Эффективность процессов осахаривания соломы и оценка качества гидролизатов для культивирования сахаромицетов

• Автор: Нуртдинов, Руслан Минсагирович
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Целлюлозосодержащее сырье и проблемы его переработки
1.1 Ресурсы полисахаридного сырья в России и Татарстане, перспективные для биотехнологической переработки
1.2 Технологические характеристики и аппаратурное оформление процессов гидролиза целлюлозосодержащего сырья
1.3 Технологические характеристики процессов ферментолиза целлюлозосодержащего сырья
2. Комплекс аппаратуры для исследования процессов гидролиза и ферментолиза целлюлозосодержащего сырья
2.1 Установка для исследования кинетики и энергетики низкотемпературного гидролиза целлюлозосодержащего сырья
2.2 Установка для исследования кинетики высокотемпературного гидролиза целлюлозосодержащего сырья
2.3 Установка для исследования кинетики и энергетики ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья
2.4 Эксплуатация и тиражирование установок комплекса по исследованию процессов гидролиза целлюлозосодержащего
сырья
3. Материалы и методы исследования процессов гидролиза и ферментолиза растительного сырья
3.1 Гидролизующие агенты и растворы
3.2 Методы технохимического контроля
3.2.1 Определение содержания редуцирующих веществ
по Бертрану
3.2.2 Титриметрический метод определения азота по Къельдалю
3.2.3 Методика определения содержания сухих веществ в растворах и осадках (определение концентрации биомассы весовым способом)

3.2.4 Фотоколориметрическое определение
концентрации биомассы
4. Кинетика и эффективность процессов гидролиза и ферментолиза растительного сырья
4.1 Предобработка сырья
4.2 Выбор гидролизующих агентов
4.3 Кинетика низкотемпературного гидролиза растительного
сырья
4.4 Кинетика высокотемпературного гидролиза растительного сырья
4.4.1 Оценка воспроизводимости экспериментов
4.4.2 Кинетические закономерности процесса высокотемпературного гидролиза соломы сернистой кислотой
4.4.3 Кинетические закономерности процесса высокотемпературного гидролиза отрубей сернистой кислотой
4.5 Кинетика процесса ферментолиза соломы
4.6 Оценка энергетических затрат в процессах деполимеризации растительного сырья
4.6.1 Удельные затраты энергии в процессах деполимеризации растительного сырья
4.6.2 Методические основы мониторинга препаратов целлюлолитических ферментов на основе оценки энергозатрат
4.7 Оценка степени рекуперации сернистого газа при гидролизе полисахаридного сырья сернистой кислотой
4.8 Питательные среды для биотехнологических процессов на основе гидролизатов соломы и отрубей
Заключение
Список использованных источников
Приложение А. Акты использования результатов работы

ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных проблем современного этапа развития цивилизации является назревшая необходимость поиска альтернативных источников органических материалов и топлив. Актуальна эта проблема и для Российской Федерации в целом, и для Республики Татарстан, из недр

которой за 60 лет извлечено 2,75 млрд.т. нефти и около 100 млрд. м газа. Оставшиеся суммарные ресурсы нефти оцениваются в 1,734 млрд.т., которые при современном уровне добычи будут потреблены за 30 лет [1]. Запасы и ресурсы угля (3,404 млрд.т. [1]) позволят получать необходимое химическое сырье и энергию еще в течение 60-70 лет. Таким образом, за предстоящие 100 лет должна быть полностью изменена ресурсно-сырьевая база народного хозяйства. Кроме того, это изменение должно быть реализовано с соблюдением экологических требований и ограничений, гарантирующих стабильное развитие регионов, здоровье населения и соответствующие параметры окружающей среды. Учитывая динамику мирового хозяйства, концепцию европейской стратегии энергетической безопасности и внутренние потребности Республики Татарстан, работам по развитию технологий производства топлив и биопродуктов из возобновляемых органических ресурсов необходимо придать стратегическое значение [2].
Возрождение крупнотоннажной промышленной биотехнологии в Российской Федерации непосредственно связано с освоением сырьевой базы на основе возобновляемого растительного сырья. Целлюлозосодержащее сырье в стране имеется практически в неограниченных количествах в виде древесины, соломы, отходов переработки сельхозпродукции. Однако его эффективное превращение в биологически усвояемые сахара - сложная задача, над которой уже не одно десятилетие работают научные коллективы во всем мире. При этом исследуются возможности использования непосредственно микроорганизмов, комплексов целлюлолитнческих ферментов, химических гидролизующих агентов для эффективного превращения непищевого сырья в усвояемые сахара.
Комплекс включает стандартное оборудование, используемое для предобработки сырья, в том числе:
- лабораторные мельницы для измельчения растительных материалов СегжДес 1090 и <ЗС-114 (осуществлялся двойной помол);
- комплект стандартных сит для фракционирования молотого сырья;
- вертикальный цифровой автоклав VASC-1100 с объемом камеры 100 л для запаривания сырья.
В состав комплекса входит разработанное и изготовленное ООО «Биотехконсалтинг» оборудование для гидролиза и ферментолиза, в том числе:
- установка для наработки гидролизующего агента - трубчатая печь из кварцевого стекла, предназначенная для сжигания серы в токе кислорода, и абсорбер для получения сернистой кислоты;
- автоматизированная установка для низкотемпературного гидролиза (до 120 °С);
- автоматизированная установка для высокотемпературного гидролиза (до 180 °С);
- автоматизированная установка для исследования процессов ферментолиза [104].
Одним из технологически «удобных» гидролизующих агентов является сернистая кислота. Несмотря на то, что процессы гидролиза полисахаридов сернистой кислотой известны давно [105], технологические преимущества этого процесса и возможности использования его в качестве сравнительного процесса при оценке энергоэффективности процессов гидролиза с применением новых ферментных препаратов остаются не исследованными [106, 107].
Созданный комплекс установок позволил осуществить отработку режима сравнительного процесса гидролиза целлюлозосодержащего сырья сернистой кислотой и показать возможность мониторинга новых целлюлолитических ферментных препаратов.