Способ получения биоэтанола из мискантуса китайского с помощью плесневого гриба Aspergillus niger и дрожжевого консорциума тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Буденкова Екатерина Александровна

• Буденкова Екатерина Александровна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Буденкова Екатерина Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Целлюлозосодержащее сырьё и способы предобработки

1.2 Микроорганизмы-целлюлолитики и бродильщики

1.3 Способы получения биоэтанола

1.4 Заключение по обзору

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Организация выполнения работы

2.2 Объекты исследований

2.3 Оборудование

2.4 Методы исследований

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Анализ химического состава Miscanthus sinensis и определение параметров его делигнификации

3.2 Изучение целлюлолитической активности Aspergillus niger

3.3 Подбор условий проведения физико-химического мутагенеза Aspergillus niger и оптимизация параметров гидролиза целлюлозы мискантуса

3.4 Подбор эффективного дрожжевого консорциума и определение оптимальных

условий для проведения спиртового брожения

3.6 Получение этанола в оптимальных условиях

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1 Разработка технологической схемы производства биоэтанола

4.2 Характеристика биоэтанола

4.3 Расчет ожидаемой экономической эффективности биоэтанола

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А - МАЛДИ-ТОФ МС щелочной делигнификации

Приложение Б - МАЛДИ-ТОФ МС кислотной делигнификации

Приложение В - Технологическая инструкция

Приложение Г - Акт промышленной апробации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Способ получения биоэтанола из мискантуса китайского с помощью плесневого гриба Aspergillus niger и дрожжевого консорциума»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Растущая нехватка энергии и загрязнение окружающей среды во всем мире делает вопрос развития биоэнергетики всё более актуальным. Среди прочих видов биотоплива на долю биоэтанола приходится более 90% от общего объёма потребления биотоплива. Однако почти весь коммерческий биоэтанол производится из кукурузы, пшеницы и сахарного тростника, используемого в пищу, из-за чего акцент в исследованиях биоэтанола был смещен в сторону конверсии лигноцеллюлозной биомассы.

При этом необходим такой растительный объект, который содержит большое количество целлюлозы, но мало лигнина, а также способен к росту на малоплодородных непригодных для выращивания продовольственных культур почвах. Среди прочих биоэнергетических культур мискантус (Ы1$саМкт ярр?) считается ведущим кандидатом в качестве источника биоэтанола благодаря высокой скорости прироста биомассы и низкой потребности в питательных веществах. Эти многолетние травы обладают высоким адаптивным потенциалом и без существенного снижения продуктивности могут произрастать на одном и том же месте более 20 лет. Возделывание мискантуса может стабильно обеспечить сырьем для получения целлюлозы и этанола. Биоэтанол, полученный на основе мискантуса содержит сравнительно мало вредных примесей (метанол, сивушные масла). Такой этанол можно использовать как топливо и в качестве прекурсора для последующего синтеза веществ.

Экономические и экологические показатели имеют решающее значение для сокращения существующего разрыва между исследовательской работой и промышленным внедрением производства биотоплива. Процесс производства биоэтанола из лигноцеллюлозы состоит из четырех этапов, каждый из которых вносит вклад в эффективность и стоимость биоконверсии.

Способ предобработки напрямую влияет на цену конечного продукта. Плотное связывание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в лигноцеллюлозный комплекс требует предварительной обработки сырья. Использование кислот,

щелочи и органических растворителей обходится дорого, энергоемко и связано с негативным воздействием на окружающую среду.

Эффективное расщепление лигноцеллюлозного сырья возможно за счет использования ферментных систем микроорганизмов, обладающих комплексом целлюлолитических ферментов, гидролизующих полимеры растительного сырья до моносахаридов, которые в дальнейшем подвергаются сбраживанию микроорганизмами (дрожжами или бактериями) с образованием спирта. Также, процесс биоконверсии лигноцеллюлозной массы может быть улучшен благодаря созданию генетически модифицированных штаммов, обладающих высокой ферментативной активностью. Таким образом, проведение исследований, направленных на получение биоэтанола из биомассы мискантуса китайского при предварительной ферментативной обработке, являются актуальной задачей современной биотехнологии.

