Биоконверсия непищевого целлюлозосодержащего сырья: энергетических растений и отходов АПК

• Автор: Макарова, Екатерина Ивановна
• Шифр специальности: 03.01.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Щелково
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Аналитические исследования

1.1 Источники для получения целлюлозы

1.2 Состав лигноцеллюлозных материалов

1.2.1 Целлюлоза

1.2.2 Гемицеллюлозы

1.2.3 Лигнин

1.3 Способы предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья

1.3.1 Обработка разбавленным раствором кислоты

1.3.2 Обработка разбавленным раствором щелочи
1.3.3 Гидротермическая обработка
1.4 Ферментативный гидролиз компонентов растительного сырья..
1.4.1 Ферментативный гидролиз целлюлозы
1.4.2. Ферментативный гидролиз гемицеллюлоз
1.5 Факторы, влияющие на эффективность ферментативного гидролиза
1.5.1 Влияние характеристик субстрата на эффективность гидроли-
1.5.1.1 Концентрация субстрата
1.5.1.2 Степень кристалличности
1.5.1.3 Степень полимеризации
1.5.1.4 Удельная площадь поверхности
1.5.1.5 Содержание влаги
1.5.1.6 Массовая доля лигнина
1.5.2 Влияние температуры на активность ферментов
1.5.3 Влияние pH среды на активность ферментов
1.5.4 Характеристики целлюлазного комплекса

1.5.4.1 Концентрация ферментного комплекса
1.5.4.2 Использование поверхностно-активных веществ
1.5.4.3 Использование смесей ферментных препаратов
1.5.4.4 Ингибирование активности целлюлазы в процессе гидролиза
1.6 Обзор российских патентов по теме диссертации
2. Методическая часть
2.1 Характеристики сырья, используемого в работе
2.1.1 Мискантус
2.1.2 Плодовые оболочки овса
2.2 Реактивы, аналитическое оборудование и методики анализа сырья, целлюлоз и ферментативных гидролизатов
2.3 Описание используемых ферментных препаратов
2.4 Ферментативный гидролиз целлюлозосодержащих субстратов
2.5 Методика сбраживания гидролизатов
2.6 Построение калибровочных графиков для определения концентрации редуцирующих веществ
2.7 Способы получения субстратов для ферментативного гидролиза
из мискантуса и плодовых оболочек овса
2.7.1 Получение образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса
2.7.1.1. Предгидролиз
2.7.1.2 Азотнокислая варка
2.7.1.3 Щелочная обработка
2.7.1.4 Кисловка
2.7.1.5 Нейтрализация отработанных растворов
2.7.2 Получение волокнистых продуктов и образцов целлюлоз гидротермобарической обработкой сырья в реакторе высокого давления

2.7.3 Получение гидротропной целлюлозы на универсальной термобарической установке
3 Результаты исследований и их обсуждение
3.1 Определение химического состава мискантуса и плодовых оболочек овса
3.2 Подбор мультиэнзимной композиции для гидролиза мискантуса и плодовых оболочек овса
3.3 Исследование ферментолиза образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса
3.3.1 Определение химических свойств образцов целлюлозы
3.3.2 Подбор мультиэнзимной композиции для ферментолиза образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса
3.3.3 Определение оптимальных параметров для проведения ферментолиза (температура, pH, начальная концентрация субстрата) на примере образца целлюлозы мискантуса
3.3.3.1 Влияние pH среды на эффективность ферментативного гидролиза
3.3.3.2 Влияние температуры на эффективность ферментативного гидролиза
3.3.3.3 Влияние концентрации субстрата на эффективность ферментативного гидролиза
3.3.3.4 Расчет оптимальных условий ферментативного гидролиза
3.3.4 Разработка методики определения реакционной способности
к ферментативному гидролизу целлюлозосодержащих субстратов
3.3.5 Оценка реакционной способности к ферментолизу образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса
3.3.6 Исследование ферментолиза образцов целлюлозы при различных начальных концентрациях субстрата
3.3.7 Исследование кинетика ферментативного гидролиза образцов

экзоглюкозидаза
где 8 - исходный субстрат, 0„ — целлоолигосахариды (продукты статистического гидролиза целлюлозы), О? - целлобиоза, в - глюкоза.
Рисунок 1.9 -Постадийная схема гидролиза целлюлозы
В зависимости от исходного физического состояния субстрата продукты гидролиза Цп можгут быть представлены либо нерастворимой частично де-структурированной целлюлозой с меньшей степенью полимеризации по сравнению с исходным нерастворимым субстратом, либо набором замещенных целлодекстринов [65].
Эндоглюканазам принадлежит важнейшая роль в действии полифер-ментных систем, поскольку они первыми атакуют целлюлозу. К эндоглюканазам следует отнести два фермента: экзо-1,4-глюкозидазу и целлобиогид-ролазу, которые могут с нередуцирующего конца поли- и олигомерных производных целлюлозы отщеплять соответственно глюкозу и целлобиозу. Эти ферменты действуют на аморфную целлюлозу и растворимые [3-олигосахариды. Характерными особенностями целлобиогидролазы является способность гидролизовать нерастворимую целлюлозу с образованием цел-лобиозы.
Целлобиогидролазы катализируют выделение целлобиозы либо из невосстанавливающего конца, либо из восстанавливающего конца целлюлозы в зависимости от своего типа (рисунок 1.10). При этом происходит отщепление целлобиозы (основной продукт) и глюкозы (минорный продукт) в процессе гидролиза целлюлозы или целлоолигосахаридов.