Процессы гидролиза лигноцеллюлозосодержащего сырья и микробиологическая конверсия продуктов в анаэробных условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.06, кандидат наук Аблаев, Алексей Равильевич

• Аблаев, Алексей Равильевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Аблаев, Алексей Равильевич

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 рН 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

106

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процессы гидролиза лигноцеллюлозосодержащего сырья и микробиологическая конверсия продуктов в анаэробных условиях»

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

U продуктами химического синтеза.

Ь"

г Экономически целесообразно получать масляную кислоту методом

сбраживания углеводов, содержащихся в дешевом и широко

| распространенном растительном сырье, в частности в отходах сельского

to

хозяйства, лесной и лесоперерабатывающей промышленности. Основными ресурсными источниками растительной биомассы являются: древесина, отходы от ее заготовки и переработки, сельскохозяйственные, а также J; бытовые отходы. Многотоннажной ресурсной базой

лигноцеллюлозосодержащего сырья в России являются отходы Ш лесозаготовок, которые составляют 40-60 % перерабатываемой древесины,

& используемые пока только на 20 %. Для России в качестве

К

\ лигноцеллюлозосодержащего сырья большой интерес представляют

I

лиственные породы древесины, в первую очередь береза, так как существует развитая инфраструктура сбора и переработки данного вида сырья на

т, Щ

ю

f я

Ж

целлюлозно-бумажных комбинатах и фанерных заводах, а также серьезная проблема утилизации отходов этих производств.

Перспективным вторичным ресурсом перерабатывающей промышленности является свекловичный жом. Более 40 % посевов сахарной свеклы в мире приходится на Россию. Общий объём производства сырого свекловичного жома в 2013 году составил 31 млн. 855 тыс. тонн. Свекловичный жом может включаться в комбикорма как один из компонентов, однако, высокая стоимость транспортировки, а также низкие сроки хранения не позволяют использовать свежий жом в полном объеме.

Микроорганизмы не способны эффективно утилизировать полисахариды растительной биомассы без предварительного расщепления последних до моно- и олигосахаридов.

Гидролиз слабыми кислотами и ферментами является одним из возможных путей получения углеводов из растительной биомассы. Перспективность применения сернистой кислоты в качестве гидролизующего агента для предобработки растительного сырья была продемонстрирована сотрудниками лаборатории «Инженерные проблемы биотехнологии» ФГБОУ ВПО «КНИГУ» на примере пшеничной соломы, отрубей и свекловичного жома. Показана более высокая эффективность сернистой кислоты при гидролизе пшеничной соломы по сравнению с серной и возможность её регенерации за счет тепла, запасенного в гидролизате.

Таким образом, разработка технологии переработки березового опила и свекловичного жома с применением сернистой кислоты и целлюлолитического ферментного комплекса, а также оценка возможности микробиологической конверсии полученных гидролизатов в анаэробных условиях является актуальной задачей.

Целью настоящей работы являлось исследование и оптимизация процессов гидролиза березового опила и свекловичного жома, а также

конверсия продуктов гидролиза в анаэробных условиях бактериями Clostridium butyricum и Clostridium tyrobutyricum.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1. Определить оптимальные условия обработки березового опила разбавленной сернистой кислотой при температурах выше 190°С и охарактеризовать моносахаридный состав полученных гидролизатов.

2. Определить оптимальные условия ферментативного гидролиза березового опила, предварительно обработанного разбавленной сернистой кислотой.

3. Исследовать гидролиз свекловичного жома при температурах свыше 190°С и охарактеризовать моносахаридный состав полученных гидролизатов.

4. Разработать математическую модель выхода моносахаридов в процессе предобработки свекловичного жома разбавленной сернистой кислотой.

5. Оценить эффективность биосинтеза масляной, молочной кислот и бутанола Clostridium butyricum ВКПМ В-9617, В-9619 и Clostridium tyrobutyricum ВКПМ В-10406, В-9615 при использовании в качестве субстратов кислотных и ферментативных гидролизатов березового опила и свекловичного жома.

Автор выражает благодарность к.т.н., ассистенту кафедры химической кибернетики ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Хариной Марии Владимировне за помощь в выполнении экспериментальных исследований.

1. Лигноцеллюлозосодержащее сырье и методы его конверсии 1.1 Ресурсы лигноцеллюлозосодержащей биомассы и характеристика её

химического состава

Ш}

г'

Ц!

а

е.

и г.

ч

1» *

I

Ж

Благодаря обилию, низкой стоимости и высокому содержанию углеводов (60-70% от абсолютно сухого вещества сырья), близкому к содержанию углеводов в зерновых культурах, лигноцеллюлозная биомасса является привлекательным сырьем для деполимеризации и биоконверсии с получением топлива и ценных химических продуктов.

Производство ценных продуктов из лигноцеллюлозосодержащей биомассы стало одним из основных направлений интенсивных исследований и разработок в последние десятилетия [1-7]. Биомасса состоит в основном из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина, зольных веществ и белков (таблица 1).

$

?!

л

Таблица 1 - Состав клеточной стенки возобновляемого растительного сырья (% от абсолютно сухого вещества (АСВ)) [1-6]

Биомасса Лигнин, % Гемицел-люлоза, % Целлюлоза, % Другое, %

Пшеничная солома 8,3 28,2 43,7 19,8

Стебли кукурузы 13,6 26,3 43,3 16,7

Рисовая солома 25,0 25,0 38,0 12,0

Жом сахарного тростника 21,1 27,0 45,5 6,8

Листья сахарного тростника 18,0 25,0 45,0 12,0

Бамбук 28,1 24,6 46,7 0,6

Мискантус 7,6-11,5 23,5-33,8 41,2-52,9 27,7

Береза

Свекловичный жом 3,0 72,9 24,0 од

Береза 12,1- 19,10 21,7-28,7 47,0 4,0

Состав различных видов лигноцеллюлозы может значительно варьировать в зависимости от типа клеточной стенки и условий

произрастания биомассы. Например, содержание глюкана, лигнина или ксилана в кукурузных стеблях разного урожая или разной территории может отличаться на 10 % в абсолютных значениях из-за таких факторов, как год урожая и условия окружающей среды [2].

Основными ресурсными источниками растительной биомассы являются древесина, отходы от ее заготовки и переработки, сельскохозяйственные отходы растениеводства, а также бытовые отходы.

Отходы лесозаготовок составляют 40-60 % от заготавливаемой древесины в России (рисунок 1).

Рисунок 1 - Располагаемые (1), действительные (2) и экономически доступные (3) ресурсы древесной биомассы в России [7]

До 20 % ресурсов древесной биомассы в России составляют отходы, образующиеся при лесопереработке, используемые пока только на 20 %. На 1 м3 вывезенной из леса древесины приходится до 500 кг отходов биомассы в виде пней, ветвей, древесной зелени, некондиционной древесины [7, 8]. По приближенным оценкам, суммарное годовое количество отходов лесопромышленного комплекса составляет свыше 200 млн м3. Отходы сельскохозяйственного производства составляют 200-250 млн м3 в год. Далее

древесное сырье теряется при лесопилении, деревообработке и химической переработке.

Образующиеся отходы лесозаготовок в России используются не в полной мере, лишь частично в основном в целлюлозно-бумажной и лесной промышленности. В России могут использоваться отходы переработки лиственных пород древесины, в первую очередь березовый опил, так как существует развитая инфраструктура сбора и переработки данного вида сырья на ЦБК и фанерных заводах, а также серьезная проблема утилизации отходов этих производств.

