Прямая биоконверсия целлюлозосодержащих материалов термофильными анаэробами

• Автор: Зябрева, Надежда Владимировна
• Шифр специальности: 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение.
Глава 1. Целлюлозосодержащие материалы. Существующие методы их утилизации. Метаболизм целлюлозы в природе.

1.1. Структура целлюлозосодержащих отходов. Существующие методы их утилизации

1.2. Существующие методы конверсии целлюлозосодержащих материалов в этанол.

1.3. Микроорганизмы, участвующие в процессе биоконверсии

1.3.1. Микроорганизмыпродуценты целлюлаз.

1.3.2. Микроорганизмыпродуценты этанола и органических кислот

1.4.Биохимическое превращение целлюлозы микроорганизмами.

1.4.1. Схема биоконвсрсии углеводных полимеров растительной биомассы природным бактериальным биоценозом.

1.4.2. Метаболизм углеводов у термофильных анаэробных бактерий.

1.5. Пути повышения эффективности биоконверсии целлюлозных субстратов
1.5.1. Поиск новых бактериальных штаммов и селекция штаммов с улучшенными технологическими характеристиками.
1.5.2. Использование смешанных культур
1.5.3. Уменьшение выхода побочных продуктов.
1.5.4. Технологические методы увеличения продуктивности прямой биоконверсии.
1.5.5. Предобработка сырья
1.6. Выводы и постановка задачи.
Глава 2. Объекты и методы исследований
Глава 3. Выделение биоценозов термофильных анаэробных бактерий из различных природных источников.
3.1. Выделение биоценозов из навоза травоядных животных.
3.2. Выделение биоценозов из геотермальных источников.
3.3 Выделение биоценозов из разлагающейся растительной биомассы.
3.4. Сравнительная характеристика природных ассоциаций термофильных анаэробных бактерий, выделенных из
различных
источников.
Глава 4. Селекция смешанных культур для конверсии целлюлозосодержащих материалов.
4.1. Смешивание ассоциаций, выделенных из различных природных
источников.
4.2. Удаление сопутствующей микрофлоры из ассоциаций целлюлолитических и сахаролитических этаноло и
ацидогенных бактреий
4.3. Автосслекция ассоциации целлюлолитических
бактерий
4.4. Изоляция монокультур термофильных анаэробных штаммов из природных ассоциаций 1 1
Глава 5. Изучение методов хранения полученных бактериальных ассоциаций
5.1. Субкультивирование в жидкой культуре
5.2. Хранение при комнатной температуре
5.2.1. Хранение в агаризованной среде
5.2.2. Хранение в жидкой культуре
5.3. Хранение под слоем вазелинового масла
5.4. Хранение при 4 С.
5.5. Хранение в замороженном состоянии.
5.6. Хранение в лиофильно высушенном состоянии.
5.7. Хранение на высушенных полосках фильтровальной бумаги
5.8. Рекомендации по выбору метода хранения термофильных анаэробных ассоциаций.
Глава 6. Влияние параметров культивирования на метаболизм бактерий
6.1. питательной среды.
6.2. Температура культивирования
6.3. Потребность в факторах роста.
6.4. Ингибирование метаболитами.
6.5. Твердофазное культивирование.
6.6. Перемешивание культуральной жидкости.
Глава 7. Разработка технологии процесса , биоконверсии целлюлозосодержащего сырья.1
7.1. Описание технологической схемы биоконверсии целлюлозосодержащего
7.2. Сравнение периодического и полупериодического способов культивирования. Дробная подача субстрата в ферментер. .
7.3. Вакуумная отгонка этанола из культуральной жидкости.
Глава 8. Перспективы реализации технологии биоконверсии различных целлюлозосодержащих отходов. Возможные варианты технологических схем и техникоэкономические показатели.
8.1. Сравнение процессов биоконверсии различных видов промышленных целлюлозосодержащих
отходов
8.2. Рекомендации по реализации технологии биоконверсии различных агропромышленных целлюлозосодержащих отходов
8.3. Техникоэкономические показатели технологии
биоконверсии
Основные результаты и выводы
Список цитируемой литературы