Степень разработанности темы исследования. Существенный вклад в исследования по получению биоэтанола из возобновляемых источников сырья внесли российские и зарубежные исследователи: О. С. Анисимова, О. В. Байбакова, В. В. Будаева, Т.Н. Горячковская, М.Н. Денисова, А.С. Доценко, Е.И. Макарова, Г.В. Сакович, Е.А. Скиба, и другие. Среди зарубежных исследователей в рассматриваемой сфере стоит упомянуть: M. Smuga-Kogut, M. Adsul, N. Kordala, M. Lewandowska, M. Han, C. Zhao, H. Fang, G. B. Santos, S.P. Edor, J. Cerazy-Waliszewska, A.K. Kumar, A. Verardi и др.

Отдельные этапы работы выполнены в рамках гранта РФФИ «Научно -технологические основы переработки биомассы растений рода Miscanthus в продукцию для топливно-энергетической, химической и микробиологической промышленности» (договор № 19-416-390001/19).

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключалась в экспериментальном подборе рациональных условий конверсии биомассы мискантуса китайского в биоэтанол с использованием Aspergillus niger и консорциума дрожжевых микроорганизмов.

В соответствии с целью были поставлены задачи:

1) изучить химический состав мискантуса китайского и определить рациональные параметры делигнификации его биомассы;

2) изучить целлюлолитическую активность нативного штамма Aspergillus niger; провести физико-химический мутагенез A. niger для увеличения целлюлолитической активности;

3) подобрать рациональные параметры ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья с использованием A. niger;

4) сформировать состав дрожжевого консорциума и оптимизировать условия проведения процесса спиртового брожения методом математического моделирования химического состава реакционной среды;

5) изучить физико-химические свойства полученного биоэтанола;

6) разработать технологическую схему и техническую документацию на производство этанола путем биоконверсии мискантуса китайского с использованием мутированного штамма A. niger и консорциума дрожжевых микроорганизмов;

7) рассчитать экономическую эффективность производства биоэтанола.

Научная новизна работы. Получены новые экспериментальные данные по

оптимизации двухэтапного процесса производства биоэтанола из лигноцеллюлозы Miscanthus sinensis. Показана перспективность использования в качестве субстрата для биоконверсии сорта «Zebrinus» травянистого растения M. sinensis. В ходе физико-химического ненаправленного мутагенеза нативного штамма Aspergillus niger F-1270, получены новые образцы A. niger, обладающие более высокой целлюлолитической активностью по сравнению с нативным штаммом. Обнаружено, что влияние мутагенных факторов (УФ-облучение, смесь азида натрия и бромистого этидия) позволяет увеличить эффективность ферментативного гидролиза в 2-4 раза. Составлен эффективный дрожжевой консорциум для сбраживания гидролизата M. sinensis до этанола (Schefferomyces stipites, Pachysolen tannophilus, Saccharomyces cerevisiae и Lanchancea thermotolerans).

Теоретическая и практическая значимость работы. В работе выявлены закономерности биоконверсии лигноцеллюлозного сырья травянистого растения Miscanthus sinensis «Zebrinus» в биоэтанол. Определены параметры делигнификации биомассы M. sinensis «Zebrinus». Оптимизирована и внедрена в лабораторную практику методика получения мутагенных образцов плесневого гриба Aspergillus niger F-1270. Создана коллекция образцов A. niger с усиленной целлюлолитической активностью. Разработана техническая документация (ТИ 20.14.75-001-02068255-2023) и технологическая схема получения биоэтанола из мискантуса китайского с использованием Aspergillus niger и консорциума дрожжевых микроорганизмов.

Методология и методы исследования. К основным используемым в работе методам относятся спектрофотометрия (определение концентрации простых углеводов с использованием реактива ДНС) и газовая хроматография с пламенно-ионизационным детектором (определение концентрации этанола и примесей). Использованы стандартные методы культивирования микроорганизмов на твердой и жидкой питательных средах. Применена методика ненаправленного физико-химического мутагенеза плесневого гриба, заключающаяся в чередовании ультрафиолетового облучения и воздействия химических мутагенов. Кроме того, применены стандартные методы исследования физико-химических показателей растительного сырья.