В работе [9] был оценен объём генерации соломы и свекловичного жома в РФ. Российский агропромышленный комплекс ежегодно производит 773 млн. т отходов (260 млн. т по сухому веществу). Из них 220 млн. т (150 млн. т по сухому веществу) приходится на растениеводство и 30 млн. т (14 млн. т по сухому веществу) - на отходы перерабатывающей промышленности. Отходы сельского хозяйства составляют 100-150 % объемов урожаев полевых культур, таких как сахарная свекла, помидоры, картофель, соя, пшеница, рис и другие зерновые. При сборе урожая зерновых культур биологический выход его нетоварной части (соломы и половы) определяется произведением количества собранного зерна на множитель, который зависит от вида зерновой культуры: для озимой ржи -1,6-2,0; яровой пшеницы и овса - 1,3-1,5, ячменя - 1,2; кукурузы — 2,5; подсолнечника - 2,8). Так при сборе в 2012 году в Республике Татарстан 3,2 млн. т зерна на полях сельскохозяйственных предприятий образовалось в среднем 5,0 млн. т соломы.

Сахарная свекла - важнейшая техническая культура, сырье для сахарной промышленности. Основной объем сахарной свеклы, выращиваемой в России, перерабатывается на российских сахарных заводах. Более 40% посевов сахарной свеклы в мире приходится на Россию [10]. Общий объём производства сырого свекловичного жома в 2013 году

составил 31 млн. 855 тыс. тонн. Из них 17 млн. 741 тыс. тонн производят в Центральном федеральном округе, что составляет 55,7 % от всего производства в стране, а также в Южном федеральном округе 8 млн. 103 тыс. тонн (25,4 % всего производства) и Приволжском федеральном округе 4 млн. 820 тыс. тонн (15,1 % всего производства) [11]. Таким образом, предприятия, перерабатывающие сахарную свеклу, в основном сосредоточены в трёх федеральных округах.

Средний выход сахара при переработке сахарной свеклы составляет 10-12 %, при этом образуется 80-84 % сырого свекловичного жома, богатого полисахаридами [12]. Свекловичный жом обладает высокой кормовой ценностью. Его скармливают сельскохозяйственным животным в свежем и консервированном виде. Однако в свежем виде может скармливаться не более 30-40 % выработанного жома. Несмотря на высокое содержание углеводов, жом не удовлетворяет даже минимальных потребностей животных в азотистых веществах и витаминах ввиду низкого содержания сырого протеина (до 3 % от содержания сухих веществ) и неудовлетворительного соотношения кальция и фосфора [3, 12]. Свекловичный жом может включаться в комбикорма как один из компонентов, однако, высокая стоимость транспортировки, а также низкие сроки хранения не позволяют использовать свежий жом в полном объеме.

Продукты конверсии полисахаридов свекловичного жома могут применяться для производства биоэтанола, кормовых дрожжей, лизина и др. В России свекловичный жом является одним из наиболее перспективных вторичных ресурсов сельскохозяйственного производства.

Анализ литературных источников показал, что крупнотоннажными и перспективными видами лигноцеллюлозосодержащего сырья в России являются отходы деревообработки, в частности березовый опил, а также жом сахарной свеклы.

1.2 Предварительная обработка лигноцеллюлозосодержащего сырья

Лигноцеллюлозное сырье требует предварительной обработки, для высвобождения моносахаридов, содержащихся в целлюлозных волокнах, встроенных в гетероматрицы растительной клеточной стенки.

Предварительная обработка - процесс, преобразующий любую лигноцеллюлозную биомассу из нативной формы, устойчивой к ферментному гидролизу, в форму, эффективную для ферментативного гидролиза [13].

Предварительная обработка является одной из наиболее важных стадий переработки биомассы, при этом изменяется структура лигноцеллюлозы с увеличением площади доступной поверхности, происходит декристаллизация, частичная деполимеризация целлюлозы, растворение гемицеллюлоз и/или лигнина, изменение структуры лигнина [10]. Ключевым фактором в определении оптимального пути предобработки для каждого типа лигноцеллюлозной биомассы является относительное содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Стойкость биомассы при переработке напрямую связана со свойствами конкретного сырья.

Факторы, которые способствуют устойчивости биомассы включают

[14]:

• кристалличность и степень полимеризации целлюлозы;

• площадь доступной поверхности (или пористость);

• степень экранирования целлюлозы лигнином;

• степень оборачивания целлюлозы гемицеллюлозами;

• прочность волокна.

Чем больше удалено лигнина из биомассы, тем более эффективен последующий ферментативный гидролиз биомассы. Высококристаллическая целлюлоза является менее доступной для ферментолиза, чем аморфная [15]. Доступность целлюлозы для ферментов является одним из наиболее важных

ограничивающих факторов ферментативного гидролиза после минимизации влияния лигнина [16-18].

Идеальным результатом предобработки биомассы является получение субстрата, который легко подвергается гидролизу без образования продуктов разложения Сахаров и ингибиторов ферментации. Оценка процессов предобработки биомассы определяется «фактором жесткости процесса», который учитывает совокупное влияние температуры, рН и длительности предобработки. «Фактор жесткости» используется в качестве сравнительной характеристики в работах по анализу результатов предобработки биомассы, но не дает точной информации о «жесткости» условий процесса. Другими словами, он применяется для приблизительной оценки [19].

Оценка процесса предобработки биомассы должна включать в себя следующие этапы [18-29]:

• анализ содержания Сахаров в жидкой фазе, и содержания углеводов в нерастворимой твердой фазе после предобработки;

• ферментативный гидролиз подвергшихся вымыванию и оставшихся в осадке частиц твердой фазы;

• оценка возможности использования ферментолизатов и жидкой фазы, образующейся в процессе предобработки, в качестве компонента питательных сред для культивирования микроорганизмов.

В настоящее время используются различные методы предобработки лигноцеллюлозной биомассы при подготовке ее к дальнейшему ферментативному гидролизу. Эти методы подразделяются на физические, химические, биологические или их комбинацию [30-33].

1.2.1 Механическая предобработка лигноцеллюлозосодержащего сырья

Грубое измельчение, расщепление, резка, дробление и размалывание представляют собой различные методы уменьшения размера частиц лигноцеллюлозной биомассы [34]. В результате увеличивается удельная поверхность, снижаются степень полимеризации и кристалличность целлюлозы [35]. В ходе сбора и подготовки лигноцеллюлозной биомассы древесные стволы перерабатываются до фрагментов грубого измельчения с размером 10-50 мм. На стадии расщепления размер частиц биомассы уменьшается до 10-30 мм, после дробления и размалывания - до 0,2-2 мм. Установлено, что дальнейшее измельчение биомассы до частиц размером менее 0,4 мм не оказывает значительного влияния на скорость и эффективность гидролиза [36]. Целью расщепления сырья является снижение барьеров тепло- и массопередачи. Дробление и размалывание более эффективно уменьшают размер частиц и степень кристалличности целлюлозы, что может быть обусловлено сдвиговыми усилиями, которые создаются в ходе данных процессов [34]. Способ и продолжительность размалывания в сочетании с типом биомассы определяют степень увеличения удельной поверхности, конечную степень полимеризации и кристалличность целлюлозы. В работе [35] показано, что вибрационная шаровая мельница более эффективна, чем обычная мельница для снижения степени кристалличности целлюлозы в щепе осины или древесины хвойных пород. Дисковое размалывание до волокон более эффективно для интенсификации гидролиза целлюлозы, чем измельчение в молотковой дробилке, несмотря на получение в последней более мелких частиц [37].

Энергозатраты на механическое измельчение лигноцеллюлозной биомассы зависят от ее характеристик и требуемого конечного размера частиц. Для древесины требуются большие энергозатраты, чем для отходов сельского хозяйства [38]. Операция измельчения используется в

большинстве исследовательских работ по гидролизу, но мало сведений дается о характеристиках сырья и энергозатратности данного процесса [39, 40].