Пиролиз представляет собой термическое разложение органических веществ в отсутствие кислорода с целью получения газа, жидкого топлива и дегтя. При увеличении скорости нагрева при пиролизе растет относительное количество получаемого газа. Газификация состоит в термическом окислении органических веществ при недостатке кислорода. В результате газификации получается синтетический газ, состоящий из СО, водорода и метана, который можно использовать в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Преимущество газификации БТ перед сжиганием состоит также и в том, что при газификации проще контролировать вредные выбросы в атмосферу. Ожижение сравнительно низкотемпературный процесс при наличии водорода высокого давления, впрыскиваемого в садку БТ. Пока данная технология проходит исследовательскую стадию и вряд ли она в ближайшем будущем будет иметь коммерческое применение. Интересным и, по мнению ученых, весьма перспективным направлением развития биоэнергетики является получение бионефти извлечение из древесины и других растений жидких фракций, являющихся своеобразными заменителями ископаемого топлива. Биологическая конверсия. Этот способ заключается в бактериальной ферментации органических материалов в специальных емкостях в отсутствие кислорода. Активность этих бактерий позволяет получать из БТ биогаз, содержащий метана и имеющий калорийность млн. Дж на 1 м3. КПД газовых турбины с комбинированным циклом может достигать . Биологическую конверсию можно применять для всех видов биомасс, в том числе для пищевых отходов, отходов животноводческих ферм и тому подобное. В Британии имеется опыт применения этой технологии в течение нескольких десятков лет. При протекании произвольного процесса биологической конверсии в мусорных отвалах и на свалках биомасс они могут представлять опасность для окружающей среды изза вероятности взрыва метана и изза поступления большого количества метана в атмосферу метан является одним из основных парниковых газов. Микробиологический синтез этанола путем спиртового брожения является одним из первых примеров использования микроорганизмов человеком. Наиболее традиционным и изученным является сбраживание дрожжами сахаров, содержащихся в различных дикорастущих и сельскохозяйственных растениях сахарной свекле, сахарном тростнике, фруктах, а также в побочном продукте сахарного производства мелассе. Остальные сырьевые источники для производства спирта не могут напрямую утилизироваться дрожжами и потому нуждаются в предварительной деполимеризации. Гидролиз минеральными кислотами целлюлозосодержащих материалов для последующего синтеза спирта был разработан в конце начале в. Германии, США и позже в Советском Союзе, где гидролизная промышленность получила развитие благодаря работам Шаркова 2. Этот метод предобработки используется в крупномасштабных производствах для деполимеризации целлюлозы, содержащейся в древесных отходах опилках и стружках, остатках сельскохозяйственных растений и сульфитных щелоках отходах целлюлознобумажного производства. Критики гидролизного производства отмечают его большую энергоемкость по сравнению с ферментациями сахаро и крахмалосодержащего сырья. Действительно, на выделение и очистку гидролизного спирта необходимы дополнительные расходы, так как из целлюлозного сырья получают суспензию с содержанием спирта всего 1. Кроме того, изза применения минеральных кислот для деполимеризации целлюлозы гидролизное крупномасштабное производство наносит непоправимый ущерб окружающей среде. В древесине сбраживаемые сахара составляют, в среднем, первоначального сухого веса. Концентрация сахаров в древесных гидролизатах всего около 5, что значительно меньше сахаров, содержащихся в хлебном зерне. С учетом этого общие затраты на ферментацию целлюлозных материалов за счет увеличения капиталовложений примерно на выше, чем на сбраживание зерна. Однако, в силу исключительной дешевизны сырья, несмотря на все указанные недостатки кислотного гидролиза, в ряде стран от него не спешат отказываться и усовершенствуют его.