Положения, выносимые на защиту:

1) научные результаты и положения, обосновывающие выбор Miscanthus sinensis «Zebrinus» в качестве субстрата для получения биоэтанола;

2) процедура ненаправленного мутагенеза штамма Aspergillus niger с целью увеличения целлюлолитической активности;

3) научные результаты, обосновывающие выбор консорциума дрожжей, способных к эффективному спиртовому брожению ферментативного гидролизата целлюлозы мискантуса китайского;

4) параметры двухэтапного процесса биоконверсии лигноцеллюлозы Miscanthus sp. до этанола;

Достоверность результатов исследования обеспечивается воспроизводимостью экспериментальных результатов, использованием комплекса стандартизированных методик, их аналитического контроля и анализа, а также использованием современных методов и оборудования для проведения экспериментальных работ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на конкурсе Ассоциации Развития Возобновляемой Энергетики «Возобновляемая энергия планеты-2022», Москва; IV Научно-практической конференции с международным участием «Биотехнология - драйвер развития территорий» Вологда, 2022; Семьдесят пятой всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов с международным участием, Ярославль 2022; форуме молодых исследователей, посвященного 125-летию со дня рождения лауреата Нобелевской премии академика Н.Н. Семенова, ХИМБИ0SEAS0NS, Калининград, 2021.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из которых 4 статьи опубликованы в журналах, индексированных в международных базах данных Scopus и Web of Science.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста, включает 24 рисунка, 23 таблицы и 4 приложения. Состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы, включающего 148 наименований отечественных и зарубежных источников.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Целлюлозосодержащее сырьё и способы предобработки

Сырьем для производства биоэтанола могут служить остатки деревообрабатывающей промышленности. Недорогой и легко доступный источник возобновляемой энергии представляют собой остатки сельскохозяйственной деятельности, отходы от промышленных предприятий по переработке растительного сырья [55]. Кроме этого, конверсия отходов в биотопливо способствует решению проблемы их утилизации. Целлюлозу можно выделить из таких отходов как солома, стебли разных растительных культур, биомасса многолетних трав и отработанные жидкости (щелок) при варке лигноцеллюлозного сырья [56; 57].

Целлюлоза является одним из самых распространенных источников углеводов в природе и входит в состав побочных продуктов производства, например, багасса, отхода сахарного производства [13; 17; 45]. Такое сырьё как правило находится в комплексе с лигнином и некоторыми другими соединениями. Разрушение растительных клеточных стенок сопровождается выделением полисахаридов, из которых в последующем путем гидролиза и ферментации получают простые сахаров. Основными недостатками данного метода являются подбор эффективного способа предобработки сырья и поиск эффективных микроорганизмов с целевыми свойствами.

Лигноцеллюлоза содержится в клеточной стенке растений, в её входят главным образом гемицеллюлоза (20-40%), лигнин (10-25%) и целлюлоза (4060%) [1; 17]. Количественное соотношение компонентов лигноцеллюлозного сырья зависит от вида растения, стадии его роста и используемой части организма растения. Длинные цепочки целлюлозы организованы в виде микрофибрилл, которые связаны с гемицеллюлозами водородными связями. Целлюлоза представляет наибольший интерес как субстрат для биоконверсии. Целлюлоза

(С6Н1оО5)п - это линейный гомополимер, мономеры которого представлены в-Б-глюкопиранозой (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Строение целлюлозы (А), гемицеллюлозы (В), лигнина (С)

Нерастворимая целлюлоза гидролизуется на растворимые моносахара тремя основными группами ферментов: эндоглюканазы, экзоглюканазы и в-глюкозидазы. Представители последней группы превращают целлобиозу в глюкозу. Целлобиоза - продукт неполного гидролиза целлюлозы и состоит из двух остатков D-глюкозы, связанных в-1,4-гликозидной связью (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Структурная формула целлобиозы: свободный гликозидный гидроксил (1), в-1,4-гликозидная связь (2)

Поскольку процесс гидролиза может быть ингибирован конечным продуктом реакции - глюкозой, то одной из основных проблем биоконверсии лигноцеллюлозной биомассы в жидкое биотопливо является поиск устойчивых к ингибированию глюкозой в-глюкозидаз. Подобная устойчивость была обнаружена

у грибов родов Trichoderma и Aspergillus, бактерий Clostridiales и Actinomycetales, чьи представители обладают высоким уровнем секреции целлюлаз [ 30].

