Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Выявлена линейная зависимость между степенью ферментативного гидролиза отходов целлюлозно-бумажной промышленности и степенью кристаллизации. Для повышения эффективности процесса рекомендуется предобработка 1%-ным NaOH (Dan et al., 1979). Но, по мнению других авторов, состояние кристаллической решетки целлюлозы не оказывает заметного влияния на степень ферментативного гидролиза. Различные виды предобработки усиливают набухание волокон целлюлозы, а при их набухании доступ целлюлаз к молекулам целлюлозы облегчается (Dan et al., 1981).
Для целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей про-
75
мышленности большое значение имеет разработка микробиологических и ферментативных методов делигнификации древесины, в частности создание мутантов, потребляющих исключительно лигнин, а также применение микроорганизмов и ферментных препаратов для очистки сточных вод. Биологическая делигнифи-кация соломы в большей степени, чем щелочная предобработка, улучшает энзиматическую сахарификацию субстрата (Hatakka, 1984). Удаление лигнина и гемицеллюлозы в процессе предобработок способствует более быстрой и полной утилизации оставшегося материала в течение ферментации (Lin et al., 1985).
Разложение лигнина активизируется в случае использования ассоциации микроорганизмов Penicillium waksmani и Candida sp. в отличие от монокультуры (Ward, 1984). Применение смешанных культур лигнолитических (Nocardia autotrophica) и целлюлолитических (Cellulomonax sp.) микроорганизмов повышает уровень деградации пшеничной соломы, лигнина и выход биомассы (Haider, 1980).
С целью улучшения энзиматической сахарификации соломы на ней выращивают вешенку обыкновенную. Этот гриб избирательно деградирует лигнин и гемицеллюлозы. Через 30 дней содержание доступной целлюлозы в соломе удваивается и обработка целлюлазой приводит к превращению 72% целлюлозы в глюкозу (Detroy et al., 1980).
Факторами, влияющими на гидролиз целлюлозных материалов, являются тип и концентрация субстрата, его предобработка, возможность повторного использования фермента, температура и pH реакционной среды, продолжительность воздействия препарата и тип реактора. Многие из этих факторов взаимозависимы, и это делает весь процесс довольно сложным. В оптимальном случае реакция должна быть быстрой и полной, с образованием больших концентраций глюкозы без существенной потери активности фермента.
В настоящее время целлюлазы мало используются в гач"ст-ве промышленных ферментов. Существует мнение, что в ближайшие пять лет они не найдут широкого промышленного применения из-за высокой стоимости целлюлаз и сырья, необходимости его предобработки, повторного использования целлюлаз, низкой стоимости этанола — основного конечного продукта и др. В перспективе, по-видимому, резко возрастет потребность в цел-люлазах, гемицеллюлазах и лигнипазах для получения этанола, обработки древесной пульпы, обработки стоков. В определенных условиях энзиматический гидролиз целлюлозы может быть экономически выгодным: при получении дополнительных и более дорогих продуктов, чем этанол, а также при сочетании обработки стоков или других отходов с получением целевого продукта, например глюкозы. Однако и в этом случае критическим моментом является стоимость целлюлаз. Так как для полного гидролиза целлюлозы необходимы несколько целлюлазных компонентов,
76
можно полагать, что в последующем для получения необходимого комплекса целлюлаз будут использоваться два или более организма.
Уже сегодня экономически целесообразно применение целлюлаз при получении спирта из зерна, при переработке фруктов и овощей с целью получения соков, ряда диетических продуктов и протопластов. Ферментативные гидролизаты целлюлозы содержат большее количество глюкозы, чем других продуктов расщепления. В кислотных гидролизатах ее количественное преобладание менее значительно, что особенно важно при получении глюкозы для пищевых целей или для последующей изомеризации глюкозы во фруктозу.
Несмотря на изобилие целлюлозы, трудно найти подходящий целлюлозный субстрат, который не требовал бы больших экономических затрат на его сбор, транспортировку и хранение. Выбор соответствующего сырья диктуется местными условиями. Проблема осложняется тем, что в большинстве случаев это сырье ыижет служить также топливом. Следовательно, стоимость материала для гидролиза соответствует стоимости его как топлива. Примером отрицательной стоимости субстрата могут быть сульфитные щелока, которые требуют соответствующей обработки, чтобы избежать загрязнения окружающей среды. В этой связи целесообразно производство белка одноклеточных, пекарских дрожжей, этанола или концентрирование и сжигание.
Ферментативное осахаривание целлюлозы может осуществляться в виде периодического или непрерывного процесса. Использование техники иммобилизованных ферментов, непрерывной подпитки раствора субстратом и удаление конечного продукта — глюкозы, ингибирующей гидролиз, с помощью ультрафильтрации повышают производительность процесса.
По мнению Рабиновича (1987), несмотря на значительные усилия, направленные на реализацию опытно-промышленного процесса ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих материалов, стоимость получаемых гидролизатов еще очень высока и не окупает затрат на получение фермента н осуществление процесса. Одной из причин низкой эффективности этой технологии является малоэффективность существующих реакторов перемешивания, применяемых для процесса гидролиза. Низкая эффективность процесса, большие затраты на дслигнификацию и предобработку субстрата делают его нерентабельным. Глубокий гидролиз лигноцеллюлозы автор считает бесперспективным. Более целесообразен процесс неглубокого гидролиза, который позволяет сочетать одновременно процесс получения сахаров и целлюлаз.
