Открытый доступ
Только для подписчиков
Получение питательных сред из лигноцеллюлозы: оптимизация состава мультиэнзимной композиции
https://doi.org/10.18412/1816-0387-2019-6-482-489
Аннотация
Лигноцеллюлоза является глобальным неисчерпаемым ресурсом для получения широкого спектра продуктов биотехнологического синтеза. Повышение эффективности извлечения глюкозы из лигноцеллюлозы позволит повысить выход этих продуктов, а значит, и снизить их себестоимость. Целью работы являлась оптимизация состава мультиэнзимной композиции (МЭК) коммерческих ферментных препаратов (ФП) «Целлолюкс-А», «Ультрафло Коре» и «Брюзайм BGX» для эффективного осуществления ферментативного гидролиза субстрата – шелухи овса, обработанной 4 мас.% азотной кислоты в условиях опытно-промышленного производства. Путем математической обработки экспериментальных данных, полученных в результате реализации симплекс-центроидного плана опытов, выявлено оптимальное соотношение ФП, равное 1/4 : 3/4 : 0 («Целлолюкс-А» – 18 мг/г субстрата, «Ультрафло Коре» – 55 мг/г субстрата). Оптимизированный состав МЭК позволяет повысить выход РВ в 1,95 раза. По уравнению экспериментально-статистической модели изучена кинетика гидролиза при различных концентрациях МЭК. Установлено, что при трехкратном увеличении концентрации МЭК достигается повышение выхода РВ от массы субстрата и выхода глюкозы от массы целлюлозы в субстрате на 13 %. Гидролизат, полученный с применением оптимальной МЭК, использован в качестве питательной среды для биосинтеза ценного биотехнологического продукта – бактериальной наноцеллюлозы, ее выход составил 6,1 % от глюкозы гидролизата.
Об авторах
Г. Ф. Миронова
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, Бийск
Россия
Россия
Е. А. Скиба
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, Бийск
Россия
Россия
А. А. Кухленко
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, Бийск
Россия
Россия
Список литературы
1. Schmid R.D. Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik. John Wiley & Sons, 2016. 414 p.
2. Arevalo-Gallegos A., Ahmad Z., Asgher M., Parra-Saldivar R., Iqbal H.M.N. // Int. J. Biol. Macromol. 2017. № 99. P. 308-318. doi:10.1016/j.ijbiomac.2017.02.097.
3. Liu C.G., Xiao Y., Xia X.X., Zhao X.Q., Peng L., Srinophakun P., Bai F.W. // Biotechnol. Adv. 2019. V. 37. №3. P. 491-504. DOI:10.1016/j.biotechadv.2019.03.002.
4. Ong K.L., Li C., Li X., Zhang Y., Xu J., Lin C.S.K. // Biochem. Eng. J. 2019. V. 148. P. 108-115. doi:10.1016/j.bej.2019.05.004.
5. Cubas-Cano E., González-Fernández C., Ballesteros M., Tomás-Pejó E. // Biofuel. Bioprod. Bior. 2018. V. 12. № 2. P. 290-303. doi: 10.1002/bbb.1852.
6. Raza Z.A., Abid S., Banat I.M. // Int. Biodeter. Biodegr. 2018. № 126. P. 45-56. doi: 10.1016/j.ibiod.2017.10.001.
7. Cheng Z., Yang R., Liu X., Liu X., Chen H. // Biores. Tech. 2017. № 234. P. 8-14. doi: 10.1016/j.biortech.2017.02.131.
8. Tian-Yuan Z., Yin-Hu W., Jing-Ha W., Xiao-Xiong W., Deantes-Espinosa V. M., Guo-Hua D., XinT. , Hong-Ying H. // Chem. Eng. J. 2019. V. 367. P. 37-44. doi: 10.1016/j.cej.2019.02.049.
9. Raud M., Kikas T., Sippula O., Shurpali N.J. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2019. V. 111. P. 44-56. doi: 10.1016/j.rser.2019.05.020.
10. United States Department of Agriculture, Foreign Agricultural Service // World Agricultural Production [Электронный ресурс]. URL: https://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars/production.pdf
11. Skiba E.A., Baibakova O.V., Budaeva V.V., Pavlov I.N., Vasilishin M.S., Makarova E.I., Sakovich G.V., Ovchinnikova E.V., Banzaraktsaeva S.P., Vernikovskaya N.V., Chumachenko V.A. // Chem. Eng. J. 2017. V. 329. P. 178-186. doi: 10.1016/j.cej.2017.05.182.
12. Григорьева О.Н., Харина М.В. // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 10 .С. 128—132.