Гемицеллюлозы (ксиланы, ксилоглюканы) - это разветвленный гетерополимер (Рисунок 1.1.2 Б), в состав которых могут входить гексозы (D-глюкоза, D-галактоза, D-манноза и др.), пентозы (D-ксилоза, L-арабиноза), сахарные (уроновые) кислоты. Гемицеллюлоза в большей степени подверженная гидролизу, чем целлюлоза, т.к. длина гликозидной связи между мономерами гемицеллюлозы меньше. Действие гемицеллюлаз зачастую зависит от типа субстрата [30].

Лигнин, содержится в растениях в меньшем количестве, чем целлюлоза. Лигнин обладает гетерогенной структурой (Рисунок 1.1.2 В) и состоит из мономеров фенилпропионового спирта: кумарилы, кониферилы, синапилы. Лигнин ковалентно связан с гемицеллюлозой. В растительных клетках обеспечивает жесткость и прочность клеточных стенок. Фенольные соединения, образующиеся в процессе гидролиза, деактивируют целлюлолитические ферменты.

Miscanthus sp. - сырье для производства биоэтанола. Мискантус (лат. Miscanthus) - травянистое растение, которое является одним из наиболее перспективного сырьевого объекта для производства биоэтанола. Мискантус относится к многолетним злаковым травам и обладает особенностями, которые делают это растение перспективным для использования в энергетической промышленности [58]. Высокая урожайность (быстрый прирост биомассы) даже в условиях многолетнего произрастания на обедненных почвах [59] обусловлена тем, что фотосинтез у этого растения протекает по С4-пути, а не С3, присущему большинству растений, когда скорость фиксации диоксида углерода выше [60].

Мискантус способен оказывать биоремедиационный эффект на почвы [6163; 76]. При гидролизе полисахаридов мискантуса образуется смесь гексоз (глюкоза, галактоза, манноза) и пентоз (арабиноза, ксилоза), которые в дальнейшем могут служить субстратом для культивирования бактерий и дрожжей [17] может

быть получен этанол и многие другие вещества - органические кислоты, белки и липиды и др. [64; 65].

В Таблице 1.1 приведены данные о содержании целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в разных частях мискантуса, культивируемого в течение 3-5 лет [66; 67].

Таблица 1.1 - Химический состав Miscanthus sinensis

Химический компонент % от сухой массы

Лигнин Лист 23,6

Стебель 15,0

Целое растение 22,0

Гемицеллюлоза (Г) 33,90

Целлюлоза (Ц) Лист 43,3

Стебель 55,7

Целое растение 53,1

Соотношение Г : Ц 7,85

Зола Лист 9,23

Стебель 2,13

Целое растение 5,87

Биомасса мискантуса может содержать около 70 % полисахаридов (целлюлоза и гемицеллюлоза). Согласно данным таблицы для производства целесообразнее использовать цельное растение.

Способы предобработки целлюлозосодержащего сырья. Плотное связывание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в лигноцеллюлозный комплекс требует предварительной обработки сырья. Кристаллическая структура целлюлозы и образование комплекса лигнин-целлюлоза затрудняют ферментацию лигноцеллюлозной биомассы [28].

Так как концентрация субстрата влияет на скорость и степень процесса гидролиза, то выход продукта может быть повышен за счет увеличения концентрации субстрата до 10% [13; 35]. Дальнейшее увеличение концентрации

субстрата не приводит к значимому увеличению выхода редуцирующих веществ. Это может быть связано с ограничением массопереноса из-за высокой концентрации субстрата и недостаточного количества жидкой фазы, необходимой для конвекции водорастворимых соединений. В идеальных условиях концентрация субстрата обратно пропорциональна количеству продукта реакции гидролиза, однако конверсия ограничена рядом факторов. Так, эффективность процесса гидролиза определяется качеством предварительной обработки субстрата, заключающейся в удалении лигнина и растворении гемицеллюлозы.

Несколько различных методов предварительной обработки способствуют расщеплению лигноцеллюлозы, уменьшая непроницаемость биомассы и облегчая доступ ферментов к своим субстратам, однако процессы предварительной обработки лигноцеллюлозных материалов вызывают повышенное образование нежелательных побочных продуктов, которые могут ингибировать рост микробов и, следовательно, снижать выход реакции [29].

