тем самым характеристики процесса по сравнению с существующими технологиями на основе свободных клеток бактерий.

1. Efremenko E.N., Lyagin I.V., Senko O.V., Stepanov N.A., Spiricheva O.V., Azizov R.E. // Leading-Edge Environmental Biodegradation (Ed.L.E. Pawley). Nova Science Publ. Inc. N.-Y. 2007. Ch.1. P. 11.

2. Варфоломеев С.Д., Ефременко Е.Н., Крылова Л.П. // Успехи химии. 2010. Т. 79.

3. Ефременко Е.Н., Татаринова Н.Ю. // Микробиология. 2007. Т.76. №3, С. 383.

4. Clark T.A. Mackie K.L. // J. Chem. Tech. Biotechnol. 1984. V. 34. P. 101.

5. Yu J., Zhang X., Tan T. // J. Biotechnol. 2007. V.129. P. 415.

6. Yu J., Zhang X., Tan T. // Biomass Bioenerg. 2009. V. 33. P. 521.

7. Yamashita Y., Kurosumi A., Sasaki C., Nakamura Y. // Biochem Eng J. 2008. V. 42. P. 314.

8. Liu R., Li J., Shen F. // Renew Energ. 2008 V. 33. P. 1130.

9. Karimi K., Emtiazi G., Taherzadeh M. J. // Enzyme Microb. Tech. 2006. V. 40. P. 138.

10. Karimi K., Emtiazi G., Taherzadeh M. J. // Proc. Biochem. 2006. V. 41. P. 653.

11. Степаненко П. // The Chem. J. 2008. P. 30.

12. Shapovalov O.I., Ashkinazi L.A. // Rus. J. Appl. Chem. 2008. V. 81. P. 2232.

13. Huang W., Ramey D.E., Yang S.// Appl. Biochem. Biotechnol. 2004. V. 113–116. P. 887.

14. Lienhardt J., Schripsema J., Qureshi N., Blaschek H.P.// Appl. Biochem. Biotechnol. 2002. V.98–100. P. 591.

15. Пат. № 2322499 (РФ) Способ получения иммобилизованного биокатализатора и биокатализатор для производства спиртосодержащих напитков. // Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Мартыненко Н.Н., Грачева И.М. 2008.

16. Пат. № 2253677 (РФ) Иммобилизованный биокатализатор, способ его получения и способ получения молочной кислоты с использованием этого биокатализатора. //. Ефременко Е.Н., Спиричева О.В., Варфоломеев С.Д., Синеокий С.П., Байбак А.В., Лозинский В. И. 2005.

17. Lozinsky V.I., Plieva F.M. // Enzyme Microb. Tech. 1998. V. 23. P. 227.

18. Efremenko E.N., Spiricheva O.V., Veremeenko D.V., Lozinsky V.I. // Chem. Industry. 2004. V.58. P. 116.

19. Stepanov N.A., Efremenko E.N.// Biocatalysis and Biocatalytic Technologies. Nova Science Publ. Inc. N.-Y. 2006. Ch.VI. P. 67.

20. Efremenko E., Senko O., Zubaerova D., Podorozhko E., Lozinsky V. // Food Techn. Biotechn. 2008. V. 46. P. 208.

21. Efremenko E., Lyagin I., Gudkov D., Varfolomeyev S. // Biocatalysis Biotransform. 2007. V.25. P. 359.

22. Ballesteros M., Oliva J. M., Negro M. J., Manzanares P., Ballesteros I. // Process Biochem. 2004. V. 29. P. 1843.

23. Ballesteros M., Oliva J. M., Negro M. J., Manzanares P., Ballesteros I. // World J. Microb. Biot. 2002. V. 18. P. 559.

24. Martín C., Galbe M., Wahlbom F., Hahn-Hägerdal B., Jönsson L. J. // Enzyme Microb. Tech. 2002. V. 31. P. 274.

25. Pimentel L.D., Patzek T. W. // Nat. Res. Research. 2005. V. 14. P. 65.

26. Fujii, N. Oki T., Sakurai A., Suye S., Sakakibara M. // J. Ind. Microbiol. Biot. 2001. V. 27. P. 52.

27. Jamai L., Ettayebi K., Yamani J.El, Ettayebi M. //Bioresour. Technol. 2007 V. 98. P. 2765.

28. Bandaru V.V.R., Somalanka S.R., Mendu D.R., Madicherla N.R., Chityala A. // Enzyme Microb. Tech. 2006. V.38, P. 209.

29. Staniszewski M., Kujawski W., Lewandowska M. // J. Food Engineer. 2007. V. 82. P. 618.

30. Olofsson K., Bertilsson M., Liden G. // Biotechn. Biofuels. 2008. V. 1. P.1.

31. Staniszewski M., Kujawski W., Lewandowska M. // Food Engineer. 2009. V. 91. P.240.

32. Lee S., Cho M.O., Park C.H., Chung Y., Kim J.H., Sang B., Um Y. // Energy Fuels. 2008. V. 22. P.3459.

33. Lienhardt J., Schripsema J., Qureshi N., Blaschek H.P. // Appl. Biochem. Biotechnol. 2002. V. 98–100. P. 591.