13. Hu F., Ragauskas A. // Bioenerg. Res. 2012. V. 5. № 4. P. 1043-1066. doi: 10.1007/s12155-012-9208-0.
14. Zeng Y., Himmel M.E., Ding S.-Y. // Biotechnol. Biofuel. 2017. V. 10. № 1. doi: 10.1186/s13068-017-0953-3.
15. Bychkov A., Podgorbunskikh E., Bychkova E., Lomovsky O. // Biotechnol. Bioeng. 2019. V. 116. № 5. P. 1231-1244. doi: 10.1002/bit.26925.
16. Skiba E.A., Budaeva V.V., Baibakova O.V., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V. // Biochem. Eng. J. 2017. V. 126. P. 118-125. doi: 10.1016/j.bej.2016.09.003.
17. Agrawal R., Semwal S., Kumar R., Mathur A., Gupta R.P., Tuli D.K. Satlewal A. // Front. Energy Res. 2018. V. 6. P. 1-11. doi: 10.3389/fenrg.2018.00122.
18. Dotsenko A., Gusakov A., Rozhkova A., Sinitsyna O., Shashkov I., Sinitsyn A. // 3 Biotech. 2018, V. 8. № 9. P. 1-8. doi: 10.1007/s13205-018-1419-4.
19. Caro I., Blandino A., Díaz A.B., Marzo C. // Biofuel. Bioprod. Bior. 2019. V. 13. № 4. P. 1044-1056. doi: 10.1002/bbb.1997.
20. Makarova E.I., Budaeva V.V., Kukhlenko A.A., Orlov S.E. // 3 Biotech. 2017. V. 7. №5. P. 1-9. doi: 10.1007/s13205-017-0964-6.
21. Gama M., Dourado F., Bielecki S. (Eds.). Bacterial nanocellulose: from biotechnology to bio-economy. Elsevier, 2016. 260 p.
22. De Souza S.S., Berti F.V., de Oliveira K.P.V., Pittella C.Q.P., de Castro J.V., Pelissari C., Rambo C.R., Porto L.M. // Cellulose. 2019. V. 26. № 3. P. 1641-1655. doi: 10.1007/s10570-018-2178-4.
23. Kurschner K., Hoffer A. // Fresenius J. Anal. Chem. 1993. V. 92. № 3. P. 145-154.
24. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.
25. TAPPI method T222 om-83. Acid-insoluble lignin in wood and pulp. In: Test methods 1998—1999. Atlanta. TAPPI Press, 1999.
26. TAPPI method T211 om-85. Ash in wood, pulp, paper, and paperboard. In: Test methods. Atlanta. TAPPI Press, 1985.
27. Gladysheva E.K., Skiba E.A., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V. // Appl. Biochem. Microbiol. 2018. V. 54, № 2. P. 179-187. doi: 10.1134/S0003683818020035.
28. Miller G.L. // Anal. Chem. 1959. V. 31. № 3. P. 426-428. doi: 10. 1021/ac60147a030.
29. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. 390 с.
30. Варфоломеев С.Д. (ред.). Химия биомассы: биотоплива и биопластики. М.: Научный мир, 2017. 790 с.
31. Podgorbunskikh E.M., Bychkov A.L., Lomovsky O.I. // Polymers. 2019. V. 11. P. 1-7. doi: 10.3390/polym11071201.
32. Макарова Е.И., Будаева В.В. // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. № 4. С. 51—57. doi: 10.21285/2227-2925- 2017-7-4-51-57.
33. Xu C., Zhang J., Zhang Y., Guo Y., Xu H., Xu J., Wang Z. // Biores. Tech. 2019. V. 292. P. 1-7. doi: 10.1016/j.biortech.2019.121993.
34. Carreira P., Mendes J.A., Trovatti E., Serafim L.S., Freire C.S., Silvestre A.J., Neto C.P. // Biores. Tech. 2011. V. 102. P. 7354-7360. doi: 10.1016/j.biortech.2011.04.081.
35. Chen L., Hong F., Yang X.X., Han S.F. // Biores. Tech. 2013. V. 135. P. 464-468. doi: 10.1016/j.biortech.2012.10.029.
36. Гладышева Е.К., Скиба Е.А., Алешина Л.А. // Ползуновский вестник. 2016. № 4. Т. 1. С. 152—156.
Рецензия
Для цитирования:
Миронова Г.Ф., Скиба Е.А., Кухленко А.А. Получение питательных сред из лигноцеллюлозы: оптимизация состава мультиэнзимной композиции. Катализ в промышленности. 2019;19(6):482-489. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2019-6-482-489
For citation:
Mironova G.F., Skiba E.A., Kukhlenko A.A. Preparation of Nutrient Media from Lignocellulose: Compositional Optimization of Multienxyme Cocktail. Kataliz v promyshlennosti. 2019;19(6):482-489. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0387-2019-6-482-489
Просмотров: 448
Послать статью по эл. почте 