Принимая во внимание высокие энергозатраты на осуществление измельчения сырья в промышленном масштабе [41] и рост спроса на энергию, маловероятно, что данная операция экономически обоснована (таблица 2).

Таблица 2 - Затраты электроэнергии на механическую обработку сельскохозяйственных лигноцеллюлозных материалов до различной степени

измельчения [42, 43]

Лигноцеллюлозный материал Конечный размер, мм Энергозатраты, кВтч/т

Измельчение резкой Измельчение дроблением

Твердая древесина 1,60 130 130

2,54 80 120

3,2 50 115

6,35 25 95

Солома 1,60 7,5 42

2,54 6,4 29

Кормовая кукуруза 1,60 Нет данных 14

3,20 20 9,6

6,35 15 Нет данных

9,5 3,2 Нет данных

Однако, поскольку измельчение сырья может проводиться как до химической предобработки, так и после нее, было показано, что измельчение после выполнения данной операции значительно снижает энергозатраты на измельчение, уменьшает стоимость разделения твердой и жидкой фаз, поскольку легко отделить щепу, прошедшую предобработку, позволяет исключить из процесса энергозатратное смешение предобработанной

биомассы, снижает соотношение жидкой фазы к твердой, не приводит к образованию ингибиторов [44, 45].

Среди других форм физической предобработки следует отметить использование гамма-излучения [46], приводящего к увеличению удельной поверхности частиц биомассы и снижению степени кристалличности. Данный метод, несомненно, крайне дорог в промышленном масштабе и представляет огромный риск с позиции производственной безопасности и охраны окружающей среды.

1.2.2 Химическая предварительная обработка

лигноцеллюлозосодержащего сырья

По литературным данным, химические соединения, такие как кислоты, щелочи, органические растворители и ионные жидкости, оказывают значительное воздействие на исходную структуру лигноцеллюлозной биомассы [47, 48].

Предобработка такими основаниями как №ОН, КОН, Са(ОН)2, гидразин и безводный аммиак, приводит к набуханию биомассы, увеличению ее внутренней поверхности и снижению степени полимеризации и кристалличности целлюлозы. Щелочная предобработка приводит к разрушению структуры лигнина и разрыву связей между лигнином и другими углеводными фракциями лигноцеллюлозной биомассы, увеличивая, таким образом, доступность углеводов в матрице биомассы. Реакционная способность остаточных полисахаридов повышается с извлечением лигнина. В ходе щелочной предобработки также удаляются ацетил и другие заместители уроновой кислоты, снижающие доступность поверхности целлюлозы для ферментов [49, 50]. Большая часть щелочи, однако, расходуется в процессе предобработки. Щелочная предобработка наиболее эффективна для биомассы с малым содержанием лигнина, такой как отходы

31(

и &.

сельского хозяйства, с ростом содержания лигнина в биомассе ее эффективность снижается [47-50].

Предварительная обработка слабыми кислотами облегчает доступность целлюлазных ферментов для максимизации выхода Сахаров [5]. Слабокислотный гидролиз является простым и быстрым способом получения гемицеллюлозных гидролизатов. Эти гидролизаты содержат, главным образом, ксилозу (80% от содержания сахара в гемицеллюлозной фракции), арабинозу, глюкозу, галактозу и маннозу в сочетании с побочными продуктами - ингибиторами, получающимися из клеточной стенки, такими как фураны, фенолы, слабые кислоты и др. [8], [9], [10].

Кислоты используются для гидролиза биомассы уже более 100 лет. Использование двухстадийного гидролиза серной кислотой для анализа лигнина датируется началом 20-го века, хотя использование концентрированной кислоты для получения Сахаров было изобретено ещё в начале 19 века. Первым, кто использовал серную кислоту для гидролиза древесины и выделения лигнина, был Класон в 1906 году [21].

Кроме того, слабыми кислотами можно растворить гемицеллюлозу. Преимуществами данного вида предварительной обработки являются повышение ферментативной доступности целлюлозы и значительно увеличенная добавленная стоимость конечной продукции [23].

Серная и соляная кислоты широко используются для слабокислотного гидролиза. В работе [24] была исследована предобработка кукурузной кочерыжки слабой серной кислотой Н28 04. Оптимальными условиями предобработки являлись: концентрация серной кислоты 0,5 % масс, температура 122 °С, продолжительность обработки 20 мин. При этих условиях структурная целостность кукурузной кочерыжки изменилась, микрофибриллы целлюлозы стали более доступными для ферментов. Выход Сахаров составил 80 % масс, при низкой дозировке фермента (0,024 г фермента на 1 г предварительно обработанных кукурузных початков).

Также находит применение фосфорная кислота, которая менее токсична, чем другие кислоты [25]. Кроме того, после нейтрализации гидролизата, соли фосфорной кислоты можно использовать в качестве сырья для ферментации микроорганизмов [26].

Авторы работы [27] изучали предобработку кукурузной кочерыжки минеральными кислотами: Н2804, ШЮ3 и Н3Р04. После предобработки качество гидролизата сравнивалось путем ферментации С. Ьеуеппски ТШТЯ 1461 продуцирующих биобутанол. Было установлено, что гидролизат после предобработки фосфорной кислотой может быть использован в качестве субстрата без какого-либо удаления ингибитора. Тем не менее, при обработке сырья фосфорной кислотой наблюдался самый низкий выход общих Сахаров. При оптимизации ферментативного гидролиза предварительно обработанной кукурузной кочерыжки снизилась дозировка ферментов и время гидролиза до 7,68 БРи/г биомассы и 63,88 часов, соответственно с выходом 51,82 г/л редуцирующих Сахаров.

В работе [28] пшеничную солому подвергали предобработке 0,5%, 1% и 2% серной кислотой при температуре 140 и 160°С. Время предобработки составляло 10, 20, 30, 45 и 60 мин. Предобработанную пшеничную солому промывали шестью объёмами воды и гидролизовали ферментными комплексами целлюлаз в течение 24-48 часов. Оптимальные условия для предварительной обработки соломы пшеницы были определены как: температура 140 °С, концентрация серной кислоты 1 %, продолжительность обработки 30 мин. В этих условиях выход глюкозы из пшеничной соломы достиг 89,0 % от теоретического максимума, в то время как концентрация муравьиной кислоты, фурфурола, уксусной кислоты и 5-оксиметилфурфурола составила 32,37 ± 4,91, 12,08 ± 1,69, 7,98 ± 1,02 и 1,14 ± .0,22 г/кг соответственно. Увеличение степени предварительной обработки привело к увеличению выработки ингибиторов, а также снижению выхода моносахаридов на 27 %.

Конструкция реакторов для предобработки биомассы кислотами является важным фактором для максимальной деполимеризации гемицеллюлозы [18, 29, 30]. Для слабокислотного гидролиза биомассы перспективно применение реакторов вытеснения, противотоковых реакторов, перколяционных и противотоковых реакторов с изменяемым рабочим объёмом [18, 31, 32]. В ряде исследований [16-21] отмечается, что среди всех вышеперечисленных, противотоковые реакторы позволяют осуществлять наиболее полный гидролиз гемицеллюлоз, способствуют снижению продолжительности обработки сырья, и минимизируют образование ингибиторов [33].