Снижение степени полимеризации и снижение кристалличности целлюлозы повышает эффективность на этапе осахаривания субстрата [17; 30]. При этом ферментативная усвояемость целлюлозы в большей степени связана с удалением лигнина, чем с растворимостью гемицеллюлозы. Главная цель предобработки — это делигнификация биомассы, для того чтобы молекулы целлюлозы стали как можно более доступны для ферментного взаимодействия на стадии гидролиза (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Эффект предобработки лигноцеллюлозной биомассы

Эффективная предобработка сырья позволяет снизить количество используемого ферментного препарата, и, соответственно, затраты на производство [2], а также повысить выход целевого продукта реакции. Желательно, чтобы предобработка сырья осуществлялась без использования агрессивных химических агентов, протекала с высокой скоростью и сопровождалась образованием минимального количества отходов. За последние десятилетия разработано множество способов предобработки лигноцеллюлозного сырья, которые можно поделить на три большие группы [17; 30; 31].

Необходимо изначально отметить, что на практике крайне редко применяют какие-либо изолированные способы предобработки лигноцеллюлозного сырья, как правило используют комбинированные методы [148]. Кроме этого, каждый тип сырья требует индивидуальной разработки методики для наилучшей эффективности [2; 55]. Наибольшей популярностью пользуются биохимические или физико-химические методы предобработки сырья, например, обработка паром с добавлением кислоты или щелочи [53; 54].

Существует огромное разнообразие способов предобработки и их модификаций. Современный вектор развития на данном этапе направлен в пользу комбинированных способов предобработки, когда воздействие высоких температур сочетается со низко концентрированными растворами неорганических кислот, ионных жидкостей. Перечень основных способов предобработки лигноцеллюлозного субстрата приведен в Таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Способы предобработки субстрата

Тип Описание

Физическая Механическое измельчение, воздействие температуры

Химическая Делигнификация, растворение растворами кислот, щелочей

Биологическая Снижение степени полимеризации с помощью микроорганизмов

Комбинированная Объединение физических, химических и биологических способов

Физические методы предобработки. Данный раздел включает в себя различные способы механического (или с помощью иных внешних воздействий) измельчения субстрата, что способствует увеличению площади поверхности для последующего связывания с ферментным препаратом. Физические методы предобработки в самостоятельном виде не имеют высокой эффективности и требуют значительных энергетических затрат.

Для расщепления лигноцеллюлозного субстрата как правило требуется температура порядка 320 °С, а также высокое давление, например, 25 МПа [1]. Предварительная обработка микроволновым излучением способна улучшить ферментативное осахаривание в зависимости от времени и интенсивности облучения, а также концентрации субстрата [31; 32]. Предварительная обработка с ультразвуком также представляется перспективным способом повышения образования глюкозы в результате ферментативного осахаривания путем за счет удаления лигнина и гемицеллюлозы.

Химические методы предобработки. Основаны на растворении лигнина концентрированными или разбавленными кислотами, щелочами, органическими растворителями, ионными жидкостями (растворы солей) при высокой температуре и давлении [33]. Химические методы предобработки также, как и физические нацелены на увеличение реакционной площади субстрата, модификации его таким образом, чтобы целлюлоза оказалась как можно более доступна для взаимодействия целлюлолитических ферментов.

Сочетание физических и химических способов предобработки может на порядок увеличить эффективность делигнификации [148]. Наиболее распространен способ химической предобработки, при котором образец погружают в кислотный раствор в условиях нагрева на определенный промежуток времени. Например, 155оС, 1,5 %-ая серная кислота, длительность обработки 25 минут. При этом выход продукта составляет 187 литров этанола на тонну сырой массы соломы сахарного тростника [34].

В результате предобработки биомассы мискантуса азотной кислотой, последующего ферментативного гидролиза и внесении в полученный гидролизат

Saccharomyces cerevisiae У-1693 был получен этанол в концентрации до 100 г/л [35]. После азотнокислой варки мискантуса, значение эффективности сбраживания гидролизата с использованием Saccharomyces cerevisiae достигла 75% от теоретически рассчитанного значения [36]. Выход этанола составил 12,8 ± 0,01% при обработке смесью 4%-го едкого натра и 2%-ой серной кислоты [37]. Кислотный гидролиз Miscanthus spp. с последующим ферментативным гидролизом и спиртовым брожением достигается выход биоэтанола 75,6% [38].

