Келдиёрова Ш., Тошмуродов Д., Аликулов Б.
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ФЕРМЕНТАТИВНОМУ ГИДРОЛИЗУ ЛИГНОЦЕЛЮЛЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ *
Аннотация:
химические методы в настоящее время используются в гидролизе лигноцеллюлозосодержащего сырья в мировой практике. Существует ряд положительных свойств ферментативного гидролиза лигноцеллюлозного консерванта сырья в присутствии микроорганизмов. В этой статье обобщены текущие исследования ферментативного гидролиза и их последствий
Ключевые слова:
лигноцеллюлозное сырье, химический гидролиз, ферментативный гидролиз, гексозная фракция, пентозная фракция
В настоящее время ведутся исследования по разработке альтернативных нетрадиционных источников энергии, включая растительную биомассу. Одной из важных задач в этом отношении является создание и совершенствование биотехнологии для производства биотоплива из остаточной биомассы растений, которые широко распространены в нашей стране и целенаправленно не используются в секторах экономики. Обоснование научных решений в таких направлениях, как выбор оптимальных условий для эффективной химической и микробиологической обработки биомассы для увеличения разнообразия альтернативных источников энергии с использованием растительной биомассы, используя производство биоэтанола из биомассы оценка экономической эффективности является важным научным и практическим значением. Очень медленное прохождение ферментолиза лигноцеллюлозы было определено Б.Х. Кимом (1981). Он показал три причины такого процесса: во-первых, основная масса целлюлозы в лигноцеллюлозе имеет умеренную кристаллическую структуру; вторая причина заключается в том, что лигнин, который окружает целлюлозу, служит как физический барьер для ферментов; и, наконец, третья причина заключается в том, что между целлюлозой и ферментом не так много точек соприкосновения. В опубликованной до настоящего времени научной литературе, методы обработки субстрата лигноцеллюлозы были разделены на 2 типа, а именно физические и химические методы (Алмодарес, 2009). В свою очередь, физические методы подразделяются на механические и немеханические методы. На практике используются больше химические методы, поскольку эти методы позволяют не только разделить лигноцеллюлозу на фракции, но также дают возможность химически ее модифицировать. Существует несколько эффективных способов переработки лигноцеллюлозосодержащего растительного сырья высокой плотности (Авгериноус, 1980). Одним из методов является, например то, что перед ферментацией колосковых растений или рисовой соломы обрабатывают острым паром. Было найдено, что давление и время обработки влияют на чувствительность субстрата к активности фермента. Было показано, что кратковременное воздействие за 2 минуты 35 атм давления оказывает положительное влияние на ферментативное засахаривание соломы и брожение алкоголя. В то же время уровень засахаривания составляло 92%, а производство глюкозы - 76%. Эти показатели более эффективны, чем традиционные методы. (Монируззамон, 2007) предложили предварительную паровую обработку перед ферментацией (1 час при 1650°С) для гидролиза растительных отходов до ксилозы. По мнению автора, наибольшее распространение этанола наблюдалось в питательной среде, содержащей 2% ксилозы, при выращивании штаммов Pachysolen toppophillus, что составляло 83% от теоретического выхода Stake Technology (Канада) разработала метод аутогенного расщепления лигноцеллюлозы (1981). Этот метод аналогичен полировке, но процесс осуществляется на специальном устройстве с непрерывным эффектом. Во время процесса три основных компонента древесины: целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин отделяются друг от друга. В результате образуется до 80% возможной по теории алкоголя, фурфурола и ксилита. Лигнин может быть использован в качестве источника тепла, для получения химических продуктов при производстве кормов животным. В развитых странах ведутся исследования по оптимизации ферментативного гидролиза возобновляемого лигноцеллюлозосодержащего сырья. Например, работа США и публикация их результатов составляют 25% работы по этой теме в мире. (Хилоидхари, 2014). Известно, что основной структурной единицей растений являются клетки, в состав которых входят клеточная оболочка клетки, протопласт и вакуоль. По словам М.Н. Бeйнарта (Бeйнарт, 1972) в своих работах отметили то, что отличительной чертой клетки растений от других клеток является оболочка, состоящая из лигноцеллюлозы, которая очень хорошо сформирована, она очень прочная и выживает даже после разрушения протопласта, состоящая из тонкого слоя целлюлозы и гемицеллюлозы (третичная стенка), широкая вторичная стенка (состоит из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы) и первичная стенка. Л.С. Саматова (1983) отметила, что целлюлоза находящаяся в клеточной мембране является очень устойчивым соединением с длительным хранением, которое не растворяется в воде даже при кипячении, но бактерии, которые находятся в желудках лошадей, крупного рогатого скота, выделяют целлюлолитические ферменты, которые разрушают клетчатку, что вызывает разрушение целлюлозы. В работах Б. Ергенсона (1964) и З.А. Роговина (1972) дана информация о том, что кроме целюллозы в природных целлюлозосодержащих субстратах, в том числе и в растительных биомассах помимо целлюлозы есть также гемицеллюлоза, лигнин, дубильные вещества, крахмал, масла, белки (от 2 до 10%), различные смолы, терпены и другие органические соединения. По их мнению, эти вещества не только прилипают к поверхности микрофибрилл целлюлозы, но они также могут проникать во внутрь микрофибрилл. Как уже упоминалось выше, молекула целлюлозы не имеет известной длины, ее высокоупорядоченная часть представлена кристальной частью, а неупорядоченная часть является аморфной частью. Н.А. Жуков и соавт. (1988) утверждает, что, поскольку аморфная часть имеет пористую структуру, она лучше восприимчив действиям кислоты или фермента. В.П. Шарков и соавт. (1972) отметили, что количество гликозидных связей, подвергаемых воздействию ферментов, в значительной степени зависит от степени набухания целлюлозы. По их словам, увеличение набухания связано с механической и физической обработкой, такой как воздействие пара, дробление, ультразвук. B. Ranby (1969) показал, что минеральные кислоты и щелочи увеличивают всё волокнистое набухание при высоких концентрациях, главная причина в том, что эти вещества могут разрывать водородные связи и проникать в кристаллический участки. Специфичность структуры древесной целлюлозы определяется водородными связями между целлюлозой и гемицеллюлозой, которые делают целлюлозу более восприимчивой к действию целлюлолитических ферментов (2012). Гемицеллюлоза играет структурную функцию и участвует в формировании скелетов растений, а также действует как резервное вещество, участвующее в метаболическом процессе. Помимо компонентов растительных клеток также присутствует лигнин. Этот полимер с третичной структурой состоит в основном из фенилпропановой группы. Лигнин не встречается в природе и структурно не связан с полисахаридами. Он приводит к плохому состоянию разложения целлюлозы и гемицеллюлозы. При рассмотрении биоконверсии лигноцеллюлозных растительных субстратов важно учитывать, существуют ли другие природные соединения, такие как лиганды, которые являются частью субстрата и которые обеспечивают стабильность субстрата (2008). Для биотехнологов важно точно знать структуру субстрата, так как может облегчить биоконверсию субстрата.
Номер журнала Вестник науки №3 (24) том 1
Ссылка для цитирования:
Келдиёрова Ш., Тошмуродов Д., Аликулов Б. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ФЕРМЕНТАТИВНОМУ ГИДРОЛИЗУ ЛИГНОЦЕЛЮЛЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ // Вестник науки №3 (24) том 1. С. 96 - 102. 2020 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/2876 (дата обращения: 20.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2020. 16+