1.2.3 Биологическая предварительная обработка

лигноцеллюлозосодержащего сырья

Биологическая предобработка обычно ассоциируется с воздействием микроорганизмов, продуцирующих ферменты, способные разлагать лигнин, гемицеллюлозу и полифенолы. Для деполимеризации лигнина используются культуры Ркапегоскае1ескгу805рогшт, РМеЫагасИШа, ВгсктктздиаЬт, 1И§{(1о$рогтИ§по8Ш и ЛщиаяерагаЫИта [51, 52]. Данная предобработка характеризуется высокой селективностью и эффективностью. При анализе вклада обработки грибами белой гнили в комбинированную предобработку древесины бука биологическими методами и органическими растворителями, показали, что биологическая предобработка экономит 15% электроэнергии, требуемой для этанолиза древесины бука после предобработки по данной технологии [53].

Скорость биологической предобработки слишком мала для промышленных масштабов. Требуемое время выдержки в 10-14 дней [51-53], тщательное соблюдение условий роста грибов, значительные площади, требуемые для размещения оборудования биологической предобработки,

являются недостатками, обуславливающими низкую привлекательность этого метода в промышленных масштабах. Другой недостаток -возможность поглощения микроорганизмами части образующихся углеводов. Биологическую предобработку можно применять как индивидуально, так и в сочетании с другими методами как первый этап стандартной предобработки биомассы с низким содержанием лигнина.

1.2.4 Физико-химическая предварительная обработка лигноцеллюлозосодержащего сырья

К данной группе относится большинство используемых технологий предобработки, таких как предобработка паром, горячей водой, окисление в атмосфере паров воды, обработка жидким аммиаком и органическими растворителями [54, 55]. Данные методы предобработки основаны на совместном варьировании параметров процесса и использовании химических соединений для воздействия одновременно на физические и химические свойства биомассы.

Предобработка паром - наиболее интенсивно изучаемый и используемый физико-химический метод предобработки биомассы. Термин «автогидролиз» является синонимом предобработки паром и отражает изменения, происходящие с биомассой в ходе данного процесса [56-58].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аблаев, Алексей Равильевич, 2014 год

Список использованной литературы

1. Lynd L.R., Wyman С.Е., Gerngross T.U. Biocommodity Engineering // Biotechnol Prog, 15,777-793,1999.

2. Chandel A. K., Chandrasekhar G., Silva M.B., da Silva S. The realm of cellulases in biorefineiy development // Crit Rev Biotechnol, 1,187-202,2012

3. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. 4.II. М.: СПб.: AHO НПО «Профессионал», 2007. 1142 с.

4. Евилевич А. 3., Ахмина Е. И., Раскин М. Н., Безотходное производство в гидролизной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1982. 184 с.

5. Холькин Ю. И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989. 490 с.

6. Мустафина Э. Ф., Аблаев А. Р., Тарасова Е. В., Харина М.В. Перспективы использования биотехнологий в аграрной сфере Единого Экономического Пространства. М.: ООО «Угрешская типография», 2014. - 136 с.

7. Шаймурадов Р. Р. Оптимизация производства сухих кормовых дрожжей спиртовых заводов / Р. Р. Шаймурадов, И. В. Логинова, Р. Т. Валеева, М. В. Харина, Мухачев С. Г. // Аннотации сообщений «Научной сессии КГТУ» -Казань,2011.-С. 90

8. Кузнецов Б. Н., Кузнецова С. А., Тарабанько В. Е. Новые методы получения химических продуктов из биомассы деревьев сибирских пород // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева), XL VIII, 3, 67-70, (2004)

9. Харина М. В., Емельянов В. М. Исследование кинетики высокотемпературного гидролиза свекловичного жома сернистой кислотой. // Вестник Казанского технологического университета, 18,191-193 (2013)

10. Харина М. В., Емельянов В. М., Аблаев А. Р., Мокшина Н. Е., Ибрагимова Н. Н., Горшкова Т. А. Динамика выхода углеводов при высокотемпературном

гидролизе пшеничной соломы сернистой кислотой // Химия растительного сырья. 2014. №1. С. 53-59.

11. Спичак В.В., Дудкин В.М., Ананьева П.А., Пузанова JI.H., Остроумов В.Б. Эффективное использование вторичных сырьевых ресурсов сахарного производства // Хранение и переработка сельхозсырья, 7, 73-76.2007

12. Аблаев А.Р. Топливо и химия из возобновляемого сырья: перспективы развития в России // Вестник Химической Промышленности, журнал. 2012. № 2.-С. 37-39

13. Lynd R.L., Weimer J.P., Zyl H.W., Pretorius S.I., Microbial Cellulose Utilization: Fundamentals and Biotechnology. //Microbiol Mol Biol Rev, 66, 506-509,2002

14. Mosier N.S., Hendrickson R., Brewer M., Ho N., Sedlak M., Dreshel R., Welch G., Dien B.S., Aden A., Ladisch M.R. Industrial scale-up of pH-controlled liquid hot water pretreatment of corn fiber for fuel ethanol production. // Appl Biochem Biotechnol, 125, 77-97,2005

15. Аблаев А.Р. Промышленные биотехнологии и биотоплива - запуск инновационного будущего регионов // Вестник Объединенных спиртовых заводов, журнал. 2013. №2. - С. 17-19

16. Jeoh Т., Ishizawa C.I, Davis M.F., Himmel M.E., Adney W.S., Johnson D.K. Cellulase digestibility of pretreated biomass is limited by cellulose accessibility. // Biotechnol Bioeng. 98,112-122 (2007)

17. Silverstein R A. Comparison of chemical pretreatment methods for improving saccharification of cotton stalks / R. A. Silverstein ,Y. Chen ,R. R. Sharma-Shivappa, M. D. Boyette , J. Osborne//Bioresource Technology. - 2007. - №98. - p. 3000-3011.

18. Mosier N., Wyman C., Dale В., Elander R., Lee Y.Y., Holtzapple M., Ladisch M., Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. // Bioresour Technol, 96, 673-686 (2005)

19. Galbe M., Zacchi G., Pretreatment of lignocellulosic materials for efficient bioethanol production. // Adv Biochem Eng Biotechnol. 2007;108:41-65.

20. Zheng Y., Pan Z.L., Zhang R.H., Overview of biomass pretreatment for cellulosic ethanol production. // International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2, 51-68 (2009)

21. Аблаев A.P. Топливо и химия из возобновляемого сырья: перспективы развития в России // Вестник Химической Промышленности, журнал. 2012. №2(65).-С. 37-39

22. Аблаев А.Р. Большая нефть и биотопливо // Биотехнология журнал, издании ГосНИИГенетика. 2011. №3. - С. 8-14

23. Browning В. L. Methods of Wood Chemistry, 2, 785-823. 1967.

24. Hendriks. A.T., Zeeman G., Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass//Bioresource Technology, 100(1), 10-18, 2009.

25. Kahar E., Taku K., Tanaka S., Enzymatic digestion of corncobs pretreated with low strength of sulfuric acid for bioethanol production // Journal of Bioscience and Bioengineering, 110,4,453-458,2010.

26. Sirikarn S., Luengnaruemitchai A., Wongkasemjit S., Effect of Temperature and Time on Dilute Acid Pretreatment of Corn Cobs // World Academy of Science, Engineering and Technology, 6,1-16,2012.

27. Gamez S.R., Gonzalez-Cabrialesa J.J., Ramireza J.A., Garroteb G., Vazquezc M. Study of the hydrolysis of sugar cane bagasse using phosphoric acid // Journal of Food Engineering, 74,78-88,2006.

