Процессы гидролиза лигноцеллюлозосодержащего сырья и микробиологическая конверсия продуктов в анаэробных условиях

• Автор: Аблаев, Алексей Равильевич
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Лигноцеллюлозосодержащее сырье и методы его конверсии

1.1 Ресурсы лигноцеллюлозосодержащей биомассы и характеристика её химического состава

1.2 Предварительная обработка лигноцеллюлозосодержащего сырья

1.2.1 Механическая предобработка лигноцеллюлозосодержащего сырья

1.2.2 Химическая предварительная обработка лигноцеллюлозосодержащего сырья

1.2.3 Биологическая предварительная обработка

лигноцеллюлозосодержащего сырья

1.2.4 Физико-химическая предварительная обработка

лигноцеллюлозосодержащего сырья

1.3 Микробиологическая конверсия продуктов гидролиза лигноцеллюлозсодержащего сырья в анаэробных условиях
1.3.1 Продуценты масляной кислоты
1.3.2 Метаболический путь синтеза масляной кислоты кислоты бактериями рода Clostridium
1.3.3 Биосинтез масляной кислоты с применением питательных сред, содержащих гидролизаты растительного сырья
1.3.4 Оптимизация процессов биосинтеза масляной кислоты
1.3.5 Влияние pH среды на биосинтез масляной кислоты
1.3.6 Удаление продуктов брожения из реакционной среды
1.3.7 Применение различных способов культивирования
1.3.8 Пути создания и оптимизации высокоэффективных штаммов-продуцентов масляной кислоты
1.4 Математическое моделирование кинетики предварительной обработки лигноцеллюлозосодержащего сырья минеральными кислотами
2. Материалы и методы
2.1 Характеристика объектов исследования
2.2 Проведение предварительной обработки объектов исследования

2.3 Проведение ферментативного гидролиза
2.4 Применяемые штаммы
2.5 Восстановление коллекционных культур из лиофилизированного материала
2.6 Условия культивирования
2.7 Общие методы анализа
2.7.1 Определение содержания редуцирующих веществ
2.7.2 Газохроматографический анализ
2.7.3 Высокоэффективная жидкостная хроматография
2.7.4 Методы определения активности ферментного комплекса
3. Исследование процессов гидролиза лигноцеллюлоз-содержащего сырья и микробиологическая конверсия продуктов в анаэробных условиях
3.1 Предварительная обработка березового опила разбавленной сернистой кислотой
3.2 Исследование процессов ферментативного гидролиза березового опила
3.3 Изучение кинетики предобработки свекловичного жома раствором сернистой кислоты в диапазоне температур 200-230 °С
3.4 Математическое моделирование кинетики выхода моносахаридов в процессе предобработки свекловичного жома сернистой кислотой
3.5 Микробиологическая конверсия гидролизатов растительного сырья в анаэробных условиях
3.6 Технологическая линия гидролиза лигноцеллюлозсодержащего сырья и микробиологической конверсии продуктов в анаэробных условиях
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Переработка возобновляемого растительного сырья в промышленно важные химические вещества, в частности органические кислоты, представляет большой практический интерес. Масляная кислота широко применяется в различных отраслях промышленности: для производства пластмасс, пластификаторов, лаков, духов, фармацевтических препаратов и дезинфицирующих средств. Химический синтез масляной кислоты из нефтепродуктов применяется главным образом из-за приемлемой себестоимости производства и доступности исходных материалов. Микробиологический синтез масляной кислоты с использованием маслянокислых бактерий рода Clostridium в настоящее время привлекает все больше внимания из-за растущих цен на нефть, истощения ее природных запасов и необходимости защиты окружающей среды от загрязнения продуктами химического синтеза.
Экономически целесообразно получать масляную кислоту методом сбраживания углеводов, содержащихся в дешевом и широко
распространенном растительном сырье, в частности в отходах сельского
хозяйства, лесной и лесоперерабатывающей промышленности. Основными ресурсными источниками растительной биомассы являются: древесина, отходы от ее заготовки и переработки, сельскохозяйственные, а также бытовые отходы. Многотоннажной ресурсной базой лигноцеллюлозосодержащего сырья в России являются отходы
лесозаготовок, которые составляют 40-60 % перерабатываемой древесины, используемые пока только на 20 %. Для России в качестве
лигноцеллюлозосодержащего сырья большой интерес представляют лиственные породы древесины, в первую очередь береза, так как существует развитая инфраструктура сбора и переработки данного вида сырья на

Здесь Wj (/=1,2,3) - скорость соответствующей стадии реакции гидролиза:
w= — kj,-Pni
W2 = kh-[.Pni] - k2l-[Dn,] w3 = k2l-[Dn,] - k3l[C,] где ku (i =1,2,3) - константы скорости гидролиза полисахарида Рп; к2, константы скорости гидролиза промежуточных продуктов Dn, (декстринов, олигосахаридов); к3, -константы скорости превращений (распада); [С,] -текущие концентрации моносахаридов (ксилозы, глюкозы и арабинозы);
При полном гидролизе полисахаридов выход моносахаридов составляет:
[С;о] — j-ii ■ Pfiiö,
где - стехиометрический коэффициент пересчета полисахаридов в моносахариды; [С,о] - исходное количество моносахаридов, определенное в процессе полного гидролиза полисахаридов пшеничной соломы; t — продолжительность процесса гидролиза;
Константу скорости гидролиза следует понимать как некоторую усредненную по времени эффективную константу, характеризующую многоступенчатый гидролиз большого количества полисахаридов, входящих в состав растительного сырья.
Идентификация констант скоростей реакции можно проводить путем решения задачи многомерной оптимизации:
I £ (Сэ -CP(Kij))2 -> min / = 1/=
где [С3,], [С?,] (7=1,2,3) — соответственно экспериментальные и расчетные значения концентраций моносахаридов [115]. К сожалению, лишь немногие исследователи выполнили детальные кинетические исследования, в которых определяются параметры кинетикивыхода углеводов, и их разложения в процессе кислотного гидролиза (таблица 5).