Preview

Катализ в промышленности

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Кинетика ферментативного гидролиза лигноцеллюлозных материалов при различных концентрациях субстрата

https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-5-60-66

Полный текст:

Аннотация

Изучена кинетика ферментативного гидролиза в ацетатном буфере двух субстратов лигноцеллюлозного материала из мискантуса и плодовых оболочек овса (ПОО) – при различных концентрациях субстрата. Субстраты получены одностадийной обработкой разбавленным раствором азотной кислоты, содержание негидролизуемого компонента – кислотонерастворимого лигнина – составляет 11 и 14 % для мискантуса и ПОО соответственно. В качестве катализатора была применена мультиэнзимная композиция из промышленно доступных ферментных препаратов «Целлолюкс-А» и «Брюзайм BGX». Показано, что обработка раствором азотной кислоты позволяет получать реакционноспособные субстраты для ферментолиза. Научная новизна результатов подтверждена патентом РФ 2533921. Кинетика ферментолиза данных субстратов в ацетатном буфере может быть описана математической моделью на основе модифицированного уравнения Михаэлиса – Ментен. Из экспериментальных данных определены основные кинетические константы ферментолиза для обоих субстратов. Рассчитаны значения равновесных концентраций редуцирующих веществ (РВ) для субстратов в зависимости от их начальной концентрации. Установлено, что начальная скорость ферментолиза для лигноцеллюлозного материала из ПОО выше на 1 г/(л·ч), чем для лигноцеллюлозного материала из мискантуса во всем изученном диапазоне концентраций субстратов (33,3–120,0 г/л). Показано, что выход РВ зависит от начальной концентрации субстратов: при ее увеличении от 33,3 до 120,0 г/л выход РВ снижается в 1,5–2,0 раза, что обусловлено субстратным ингибированием. При  низких начальных концентрациях выходы РВ для субстратов из мискантуса и ПОО близки. При повышении начальной концентрации субстрата до 120,0 г/л выход РВ из лигноцеллюлозного материала мискантуса примерно на 20 % выше выхода РВ для лигноцеллюлозного материала ПОО. Установленные зависимости и построенная математическая модель позволяют оптимизировать значения начальных концентраций субстрата для эффективного проведения ферментолиза.

Об авторах

В.В. Будаева
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
канд. хим. наук, доцент, заведующая лабораторией биоконверсии


Е.А. Скиба
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
канд. техн. наук, доцент, ст. науч. сотрудник


О.В. Байбакова
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
аспирант, мл. науч. сотрудник


Е.И. Макарова
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
мл. науч. сотрудник


С.Е. Орлов
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
канд. техн. наук, науч. сотрудник лаборатории процессов и аппаратов химических технологий


А.А. Кухленко
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
канд. техн. наук, доцент, ст. науч. сотрудник


Е.В. Удоратина
Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Институт химии Коми НЦ УрО РАН)
Россия
канд. хим. наук, доцент, заведующая лабораторией химии растительных полимеров


Т.П. Щербакова
Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Институт химии Коми НЦ УрО РАН)
Россия
канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник


А.В. Кучин
Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН (Институт химии Коми НЦ УрО РАН)
Россия
д-р хим. наук, чл.-корр. РАН, проф., директор Института, завеющий отделом органического синтеза, химии и технологии растительных веществ и лабораторией органического синтеза и химии природных соеди-нений


Г.В. Сакович
Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН
Россия
д-р техн. наук, академик РАН, науч. руководитель


Список литературы

1. Варфоломеев С.Д., Моисеев И.И., Мясоедов Б.Ф. // Вестник Российской академии наук. 2009. Т. 79. No 7. С. 595—604.

2. Варфоломеев С.Д., Ефременко Е.Н., Крылова Л.П. // Успехи химии. 2010. Т. 79. No 6. С. 544—564.

3. Ta her zaden M. J., K a r i m i K .// BioResources, 2007. 2 (4). P. 707—738.

4. Sun Y., Chehg J. // Bioresourse Technology. 2002. No 83. Р. 1—11.

5. Третьяков В.Ф., Макарфи Ю.И., Третьяков К.В., Французова Н.А., Талышинский Р.М. // Катализ в промышленности. 2010. No 5. С. 11—32.

6. Бешкарева М.А., Третьяков В.Ф. // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2012. Т. 8. No 4. С. 61—62.

7. Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Гудков Д.А., Сенько О.В., Лозинский В.И., Варфоломеев С.Д. // Катализ в промышленности. 2013. No 1. С. 68—77.

8. Проскурина О.В., Короткова О.Г., Рожкова А.М., Матыс В.Ю., Кошелев А.В., Немашкалов В.А., Синицына О.А., Синицын А.П. // Катализ в промышленности. 2013. No 5. С. 65—73.

9. Новожилов Е.В, Аксенов А.С., Демидов М.Л., Чухчин Д.Г., Доценко Г.С., Осипов Д.О., Синицын А.П.// Катализ в промышленности. 2014. No 4. С. 74—80.

10. Hu F., Ragauskas A. // Bioenerg. Res. 2012. 5. P. 1043—1066. Doi: 10.1007/s 12155-012-9208-0.

11. Kabel M.A., Bos G., Zeevalking J., Voragen A.G., Schools H.A. // Bioresour. Technol. 2007. T. 98. P. 2034—2042.

12. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1962. 711 с.

13. Будаева В.В., Гисматулина Ю.А., Золотухин В.Н., Сакович Г.В., Вепрев С.Г., Шумный В.К. // Ползуновский вестник. 2013. No 3. С. 162—168.

14. Limayema A., Ricke Steven C.// Progress in Energy and Combustion Science. 2012. 38. Р. 449—467.

15. Скиба Е.А., Момот Т.О., Бычин Н.В., Золотухин В.Н. // Ползуновский вестник. 2013. No 3. С. 197—202.

16. Будаева В.В., Скиба Е.А., Макарова Е.И., Золотухин В.Н., Сакович Г.В., Удоратина Е.В., Кувшинова Л.А., Щербакова Т.П., Кучин А.В. // Ползуновский вестник. 2013. No 1. С. 215—219.

17. Макарова Е.И., Будаева В.В., Золотухин В.Н., Люханова И.В., А лешина Л.А. // Ползуновский вестник. 2013. No 3. С. 188—193.

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

19. ГОСТ 10820—75. Целлюлоза. Метод определения массовой доли пентозанов. Издание официальное. М.: Изд-во стандартов, 1991. 8 с.

20. Будаева В.В., Макарова Е.И., Скиба Е.А., Сакович Г.В. // Катализ в промышленности. 2013. No 3. С. 60—66.

21. Фараджева Е.Д., Федоров В.А. Общая технология бродильных производств. М.: КолосС, 2002. 408 с.

22. Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология. М.: Академия, 2005. 472 с.

23. Айвазян С.А., Енюков И.С. , Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное изд. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 с.

24. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. Ч. II. СПб.: НПО «Профессионал», 2006, 2007. 916 с.

25. Синицын, А.П. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов / А.П. Синицын, А.В. Гусаков, В.М. Черноглазов. М.: Издательство МГУ, 1995. 224 с.

26. Li Li, Wenbing Zhou, Hongwei Wu, Yun Yu, Fen Liu, Duanwei Zhu // BioResources. 2014. Vol. 9. No 3. Р. 3993—4005.

27. Иоелович М.Я. // Химия растительного сырья. 2014. No 1. 61— 6 4.

28. Ioelovich M., Morag E. // Bioresources. 2011. No 6. P. 2818—2835.

29. Ioelovich, M. Morag E. // BioResources. 2012. V. 6. No 4. P. 4672—4682.

30. Пат. 2533921 России. С 1. No 2013140699/20; заявл. 03.09.2013; опубл. 27.11.2014.


Для цитирования:


Будаева В., Скиба Е., Байбакова О., Макарова Е., Орлов С., Кухленко А., Удоратина Е., Щербакова Т., Кучин А., Сакович Г. Кинетика ферментативного гидролиза лигноцеллюлозных материалов при различных концентрациях субстрата. Катализ в промышленности. 2015;15(5):60-66. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-5-60-66

For citation:


Budaeva V., Skiba E., Baybakova O., Makarova E., Orlov S., Kukhlenko A., Udoratina E., Shcherbakova T., Kuchin A., Sakovich G. Kinetics of Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Materials at Different Concentrations of Substrat. Kataliz v promyshlennosti. 2015;15(5):60-66. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-5-60-66

Просмотров: 357


ISSN 1816-0387 (Print)
ISSN 2413-6476 (Online)