28. Boonsombuti A., Luengnaruemitchaia A., Wongkasemjita S. Effect of Phosphoric Acid Pretreatment of Corncobs on the Fermentability of Clostridium beijerinckii TISTR 1461 for Biobutanol Production // Preparative Biochemistry & Biotechnology, 5, 65-75 (2014)

29. Kalavathy R., Carrier J.D. Effect of dilute acid pretreatment conditions and washing on the production of inhibitors and on recovery of sugars during wheat straw enzymatic hydrolysis. // Biomass and Bioenergy, 45-49 (2014)

30. Taherzadeh M.J., Karimil., Pretreatment of Lignocellulosic Wastes to Improve Ethanol and Biogas Production: A Review. // Int J Mol Sci, 9,1621-1651 (2008)

31. P. Lenihan, Orozco A., O'Neill E., Ahmad M.N.M., Rooney D.W., Mangwandi C., Walker G.M. Kinetic Modelling of Dilute Acid Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass // Biofuel production-recent developments and prospects, 8, 72-77,2011.

32. Mussatto S.I., Teixeira J. A., Lignocellulose as raw material in fermentation processes // Current research, technology and education topics in applied microbiology and microbial biotechnology, 2, 64-69,2010.

33. Chandel A.K., Singh O.V., Chandrasekhar G., Rao L.V., Narasu M.L., Key drivers influencing the commercialization of ethanol-based biorefineries // J Comm Biotechnol, 16, 239-257,2010.

34. Lee Y.Y., Iyer P., Torget R.W., Dilute-Acid Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass // Adv Biochem Eng Biotechnol, 65,93-115,1999.

35. Palmowski L, Muller J. Influence of the size reduction of organic waste on their anaerobic digestion. // In II International Symposium on anaerobic digestion of solid waste. Barcelona 15-17 June. 1999:137-44.

36. Sun Y, Cheng J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. // Bioresour Technol 2002;83:1-11.

37. Chang V.S., Burr B., Holtzapple M.T., Lime pretreatment of switchgrass. // Appl Biochem Biotechnol 1997;63-65:3-19.

38. Zhua J.Y., Wang G.S., Pan X.J., Gleisner R.. Specific surface to evaluate the efficiencies of milling and pretreatment of wood for enzymatic saccharification. // Chem Eng Sci 2009;64:474-85.

39. Cadoche L., Lopez G.D., Assesment of size reduction as a preliminary step in the production of ethanol from lignocellulosic wastes. // Biotechnol Wastes 1989;30: 153-7.

40. Nguyen Q.A., Tucker M.P., Keller F.A., Eddy F.P., Two-stage dilute-acid pretreatment of softwoods. //Appl Biochem Biotechnol 2000;84-86:561-75.

41. Zhu Y.M., Lee Y.Y., Elander R.T., Optimization of dilute-acid pretreatment of corn stover using high-solids percolation reactor. // Appl Biochem Biotechnol 2005;121:325-7.

42. Hendricks A.T., Zeeman G. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. // Bioresour Technol 2009;100:10-8.

43. Cadoche L., Lopez G.D. Assesment of size reduction as a preliminary step in the production of ethanol from lignocellulosic wastes // Biotechnol Wastes 1989;30: 1537.

44. Sun Y., Cheng J, Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review // Bioresource Technology, 83,2002,1-11.

45. Takacs E., Foldvary C.M., Wojnarovits L., Effect of high-energy radiation and alkali treatment on the properties of cellulose // Radiat Phys Chem, 2003;57:505-508.

46. Fengel D., Wegener G. // Wood Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin New York; 1984

47. Swatloski R.P., Spear S.K., Holbrey J.D., Rogers R.D. Ionic liquids: new solvents for non- derivitized cellulose dissolution // Abstr Pap Am Chem Soc 2002;224:U622

48. Chandra R.P., Bura R., Mabee W.E., Berlin A., Pan X., Saddler J.N. Substrate pretreatment: the key to effective enzymatic hydrolysis of lignocellulosics? // Adv Biochem Eng Biotechnol 2007;108:67-93.

49. Chang V.S., Holtzapple M.T. Fundamental factors affecting biomass enzymatic reactivity //Appl Biochem Biotechnol 2000;84-86:5-37.

50. Galbe M., Zacchi G. Pretreatment of lignocellulosic materials for efficient bioethanol production // Biofuels 2007; 108:41 -65.

51. Mosier N., Wyman C.E., Dale B.E., Elander R., Lee Y.Y., Holtzapple M.T. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass // Bioresour Technol 2005b;96:673-86.

52. Hatakka A.I. Lignin-modifying enzymes from selected white-rot fungi: production and role from in lignin degradation // FEMS Microbiol Rev 1994; 13:12535.

53. Hatakka A.I., Varesa T., Lunn T.K. Production of multiple lignin peroxidases by the white- rot fungus Phlebia ochraceofulva // Enzyme Microb Technol 1993; 15:6649.

54. Itoh H., Wada M., Honda Y., Kuwahara M. Bioorganosolve pretreatments for simultaneous saccharification and fermentation of beech wood by ethanolysis and white-rot fungi // J Biotechnol 2003;103:273-80

55. Zhu S.D., Wu Y.X., Chen Q.M., Yu N., Wang C.W., Jin S.W. Dissolution of cellulose with ionic liquids and its application: a mini-review // Green Chem 2006;8:325-7.

56. Zhu Z.G., Sathitsuksanoh N., Vinzant T., Shell D.J., McMillan J.D., Zhang Y.P. Comparitive study of corn stover preteated by dilute acid and cellulose solvent-based lignocellulose fractionation: enzymatic hydrolysis, supramolecular structure, and substrate accessibility // Biotechnol Bioeng 2009;103:715-24

57. Chandra R.P., Bura R., Mabee W.E., Berlin A., Pan X., Saddler J.N. Substrate pretreatment: the key to effective enzymatic hydrolysis of lignocellulosics? // Adv Biochem Eng Biotechnol 2007;108:67-93.

58. McMillan J.D. Pretreatment of lignocellulosic Biomass // Enzymatic Conversion Biomass Fuels Prod 1994;566:292-324.

59. Saddler J.N., Ramos L.P., Breuil C. Steam pretreatment of lignocellulosic residues. // In: Saddler J.N., editor. Bioconversion of forest and agricultural plant residues. M.: Oxford, UK: CAB International; 1993. p. 73-92.

60. Weil J.R., Sariyaka A., Rau S.L., Goetz J., Ladisch C.M., Brewer M., et al. Pretreatment of yellow poplar wood sawdust by pressure cooking in water // Appl Biochem Biotechnol 1997;68:21-40.

61. Wright J.D. Ethanol from biomass by enzymatic hydrolysis // Chem Eng Prog 1998;84:62-74.

62. Yang B., Wyman C.E.. Effect of xylan and lignin removal by batch and flow through pretreatment on enzymatic digestibility of corn stover cellulose // Biotechnol Bioeng 2004;86:88-95.

63. Antal M.J. Water: A Traditional Solvent Pregnant with New Application. // In: Proceedings of the 12th international conference on the properties of water and steam. M.: New York: Begell House; 1996. p. 23-32.

64. Аблаев A. P., Харина M.B., Логинова И. В., Емельянов В.М. Перспективы переработки возобновляемого растительного сырья с получением масляной кислоты // Вестник Казанского технологического университета. — 2014. - № 14. -С. 328-333

65. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume 3: The Firmicutes / Под ред. Paul De Vos, George M. Garrity, Dorothy Jones, Noel R. Krieg, Wolfgang Ludwig, Fred A. Rainey, Karl-Heinz Schleifer and William B. Whitman. - Baltimore: The Williams & Wilkins Co. 2009. XXVI. C. 1450.

66. Zhang C., Yang H., Yang F., Ma Y. Current progress on butyric acid production by fermentation // Current Microbiology, 2009, V.59, №6, C. 656-663.