При использовании в качестве субстрата M. flondulus, обработанного раствором щелочи при 90 °С, выход этанола может составить 78,4 ± 1,0% [39]. В эксперименте Ко^а1а et а1. (2021) на основе мискантуса, предобработанного щелочью получен этанол с концентрацией 2% [40]. Применение разбавленных щелочных растворов в условиях нагрева позволило устранить из смеси лигнин и снизить степень полимеризации целлюлозы. Наибольший выход продукта (глюкоза) наблюдается при использовании 3% раствора гидроксида натрия при 60 оС в течение 9 часов - 20,6%.

Побочным эффектом химической предобработки может стать образование фурфурола и гидроксиметилфурфурола, негативно влияющих на дальнейшую биоконверсию за счет образования летучих углеродсодержащих продуктов (метан), и прочих ингибиторов, замедляющих образование этанола. Впрочем, данный побочный эффект может быть значительно нивелирован при включении в цикл биоконверсии процесса детоксикации [29; 40], следующий за этапом предобработки. Детоксикация заключается в добавлении к реакционной смеси веществ с сильной абсорбционной способностью, последующем перемешивании в течение 1-3 часов и разделением полученной смеси.

Обработка целлюлозы ионной жидкостью 1 -этил-3метилимидазол ацетат [Еш1ш][ОАс] лигноцеллюлозного субстрата позволяет при сравнительно низкой температуре (45 °С) для данного этапа конверсии достичь высокого выхода РВ, и, соответственно, выход этанола выше (в 2-3 раза), по сравнению с предобработкой при температуре 80-160 °С [41]. Предварительная обработка ионной жидкостью в течение 96-часового ферментативного гидролиза увеличивала ферментативную

конвертируемость целлюлозы до 95,2%. Предобработка лигноцеллюлозной массы мискантуса смесью хлорид холина/глицерин выход этанола составил 72% [42]. При использовании для предобработки М. giganteus имидазолеевых ионных жидкостей удалось получить пробы с концентрацией этанола 7,0 г/л [43].

Лигнин способен связываться с целлюлазой затрудняя процесс гидролиза. Эффективность гидролиза повышается при добавлении неионогенных поверхностно-активных веществ, таких как полиэтиленгликоль, блокирующих прикрепление лигнина к поверхности молекул фермента.

Использование кислот, щелочи и органических растворителей для расщепления лигноцеллюлозного комплекса обходится дорого, к тому же энергоемко и связано с негативным воздействием на окружающую среду. Вследствие чего активно ведутся разработки экологически чистых методов предварительной обработки, не требующих агрессивных химических веществ. Однако, несмотря на недостатки химической предобработки, альтернативный по эффективности способ делигнификации до сих пор не внедрен в широкую практику.

Биологические методы обработки. Данная группа методов основана на делигнификации и снижении степени полимеризации целлюлозы за счет взаимодействия с микроорганизмами (бактерии, микроскопические грибы). Данный способ примечателен низким содержанием побочных продуктов и высокой чистотой конечного продукта. Однако, биологический тип предобработки сопряжен со значительными временными затратами, недостаточной эффективностью и селективностью воздействия используемых микроорганизмов.

Осахаривание субстрата можно провести с помощью микроорганизмов, обладающих высокой целлюлолитической активностью, либо с помощью ферментного препарата, полученного на их основе [2]. Использование так называемых «ферментных коктейлей», состоящих из разных целлюлолитических ферментов, считается перспективным, так как смесь веществ, получаемая при расщеплении лигноцеллюлозного субстрата крайне разнообразна, и для дальнейшего расщепления которых требуются различные ферменты [44].

Целлюлолитические ферменты подвергаются ингибированию конечными продуктами, такими как целлобиоза и глюкоза. Моносахариды ингибируют протекание реакции гидролиза образуя скопления вокруг активных центров целлюлолитических ферментов.

