Механическая активация ферментативного гидролиза целлюлозы и лигноцеллюлозных материалов

• Автор: Голязимова, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Оглавление

Оглавление

Введение

Глава 1. Обзор литературы

§ 1 Строение целлюлозы и лигноцеллюлозных материалов

§ 2. Механическая активация ферментативного гидролиза целлюлозы

Заключение к Главе

Г лава 2. Методы исследования

2.1. Определение гранулометрического состава образцов растительного сырья и морфологии частиц
2.2. Характеристика удельной поверхности образцов целлюлозы
2.3. Методы определения степени кристалличности целлюлозы
2.4. Термический анализ
2.5. Определение химического состава растительного сырья
2.6. Предварительная химическая обработка растительного сырья
2.7. Механическая обработка целлюлозы и лигноцеллюлозы
2.8. Ферментативный гидролиз целлюлозы
Глава 3. Предварительная механическая активация ферментативного гидролиза
целлюлозы
§ 1 Измельчение лигноцеллюлозных материалов
§ 2 Механизм влияния ферментативной обработки лигноцеллюлозных материалов на их
прочность при измельчении
§3 Влияние предварительной механической обработки на процесс гидролиза целлюлозы

Заключение к главе
Глава 4 Механическая активация ферментативного гидролиза целлюлозы при воздействии
на реагенты в процессе гидролиза
§1 Активация ферментативного гидролиза сульфатной целлюлозы при воздействии на
реагенты в процессе реакции гидролиза
§2 Механизм влияния ультразвука на процесс ферментативного гидролиза целлюлозы

§3 Дискретная и непрерывная предварительная ультразвуковая активация
ферментативного гидролиза
Заключение к главе

Глава 5. Механическая активация ферментативного гидролиза лигноцеллюлозных
материалов
§1 Фрагментация лигноцеллюлозных растительных материалов при их механической
обработке
§2 Механическая активация ферментативного гидролиза целлюлозы соломы пшеницы и
кукурузы
§3 Механическая активация ферментативного гидролиза лигноцеллюлозных волокон
масличной пальмы Elaeis guineensis
Заключение к главе
6. Основные результаты и выводы
Список цитируемой литературы

Введение
Данная работа посвящена изучению процессов механической активации реакции ферментативного гидролиза целлюлозы. Активация твердофазных реагентов и исследование механизма процессов активации является одной из важнейших областей исследования химии твердого тела. Система целлюлоза — водный раствор ферментов является гетерофазной, и потому изучение механизма гетерогенной реакции ферментативного гидролиза целлюлозы, также как и изучение механизмов активации этого процесса, являются задачей химии твердого тела.
Кроме производства бумаги лигноцеллюлозные материалы используют для получения различных продуктов: эфиров целлюлозы, этанола, глюкозы, ксилозы, фурфурола, многоатомных спиртов и других органических соединений. Древесную и растительную дисперсию с мелким размером частиц используют для изготовления древесных плит, строительных смесей и топливных гранул, кормовых добавок и удобрений. Из растительного сырья также выделяют экстрактивные вещества и используют их для получения биологически-активных добавок и лекарственных препаратов. Интенсификация процессов переработки лигноцеллюлозных материалов является актуальной задачей, так как позволяет использовать возобновляемые ресурсы биомассы максимально эффективно.
Для получения различных органических веществ из биомассы используют каталитические процессы [1, 2]. Ферментативный гидролиз полисахаридов растительного сырья по сравнению с традиционной технологией, основанной на реакции гидролиза в разбавленных растворах минеральных кислот, обладает существенными преимуществами, такими как более мягкие условия протекания реакции и отсутствие побочных химических процессов. Исследование механизма ферментативного гидролиза твердых целлюлозных субстратов и активация этого процесса является актуальной задачей, так как использование ферментов способствует уменьшению количества производственных отходов и созданию экологически безопасных технологий переработки твердых отходов растительного сырья.
Ферментами называют белки, катализирующие химические превращения в живых организмах. Фермент и субстрат образуют фермент-субстратный комплекс, из которого высвобождаются фермент и продукт реакции:

'Р + Е,

кристалличности целлюлозы. Целлобиогидролазы, наоборот, не влияют на молекулярный вес и катализируют гидролитическое отщепление целлобиозы и целлотриозы. А некоторые целлобиогидролазы способны уменьшать кристалличность субстрата [38, 39, 40].
Рис. 1.26. Механизм ферментативного гидролиза целлюлозы. ЦБГ -целлобиогидролаза I и целлобиогидролаза II, ЭГ - эндоглюканаза, К - кристаллит, В -восстанавливающий конец целлюлозной цепи, НВ - невосстанавливающий конец
целлюлозной цепи [37]
Особенность процесса ферментативного гидролиза — синергетическое действие ферментов, которое заключается в увеличении эффективности действия нескольких ферментов при их совместном действии. Синергизм в действии ферментов связан с тем, что продукт действия одного фермента является субстратом для действия другого фермента [41, 42].
По молекулярному механизму химической реакции различают ферменты, которые действуют с сохранением или с инверсией оптической конфигурации аномерного центра, рис. 1.27.
При гидролизе с сохранением конфигурации кислотный катализатор протонирует гликозидный кислород, анион В" стабилизирует образовавшийся переходный комплекс.
Молекула воды взаимодействует с углеродным атомом карбокатиона, переходный комплекс разрушается с образованием продуктов реакции и сохранением конфигурации углеродного атома. То есть реализуется Бці механизм расщепления гидролитической связи.
При гидролизе с инверсией конфигурации протонирование гликозидного кислорода и отщепление агликона сопровождается атакой молекулой воды, активированной основанием (В‘) [43].