67. Matijasic B.B., Rajsp M.K., Perko В., Rogelj I. Inhibition of Clostridium tyrobutyricum in cheese by Lactobacillus gasseri // Int. Dairy J. 2007.V. 17. C.157-166

68. Baroi, N.B. Westermann P., Gavala H.N. Butyric acid fermentation from pretreated and hydrolyzed wheat straw by C. tyrobutyricum // Industrial biotechnology-meeting the challenges. 2013. International Conference, September 12-13, Lund, Sweden

69. Zigova J., Sturdk E., Vandak D., Schlosser A. Butyric acid production by Clostridium butyricum with integrated extraction and pertraction // Process Biochemistry. 1999. V. 34. P. 835-843.

70. Zigova J., Sturdlk E. Advances in biotechnological production of butyric acid // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. 2000. V. 24. № 3. P. 153-160.

71. ГоттшалкГ. Метаболизм бактерий. M.: Мир, 1982. 310 с.

72. Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология: Учебник. 2-е изд. М.: Изд-во Моек ун-та, 1985.376 с.

73. Liu S., Bischoff К. M., Leathers T.D., Qureshi N., Rich J.O., Hughes S.R. Butyric acid from anaerobic fermentation of lignocellulosic biomass hydrolysates by Clostridium tyrobutyricum strain RPT-4213 // Bioresource Technology. - 2013. -№143.-P. 322-329.

74. Horhammer H., Berezina O.V., Hiltunen E., Granstrom T., Van Heiningen A. Semi-bleached paper and fermentation products from a larch biorefinery // Tappi journal. 2012. V. 11. № 10. P. 31-39

75. Berezina О. V., Brandt A., Yarotsky S.V., Schwarz W. H., Zverlov V.V. Isolation of a new butanol-producing Clostridium strain: High level of hemicellulosic activity and structure of solventogenesis genes of a new Clostridium saccharobutylicum isolate // Systematic and Applied Microbiology. 2009. V.32. №7. P. 449-459.

76. Tsao G. T. Recent progress in bioconversion of lignocellulosics. Berlin: M.: Springer, 1999. 280 p.

77. Матвеев M. В. Утилизация растительных отходов с получением дефицитных продуктов и энергии. М.: Экономика природопользования. - 1999. №4. С. 21-24

78. Lynd L. R. Microbial cellulose utilization: fundamentals and biotechnology // Microbiol Mol Biol Rev. 2002. V. 66. P. 506-77.

79. Сушкова В. И., Воробьёва Г. И., Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные веществ. М.: Киров: ДеЛи принт, 2007. 204с.

80. Шарков В. И., Куйбина Н. И., Химия гемицеллюлоз. М.: Лесная промышленность, 1972.440 с.

81. Kong Q., Не G.Q., Chen F, Ruan H. Studies on a kinetic model for butyric acid bioproduction by Clostridium butyricum // Lett. Appl. Microbiol. 2006. V. 43. P. 7177

82. Rodriguez J., Kleerebezem R., Lema J.M., van Loosdrecht M.C.M. Modeling product formation in anaerobic mixed culture fermentations // Biotechnol. Bioeng. 2006. V. 93. P. 592-606

83. Freeman A., Woodley J. M., Lilly M. D. In situ product removal as a tool for bioprocessing // BioTechnology. 1993. V. 11. № 9. P. 1007-1012

84. Boyaval P., Seta J., Gavach C. Concentrated propionic acid production by electrodialysis // Enzyme and Microbial Technology. 1993. V. 15. №8. P. 683-686.

85. Habova V., Melzoch K., Rychtera M., Sekavova B. Electrodialysis as a useful technique for lactic acid separation from a model solution and a fermentation broth // Desalination. 2004. V. 162. № 1-3. P. 361-372.

86. Zhang S. T., Matsuoka H., Toda K. Production and recovery of propionic and acetic acids in electrodialysis culture of Propionibacterium shermanii // Journal of Fermentation and Bioengineering. 1993. - V. 75 . № 4. P. 276-282.

87. Mollah A. H., Stuckey D. C. Maximizing the production of acetone-butanol in an alginate bead fluidized bed reactor using Clostridium acetobutylicum // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 1993. V. 56. №1. P. 83-89

88. Maddox I. S. Use of silicalite for the adsorption of n-butanol from fermentation liquors // Biotechnology Letters. 1982. V. 4. № 11. P. 759-760

89. He G. Q., Kong Q., Chen Q. H., Ruan H. Batch and fed-batch production of butyric acid by Clostridium butyricum ZJUCB // J. Zhejiang Univ. Sci. 2005. V. 6. P. 1076-1080.

90. Soni B.K., Jain M.K. Influence of pH on butyrate uptake and solvent fermentation by a mutant strain of Clostridium acetobutylicum // Bioprocess Eng. 1997. V. 17. P. 329-334

91. Zhu Y., Yang S.T. Adaptation of Clostridium tyrobutyricum for enhanced tolerance to butyric acid in a fibrous-bed bioreactor // Biotechnol. Prog. 2003. V. 19. P. 365-372

92. Kumar J.A., Li J., Yuan Y., Baral N., Ai B. Review on Bio-butyric Acid Production and its Optimization // International journal of agriculture & biology. 2014. V. 16. P. 1019-1024

93. Boyaval P., Seta J., Gavach C. Concentrated propionic acid production by electrodialysis // Enzyme and Microbial Technology. 1993. V. 15. №8. P. 683-686.

94. Habova V., Melzoch K., Rychtera M., Sekavova B. Electrodialysis as a useful technique for lactic acid separation from a model solution and a fermentation broth // Desalination. 2004. V. 162. № 1-3. P. 361-372.

95. Zhang S. T., Matsuoka H., Toda K. Production and recovery of propionic and acetic acids in electrodialysis culture of Propionibacterium shermanii // Journal of Fermentation and Bioengineering. 1993. V. 75 . № 4. P. 276-282.

96. Mollah A. H. Maximizing the production of acetone-butanol in an alginate bead fluidized bed reactor using Clostridium acetobutylicum / A. H. Mollah, D. C. Stuckey // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. - 1993. - V. 56. - №1. - P. 8389

97. Maddox I. S. Use of silicalite for the adsorption of n-butanol from fermentation liquors /1. S. Maddox // Biotechnology Letters. - 1982. - V. 4. - № 11. - P. 759-760

98. Thompson A. B., Cope S. J., Swift T. D., Adsorption of n-butanol from dilute aqueous solution with grafted calixarenes // Langmuir. 2011 .V. 27. № 19. P. 990-998

99. Zigova J., Vandak D., Schlosser S., Sturdik E. Extraction equilibria of butyric acid with organic solvents // Separation Science and Technology. 1996. V. 31. № 19. P. 2671-2684.

100. Michel-Savin D., Marchai R., Vandecasteele J. P., Control of the selectivity of butyric acid production and improvement of fermentation performance with Clostridium tyrobutyricum // Applied Microbiology and Biotechnology. 1990. №32. P. 387- 392.

101. Michel-Savin D., Marchai R., Vandecasteele J. P. Butyric fermentation: metabolic behaviour and production performance of Clostridium tyrobutyricum in a continuous culture with cell recycle // Applied Microbiology and Biotechnology. -1990. - V. 34. - № 2. - P. 172-177

102. Michel-Savin D., Marchai R, Vandecasteele J. P. Butyrate production in continuous culture of Clostridium tyrobutyricum: effect of end-product inhibition // Applied Microbiology and Biotechnology. - 1990. - V. 33. - № 2. - P. 127-131

103. Huang Y. L., Wu Z., Zhang L., Cheung M.C., Yang S. T. Production of carboxylic acids from hydrolyzed corn meal by immobilized cell fermentation in a fibrous-bed bioreactor // Bioresource Technology. - 2002. - V. 82. - № 1. P. - 51-59

104. Jiang L., Wang J., Liang S., Wang X., Cen P., Xu Z. Production of butyric acid from glucose and xylose with immobilized cells of Clostridium tyrobutyricum in a fibrous-bed bioreactor // Applied Biochemistry and Biotechnology. - 2010. - V. 160. -№ 2. - P. 350-359

105. Jiang L. Enhanced butyric acid tolerance and bioproduction by Clostridium tyrobutyricum immobilized in a fibrous bed bioreactor // Biotechnology and Bioengineering. - 2011. - V. 108. - P. 31-40.

