Ферментативные технологии направленной биоконверсии целлюлозо- и крахмалсодержащего растительного сырья

• Автор: Тарабукин, Дмитрий Валерьянович
• Шифр специальности: 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Сыктывкар
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Целлюлоза как возобновляемый источник углеводов

1.2 Общая характеристика структуры целлюлозы

1.3 Продуценты цел л юл олитических ферментов

1.4 Характеристика ферментов, участвующих в ферментативном гидролизе целлюлозы

1.5 Влияние физикохимических и структурных характеристик субстрата

на эффективность ферментативного гидролиза

1.6 Аппараты и режимы ферментативного гидролиза целлюлозы

1.7 Применение целлюлаз, амилаз и других гидролаз в промышленности и сельском хозяйстве
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Субстраты, методы получения и анализа порошковых целлюлоз
2.2 Условия совместного ферментативного гидролиза целлюлозы и крахмала
2.3 Методика фотометрического определения восстанавливающих
сахаров
2.4 Методика ВЭЖХанализа сахаров в продуктах ферментативного гидролиза целлюлозы и крахмала
2.5 Методики определения активностей ферментов гидролаз
2.6 Методика определения аминокислот в ферментированном белковоуглеводном корме
2.7 Методика определения 3глюкана в кормах
Глава 3. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПОРОШКОВЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗ
ЗЛ Физикохимическая характеристика порошковых целлюлоз
3.2 Ферментативная деструкция порошковых целлюлоз
3.3 Исследование структуры модифицированных порошковых целлюлоз и низкомолекулярных продуктов ферментативной деструкции
Глава 4. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ГЛЮКОЗЫ ФЕРМЕНТАТИВНЫМ ГИДРОЛИЗОМ ЛИСТВЕННОЙ БЕЛЕНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В СМЕСИ С КРАХМАЛОМ
4.1 Обоснование выбора субстрата для получения порошковой целлюлозы и исследование ферментсубсгратных взаимодействий амилаз с целлюлозой
4.2 Особенности процесса совместного ферментативного гидролиза лиственной беленой целлюлозы и крахмала
4.3 Оптимизация процесса ферментативного получения порошковой целлюлозы и анализ продуктов совместного гидролиза лиственной целлюлозы и крахмала
Глава 5. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ГИДРОЛИЗ I VI КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТИ ТРУДНОУСВАИВАЕМЫХ КОРМОВ
5.1 Особенности процесса ферментативного гидролиза многокомпонентных трудноусваиваемых кормов
5.2 Биотехнология получения новой белковоуглеводной кормовой основы для птицеводства из трудноусваиваемого растительного сырья
5.3 Биохимическая характеристика ферментированного белковоуглеводного корма
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ЦСМ целлюлозосодержащие материалы
ПЦ порошковая целлюлоза
МКЦ микрокристаллическая целлюлоза
1кр индекс кристалличности
СП степень полимеризации
СПср средняя степень полимеризации среднечисловая ВС восстанавливающие сахара Ц Целловиридин Гх Гл Глюкаваморин ГЗх Ам Амилосубтилин ГЗх П Пектофоетидин ГЗх
ВВЕДЕНИЕ


Впервые установлено, что ПЦ, полученные продолжительным воздействием на исходную целлюлозу кислотами Льюиса, обладают низкой адсорбционной емкостью по отношению к целлюлазам, характеризуются наибольшей начальной реакционной способностью при наименьшем изменении степени полимеризации целлюлозы, что обусловлено ослаблением субстратферментных взаимодействий за счет разупорядоченности надмолекулярной структуры и химической модификации макроцепей в ПЦ указанного типа. Показана возможность получения ПЦ заданной структуры и глюкозы при совместном ферментативном гидролизе лиственной беленой целлюлозы и крахмала. Выявлено, что характеристики получаемой ПЦ в значительной мере определяются вязкостью водной среды, задаваемой концентрацией крахмала в исходной смеси. Исследован и оптимизирован процесс совместного ферментативного гидролиза целлюлазами и амилазами многокомпонентного растительного сырья стебли травянистых растений и неочищенные зерна злаковых культур. Показана возможность исключения стадии обработки коммерческими препаратами аамилаз растительных субстратов с большим содержанием некрахмалистых полисахаридов. Практическая значимость. Показана принципиальная возможность получения новых устойчивых к биодеструкции функциональных материалов путем ферментативной деструкции 1Щ, модифицированных кислотами Льюиса. Предложен режим ферментативного гидролиза лиственной беленой целлюлозы в присутствии крахмала, позволяющий получать ПЦ с физикохимическими характеристиками, оптимальными для использования в медицине и химической промышленности, и увеличить рентабельность процесса за счет дополнительного выхода восстанавливающих сахаров при гидролизе целлюлозы но сравнению с ожидаемым выходом сахаров из крахмала. С использованием ферментативных биотехнологий трансформации трудноусваиваемых многокомпонентных растительных субстратов разработана новая белковоуглеводная основа кормов для птицеводства, обогащенная сахарами, с оптимальным аминокислотным составом, близким к идеальному белку РАО, и не содержащая антипитательных веществ. Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на республиканских Молодежных научных конференциях Актуальные проблемы биологии и экологии Сыктывкар, , , , IV Всероссийской научной конференции Химия и технология растительных веществ Сыктывкар , XI международной конференции Эфиры целлюлозы и крахмала синтез свойства, применение Владимир, , I Всероссийской молодежной научной конференции Молодежь и наука на Севере Сыктывкар, , II Всероссийской молодежной научной конференции Молодежь и наука на Севере Сыктывкар, . Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК и два патента Российской Федерации. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 0 источников, в том числе на иностранном. Текст изложен на 2 страницах, иллюстрирован таблицами и рисунками. Автор выражает благодарность за помощь и поддержку научному руководителю д. В.В. Володину, а также. М.А. Торлопову, А. Г. Донцову, Т. Н. Щемелининой, I Зубковой за помощь в выполнении экспериментов и проведении химических анализов и Селиванову за курирование работы на начальных этапах исследований. Глава 1. Целлюлоза является одним из наиболее распространенных в природе растительных полимеров. Ежегодный прирост растительной биомассы составляет примерно 2x т, около которой приходится на целлюлозу. Хотя континенты занимают около поверхности Земли, их общая фотосинтетическая продуктивность составляет ,4. В общем фотосинтетическом процессе на Земле до составляют леса и только 5. Неистощимым запасом целлюлозы являются древесные и травянистые растения, в том числе многие культурные растения, которые в общем ежегодном урожае органической биомассы содержат в 1. Таблица 1. Первичная фотосинтетическая продуктивность Зе. Синицын и др. Поверхность, млн. Площадь поверхности, Фотоси нтетическая продуктивность, млрд. Континенты . Леса 9. Пастбища 4. Пустыни 4. Окультуренная земля 2. Пресные воды 0. Океаны . К целлюлозосодержащим материалам, которые могут быть использованы в качестве сырья для гидролитического получения сахаров, относятся различные виды отходов, а также вторичные продукты лесопиления и деревообработки, отходы переработки сельскохозяйственных культур, ряд дикорастущих растений.