Добавление целлобиазного препарата позволяет ослабить ингибирующее действие целлобиозы, расщепляя её до остатков глюкозы. Использование низкой концентрации субстрата снижает степень ингибирования конечного продукта.

Потенциальные ингибиторы ферментации, присутствующие в жидкой фракции после предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы это производные фурана (фурфурол, 5-гидроксиметилфурфурол), алифатических кислот (уксусная кислота) и фенольные соединения (например, сирингальдегид и ванилин) [40].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Буденкова Екатерина Александровна, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Melendez, J. R. (2022). Perspectives in the production of bioethanol: A review of sustainable methods, technologies, and bioprocesses / J. R. Melendez, B. Matyas, S. Hena, D. A. Lowy, A. El Salous // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2022. - 160 - 112260.

2. Kang, Q. Bioethanol from lignocellulosic biomass: current findings determine research priorities / Q. Kang, L. Appels, T. Tan, R. Dewil // The Scientific World Journal. - 2014. - 14 p.

3. Akponah, E. Optimization of bioethanol production from cassava effluent using Saccharomyces cerevisiae / E. Akponah, O.O. Akpomie //African Journal of Biotechnology. - 2012. - Vol. 11. - №. 32. - P. 8110-8116.

4. Renewable Fuels Association et al. Annual fuel ethanol production //US and World Ethanol Production https://ethanolrfa. org/statistics/annual-ethanol-production/. (Accessed Oct 6, 2020). - 2021.

5. Djelal, H. Identification of strain isolated from dates (Phœnix dactylifera L.) for enhancing very high gravity ethanol production / H. Djelal, S. Chniti, M. Jemni, W. Sayed, A. Amrane // Environmental Science and Pollution Research. - 2017. -Vol. 24. - №. 11. - P. 9886-9894.

6. Review of second-generation bioethanol production from residual biomass / K. Robak, M. Balcerek // Food technology and biotechnology. - 2018. - Vol. 56. -№. 2. - P. 174-187.

7. Патент РФ № 2432368. Способ превращения целлюлозного материала в этанол. МПК А 23 К 1/06/ Кристенсен Берге Хольм, Лена Хольм Герлах; заявитель и патентообладатель ИНБИКОН А/С. - № 2008106242/05; заявл. 19.07.2006; опубл. 27.10.2011 - 33 с.

8. Патент РФ № 2456394. Способ переработки целлюлозосодержащего сырья МПК D07G 1/00/ В. В. Будаева, М. Н. Денисова, Р. Ю. Митрофанов, В.Н. Золотухин, Г.В. Сакович; заявитель и патентообладатель ИПХЭТ СО РАН. -№ 2010150360/05; заявл. 08.12.2010; опубл. 20.07.2012 - 13 с.

9. Патент РФ № 2529371. Способ получения этанола в процессе ферментации МПК С12Р 7/06/ М. Цавель, М. Краус, С. Хофманн, У. Кетлинг, А. Кольтерман, Х. Отт; заявитель и патентообладатель ЗЮД-ХЕМИ ИП ГМБХ УНД КО.КГ. - № 2012128497/10; заявл. 08.12.2010; опубл. 27.09.2014 - 24 с.

10. Патент РФ № 2593724. Способ получения биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья. МПК С12Р 7/10 / Е.А. Скиба, О.В. Байбакова, В.В. Будаева, Г.В. Сакович; заявитель и патентообладатель ИПХЭТ СО РАН. - № 2015125195/10; заявл. 25.06.2015; опубл.10.08.2016 - 8 с.

11. ГОСТ Р 33872-2016. Биоэтанол топливный денатурированный. Технические условия (Переиздание). - М.: Стандартинформ, 2017. - 15 с.

12. Sakovich, G.V. Miscanthus is the feedstock for bacterialnanocellulose production / G.V. Sakovich, E.A. Skiba, E.K. Gladysheva, D.S. Golubev, V.V. Budaeva // Doklady Rossijskoj Akademii Nauk. Himiya, Nauki o Materialah. - 2020. - Vol. 495. - P. 35-38. (in Russian)

13. Денисова, М.Н. Способ получения целлюлозы многократной варкой лекговозобновляемого сырья в гидротропном растворе / М.Н. Денисова, В.В. Будаева, С.Г. Ильясов, В.А. Черкашин, Г.В. Сакович // Ползуновский вестник. - 2015. - Т. 2. - С. 131.