106. Li W., Han H. J., Zhang C. H., Continuous butyric acid production by corn stalk immobilized Clostridium thermobutyricum cells // African Journal of Microbiology Research. - 2011. - V. 5. - № 6. -P. 661-666

107. Liu X., Yang S. T. Kinetics of butyric acid fermentation of glucose and xylose by Clostridium tyrobutyricum wild type and mutant // Process Biochemistry. 2006. -V. 41. -№4. - P. 801-808

108. Druaux D., Mangeot G., Endrizzi A., Belin J. M. Bacterial bioconversion of primary aliphatic and aromatic alcohols into acids: effects of molecular structure and physicochemical Conditions // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. -1997. - V. 68. - № 2. - P. 214-218

109. Wu Z., Yang S.T. Extractive fermentation for butyric acid production from glucose by Clostridium tyrobutyricum // Biotechnology and Bioengineering. - 2003. -V. 82.-P. 93-102.

110. Liu X., Zhu Y., Yang S. T. Butyric acid and hydrogen production by Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755 and mutants // Enzyme and Microbial Technology. - 2006. - V. 38. - № 3-4. - P. 521-528

111. Sillers R., Chow A., Tracy B., Papoutsakis E. T. Metabolic engineering of the non-sporulating, non-solventogenic Clostridium acetobutylicum strain M5 to produce butanol without acetone demonstrate the robustness of the acid-formation pathways

and the importance of the electron balance // Metabolic Engineering. - 2008. - V. 10. -№6.-P. 321-332.

112. Durre P., Bohringer M., Nakotte S., Schaffer S., Thormann K., Zickner B. Transcriptional regulation of solventogenesis in Clostridium acetobutylicum // J Mol Microbiol Biotechnol. - 2002. - № 4. - P. 295-300

113. Alsaker К. V., Spitzer T. R., Papoutsakis E.T. Transcriptional analysis of spoOA overexpression in Clostridium acetobutylicum and its effect on the cell's response to butanol stress // J Bacterid. - 2004. - V. 186. - P. 1959-1971

114. Tomas C. A., Beamish J., Papoutsakis E. T. Transcriptional analysis of butanol stress and tolerance in Clostridium acetobutylicum // J Bacterid. - 2004. - V. 186. -P. 2006-2018

115. Харина M.B. Предобработка и ферментативный гидролиз лигноцеллюлозосодержащих отходов сельского хозяйства: дис...канд техн.,наук. М.: Казань, 2013.-232 с

116. Grohmann К., Torget R., Himmel М. Optimization of dilute acid pretreatment of biomass // Biotechnology and bioengineering symposium. - 1985. - №15. - P. 59-80.

117. Шарков В. И. / В. И. Шарков, Н. И. Куйбина. Химия гемицеллюлоз- М.: Лесная промышленность, 1972. - 440 с.

118. Горшкова Т. А. Растительная клеточная стенка как динамичная система. М.: Наука, 2007.-429 с.

119. Бровенко Г. Н. Химический состав гидролизатов древесины - субстрата для микробиологического синтеза белка (обзор литературы). Сообщение 1. Фурфурол и оксиметилфурфурол / Г. Н. Бровенко, Т. В. Гусельникова //Гидролизная и лесохимическая промышленность. - 1993. - №1. - С. 6-1

120. Дудкин М. С., Громов В. С. Гемицеллюлозы. М.: Рига: Зинатне, 1991. -488 с.

121. Esteghlalian A., Hashimoto A.G., Fenske J J., Penner M.H. Modeling and optimization of the dilute-suliuric acid pretreatment of corn stover, poplar and switchgrass // Bioresource Technology. - 1997. - №59. - P. 129-136

122. Chen R., Lee Y. Y., Torget R. Kinetic and modeling investigation on two-stage reverse-flow reactor as applied to dilute-acid pretreatment of agricultural residues // Applied Biochemistry and Biotechnology. - 1996. - №57. - P.133-147.

123. Tellez-Luis S.J., Ramirez J.A., Vazquez M. Mathematical modelling of hemicellulosic sugar production from sorghum straw // Journal of Food Engineering. - 2002. - №3. — P.285-291

124. Шагивалеев И. В., Мухачев С. Г., Емельянов В. М., Харина М. В., Аблаев А. Р., Понкратов А. С. Универсальная установка для исследования процессов гидролиза лигноцеллюлозного сырья // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - №3. - С. 182-183

125. Шагивалеев И.В., Валеева Р.Т., Мухачев С.Г. Лабораторная установка высокотемпературного гидролиза с тепловым аккумулятором // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - №11. - С. 190-193

126. Нуртдинов P.M., Мухачев С.Г., Валеева Р.Т., Емельянов В.М. Высокотемпературный гидролиз сырья // Вестник Казан, технол. ун-та.-2011-№10.-С. 204-208

127. Электронный ресурс «Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов http://www.genetika.ru/vkpm/

128. Horhammer Н., Berezina O.V., Hiltunen Е., Granstrom Т., Van Heiningen А. Semi-bleached paper and fermentation products from a larch biorefineiy // Tappi journal. - 2012. - V. 11. - № 10. - P. 31-39

129. Berezina О. V., Brandt A., Yarotsky S.V., Schwarz W. H., Zverlov V.V. Isolation of a new butanol-producing Clostridium strain: High level of hemicellulosic activity and structure of solventogenesis genes of a new Clostridium saccharobutylicum isolate // Systematic and Applied Microbiology. - 2009. - V.32. -№7.-P. 449-459.

130. Жданов Ю. А., Дорофеенко Г. Н., Корольченко Г. А., Богданова Г.В. Практикум по химии углеводов. М.: Высшая школа, 1973. - 204 с.

131. Оболенская А. В., Ельницкая 3. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. Учеб. пособие для вузов. М.: Экология, 1991.320 с.

132. Полыгалина Г. В., Чередниченко В. С., Римарева Л.В., Определение активности ферментов. Справочник. М.: ДеЛи принт, 2003г.

133. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. М.: Изд-во МГУ, 1995.224 с.

134. Adney В., Baker J. Measurement of Cellulase Activities // Chemical Analysis and Testing Task Laboratory Analytical Procedure. Golden: NREL, 1997. lip.

135. Корольков И. И. Перколяционный гидролиз растительного сырья. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 272 с.

136. Esteghlalian A., Hashimoto A. G., Fenske J. J., Penner M. H. Modeling and optimization of the dilute-sulfuric acid pretreatment of corn stover, poplar and switchgrass // Bioresource Technology. - 1997. - 59. - p. 129

137. Аблаев A.P., Храмова И.А., Харина M. В., Емельянов В.М., Гайфуллина И.З. Определение оптимальных параметров предобработки березовых опилок сернистой кислотой // Международная научная конференция «Биотехнологии в химиколесном комплексе» (11-12 сентября 2014 г.) сб. тез. докладов. -Архангельск: ИД САФУ. - 2014. - С. 318-320.

