Предобработка и ферментативный гидролиз лигноцеллюлозосодержащих отходов сельского хозяйства

• Автор: Харина, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Характеристика и перспективы использования лигноцеллюлозосодержа-щих отходов сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности

1.1 Ресурсы лигноцеллюлозосодержащей биомассы на территории Российской Федерации

1.2 Состав, структура и перспективы использования соломы злаковых

1.2.1 Химические и структурные характеристики соломы злаковых

1.2.2 Предварительная обработка и ферментативный гидролиз соломы

1.2.3 Предварительная обработка соломы разбавленными кислотами

1.3 Состав, структура и перспективы использования свекловичного жома..

1.3.1 Химические и структурные характеристики свекловичного жома

1.3.2 Предварительная обработка и ферментативный гидролиз свекловичного жома
1.3.3 Предварительная обработка свекловичного жома разбавленными
кислотами
1.4 Математическое моделирование кинетики предобработки
растительного сырья
2. Материалы и методы исследования
2.1 Характеристика объектов исследования
2.2 Предварительная обработка
2.3 Ферментативный гидролиз
2.4 Общие методы анализа
2.4.1 Структура исследований
2.4.2 Определение редуцирующих веществ методом Макэна-Шоорля

2.4.3 Определение качественного и количественного состава углеводов..
2.4.4 Определение зольности
2.4.5 Определение фенольных соединений методом Фолина-Чокальтеу
2.4.6 Определение качественного и количественного состава легкогидролизуемых и трудногидролизуемых полисахаридов
2.4.7 Исследование структуры объектов исследования
2.4.8 Глюкозооксидазный метод определения глюкозы
3 Исследование предварительной обработки и ферментативного гидролиза лигноцеллюлозосодержащих отходов сельского хозяйства
3.1 Предварительная обработка свекловичного жома сернистой кислотой
3.2 Исследование ферментативного гидролиза свекловичного жома
3.3 Предварительная обработка пшеничной соломы сернистой кислотой
3.4 Исследование ферментативного гидролиза пшеничной соломы
3.5 Исходные данные на проектирование технологической линии по переработке лигноцеллюлозосодержащих отходов сельского хозяйства
4 Математическое моделирование выхода моносахаридов в процессе предобработки пшеничной соломы сернистой кислотой
4.1 Модель кинетики реакции
4.2 Учет влияния концентрации катализатора
4.3 Оценка погрешности результатов расчета
4.4 Идентификация параметров кинетики процесса гидролиза
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список использованной литературы
Приложение. Акты использования результатов работы
Введение
Растительная биомасса наряду с углем, нефтью и газом является перспективным видом органического сырья, которое, в отличие от последних, ежегодно возобновляется. Растущий интерес к использованию растительной биомассы, богатой полисахаридами, обуславливает поиск оптимальных методов её переработки. По данным Росстата среди сельскохозяйственных культур по урожайности в Российской Федерации лидируют пшеница и сахарная свекла [1]. Общая мощность российских сахарных заводов в 2012 г составила 307 тыс. т переработки сахарной свеклы в сутки, из которых 80-90 % составляет свекловичный жом [2]. И, несмотря на то, что к настоящему времени разработан и применен ряд мер по переработке и утилизации отходов свеклосахарной промышленности, по данным Росстата, только 13 % свекловичного жома применяется в качестве кормовых добавок, остальная его часть является невостребованной. Валовый сбор пшеницы в 2012 г составил 37,7 млн. т, при этом на полях сельскохозяйственных предприятий образовалось в среднем
56,6 млн. т пшеничной соломы, лишь 10 % которой используется на скармливание скоту и в качестве подстилки животным, остальная её часть запахивается в землю и сжигается на полях [1]. Таким образом, крупнотоннажными, доступными и наиболее перспективными вторичными ресурсами сельскохозяйственного производства и перерабатывающей промышленности в России являются солома злаковых культур и свекловичный жом.
Разработка технологии комплексной переработки отходов сельского хозяйства с получением моносахаридов позволит не только снизить себестоимость сахара, улучшить экологическую ситуацию на сахарных заводах, но и получить дополнительные продукты для химической промышленности и биотехнологических производств.
Растительная клеточная стенка обладает высокой устойчивостью к деградации. Грибы и бактерии, использующие целлюлозу в качестве источника

рамногалактуронан
ксіілогалактуронан
▼: галактоза О: галактуроновая кислота ■ рамноза © арабиноза Й ксилоза с і феруловая кислота •• ацетильная группа •>. метиловый эфир
Рисунок 7 - Схематическое строение яблочного пектина [95]
При полном гидролизе в гидролизатах свекловичного жома преобладают глюкоза, арабиноза и галактуроновая кислота. Галактоза, манноза, ксилоза и рамноза содержатся в нем в меньших количествах (таблица 6) [99].
Таблица 6 - Химический состав клеточной стенки свекловичного жома [99]
Компонент Содержание, % масс от сухих веществ
Г люкоза 21,1-24,
Г алактоза 4,6-5,
Манноза 0,9-1,
Арабиноза 18,2-20,
Ксилоза 1,5-1,
Рамноза 1,6-2,
Галактуроновая кислота 20,7-21,
Феруловая кислота 0,7-0,
Фукоза 0,
Белок 5,8-11,
Лигнин 1,5-3,
Зола 3,6-8,
Как видно из таблицы 6, высокое содержание арабинозы (до 20,9%),
галактозы (до 5,1%) и низкое содержание ксилозы (до 1,7%) обуславливает преобладание в свекловичном жоме арабинанов и арабиногалактанов. Зольные элементы свекловичного жома в виде имеют следующий состав (% от массы