138. Аблаев А.Р., Харина М.В., Храмова И.А., Емельянов В.М., Гайфуллина И.З. Определение оптимальных параметров гидролиза березовых опилок сернистой кислотой // XIII Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (15-17 апреля 2014 г.) сб. тез. докладов. - Казань: Изд-во «Отечество». - 2014. - С. 48.

139. Аблаев А.Р., Храмова И.А., Гайфуллина И.З., Харина М.В., Емельянов В.М. Высокотемпературный гидролиз березового опила сернистой кислотой // Вестник Казанского технологического университета. 2014. - №14. - С. 344-347

140. Харина М.В., Емельянов В. М., Высокотемпературный гидролиз свекловичного жома сернистой кислотой // Башкирский химический журнал. -2013. -№3 -С. 54-57.

141. Харина М.В., Емельянов В.М. Влияние предварительной обработки на изменение структуры целлюлозосодержащего сырья // Башкирский химический журнал. - 2013. - №3 - С. 119

142. Aguilar R. Kinetic study of the acid hydrolysis of sugar cane bagasse / R. Aguilar, J. A. RamHrez, G. Garrote, M. V6zquez // Journal of Food Engineering. -2002.-№55.- p. 309-318.

143. Ranganathan S. Kinetic studies of wheat straw hydrolysis using sulphuric acid / S. Ranganathan, D. S. MacDonald, N. N. Bakhshi //The Canadian Journal of Chemical Engineering. - 1985. - №63. - p. 840-844.

144. Lavarack B. P. The acid hydrolysis of sugarcane bagasse hemicelluloses / B. P.Lavarack, G. J. Griffin, D Rodman / Biomass and Bioenergy. - 2002. -№ 23.- p. 367-380.

145. A. H. Conner Kinetic model for the dilute sulfuric acid saccharification of lignocelluloses / A. H. Conner, B. F. Wood, C. G. Hill, J. F. Harris // Journal of Wood Chemistry and Technology. - 1985. - №5. - p. 461^89.

Maloney M. T. Dilute acid hydrolysis of paper birch: kinetic study of xylan and acetylgroup hydrolysis / M. T. Maloney, T. W. Chapman, A. J. Baker // Biotechnology and Bioengineering. - 1985. - №27. - p. 355-361.

122. Mcmillan J. D. Processes for pretreating of lignocellulosic biomass. Review / Mcmillan J. D. - Colorado: NREL, 1992. - 45 p.

123. Lee Y. Y. Hemicellulose hydrolysis and fermentation of resulting pentoses to ethanol / Y. Y. Lee, T. A. McCaskey // Technical Association of the Pulp and Paper Industry. - 1983. -№66.- p. 102-107.

124. Jimenez L. Acid hydrolysis of sunflower residue biomass / L. Jimenez, J.L. Bonilla // Process Biochemistry. - 1993. - №28.- p. 243-247.

125. Esteghlalian A. Modeling and optimization of the dilute-sulfuric acid pretreatment of corn stover, poplar and switchgrass / A. Esteghlalian, A.G. Hashimoto, J.J. Fenske, M.H. Penner // Bioresource Technology. - 1997. - №59. - p. 129-136.

146. González G. Dilute acid hydrolysis of wheat straw hemicellulose at moderate temperature: A simplified kinetic model / G. González, J. López-Santín, G. Caminal, С. Sola // Biotechnology and Bioengineering. - 1986. - №2. - p. 288-293

147. Логинова И. В., Емельянов В. М., Валеева Р. Т., Мухачев С. Г. Моделирование кинетики процессов высокотемпературного гидролиза растительного сырья // Вестник Казанского технологического университета. -2012.-№12.-С. 102-104.

148. Емельянов В. М., Логинова И.В., Валеева Р.Т., Мухачев С.Г. Решение задачи многомерной оптимизации для идентификации параметров высокотемпературного гидролиза соломы // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 12. - С. 105-106.

149. Carpita N, McCann М (2000) The cell wall. In: Buchanan B, Gruissem W, Jones R (eds) Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Biologists, Rockville, p. 52-108

150. Esteghlalian A., Hashimoto A.G., Fenske J.J., Penner M.H. Modeling and optimization of the dilute-sulfuric acid pretreatment of corn stover, poplar and switchgrass // Bioresource Technology. - 1997. - №59. - p. 129-136.

151. Grohmann K., Torget R., Himmel M. Optimization of dilute acid pretreatment of biomass // Biotechnology and bioengineering symposium. - 1985. - №15. - p.59-80.

152. Chen R, Lee Y. Y., Torget R. Kinetic and modeling investigation on two-stage reverse-flow reactor as applied to dilute-acid pretreatment of agricultural residues // Applied Biochemistry and Biotechnology. - 1996. - №57. - p. 133-147.

153. Téllez-Luis S.J., Ramírez J.A., Vázquez M. Mathematical modelling of hemicellulosic sugar production from sorghum straw // Journal of Food Engineering. - 2002. - №3. - p. 285-291.

154. Jimenez L., Bonilla J.L. Acid hydrolysis of sunflower residue biomass // Process Biochemistry. - 1993. - №28.- p. 243-247.

155. Аблаев A.P. Клещевников Л.И., Логинова И.В., Харина М.В., Емельянов В.М. Математическое моделирование выхода моносахаридов в процессе предобработки пшеничной соломы // Материалы международной научной конференции: «Рациональное использование природных биологических ресурсов», Рим, (12-19 апреля 2014 г.) часть 1. - М.: «Академия естествознания».- 2014. - С. 210-211.

156. Клещевников Л.И., Аблаев А.Р., Логинова И.В., Харина М.В., Емельянов В.М. Имитационное моделирование температурных режимов предобработки растительного сырья // Materiály X mezinárodní vedecko - praktická konference «Moderní vymozenosti vedy - 2014». - Díl 31. Chemie a chemická technologie.Zemepis a geologie.: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o. - 2014. - C.64-67.

157. Kobayashi Т., Sakai Y. Hydrolysis rate of pentosan of hardwood in dilute sulfuric acid // Bulletin of the Agricultural Chemical Society . - 1956. - №20. -p. 1-7.

158. Chamy R., Illanes I., Aroca G., Nunez L. Acid hydrolysis of sugar beet pulp as pretreatment for fermentation // Bioresource Technology. - 1994. - №50. - p. 149152.

159. El-Tayeb T. S., Abdelhafez A. A., Ali S. H., Ramadan E. M. Effect of acid hydrolysis and fungal biotreatment on agro-industrial wastes for obtainment of free sugars for bioethanol production // Brazilian Journal of Microbiology. - 2012. - №4.-p.1523-1535.

160. Simion A. I., Dobrovici P. E., Rusu L., Gavrilá L., Ciobanu D. New possibilities for the valorization of sugar industry by-products // Revue Roumaine de Chimie. - 2012. - №6.- p. 577-586.

161. Ivetic T.D., Vasic V.M., Sciban M.B., Antov M.G. Analysis of pretreatments of sugar beet shreds for bioethanol production in respect of cellulose hydrolysis and waste flows //Acta periodica technologica. - 2011. — №2 - p. 223-229

162. Аблаев A. P., Харина M. В., Березина О. В., Рыков С. В., Яроцкий С. В., Емельянов В. М. Оценка эффективности биосинтеза масляной кислоты при культивировании бактерий Clostridium butyricum и Clostridium tyrobutyricum на гидролизатах березового опила и свекловичного жома // Биотехнология. - 2014. -№4.-С. 31-37

163. Аблаев А. Р., Логинова И. В., Харина М.В., Емельянов В.М. Исследование кинетики гидролиза свекловичного жома сернистой кислотой при температурах свыше 200 °С // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - № 14. - С. 339-342

1/3