14. Limayem, A. Lignocellulosic biomass for bioethanol production: current perspectives, potential issues and future prospects / A. Limayem, S.C. Ricke // Progress in energy and combustion science. - 2012. - Vol. 38. - №. 4. - P. 449467.

15. Saini, J.K. Second generation bioethanol production at high gravity of pilot-scale pretreated wheat straw employing newly isolated thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus DBTIOC-35 / J.K. Saini, R. Agrawal, A. Satlewal, R. Saini, R. Gupta, A. Mathur, D. Tuli // RSC Advances. - 2015. - Vol. 5. - №. 47. -P. 37485-37494.

16. Zucaro A., Constraints, impacts and benefits of lignocellulose conversion pathways to liquid biofuels and biochemicals / A. Zucaro, G. Fiorentino, S. Ulgiati //

Lignocellulosic Biomass to Liquid Biofuels. - Academic Press, 2020. - P. 249282.

17. Santos, F. Production of second-generation ethanol from sugarcane / F. Santos, P. Eichler, J.H. de Queiroz, F. Gomes // Sugarcane Biorefinery, Technology and Perspectives. - Academic Press, 2020. - P. 195-228.

18. Aruwajoye G.S., Prospects for the Improvement of Bioethanol and Biohydrogen Production from Mixed Starch-Based Agricultural Wastes / G.S. Aruwajoye, A. Kassim, A.K. Saha, E.B. Gueguim Kana // Energies. - 2020. - Vol. 13. - №. 24. -P. 6609.

19. Волкова, А. В. Рынок утилизации отходов. - 2018. - c. 87.

20. Трохачева, Е. В. Биотопливо третьего поколения / Е. В. Трохачева, Г. В. Черкаев, Е. А. Чихонадских // Неделя науки Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. - 2019. - Т. 1. - №. 1. - С. 146-146.

21. Анисимова, О. С., Перспективные направления производства биологического топлива / Анисимова О. С., Нагорный А. В., Ортякова И. М. // ББК 45/46 Г67. - 2021. - С. 265.

22. Садыков, Р. Р. Жидкое топливо из растительной биомассы. Биоэтанол. / Р. Р. Садыков, Р. Р. Хасаншин, Г. Ф. Илалова, М. В. Гизатова, К. В. Саерова, А. Ф. Илалова // Наука молодых-будущее России. - 2018. - P. 292-297.

23. Kapustyanchik, S. Yu. Evaluation of the ecological and agrochemical state of agrocenosis with long-term growing of Miscantus in Western Siberia / S. Yu. Kapustyanchik, N. V. Burmakina, V. N. Yakimenko // Agrohimia. - 2020. - No. 9. - p. 65-73. (in Russian)

24. Lewandowski, I. Progress on optimizing Miscanthus biomass production for the European bioeconomy: results of the EU FP7 project OPTIMISC / I. Lewandowski, J. Clifton-Brown, L. Trindade // M.Front. Plant Sci. - 2016. - V.7. - р. 1-23.

25. Himken, M. Cultivation of Miscanthus under West European conditions: seasonal changes in dry matter production, nutrient uptake and remobilization / M. Himken, J. Lammel, D. Neukirchen // Plant and Soil - 1997. - Vol.189. - p. 117-126.

26. Dorogina, O.V. The formation and the study of a collection of the miscanthus resource species gene pool in the conditions of the West Siberian forest steppe / O.V. Dorogina, O.Yu. Vasilyeva, N.S. Nuzhdina, L.V. Buglova, E.V. Zhmud, G.A. Zueva, O.V. Komina, I.S. Kuban, A.S. Gusar, R.V. Dudkin // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. - 2019. - V.23. - No7. - p. 923-932.

27. Боровицкая, П. С. Проблемы и перспективы развития российского рынка биотоплива / Боровицкая П. С., Варламова Е. С., Крылова Ю. В. // Экономические исследования и разработки. - 2021. - №. 2. - С. 63-76.

28. Mohapatra, S. Application of pretreatment, fermentation and molecular techniques for enhancing bioethanol production from grass biomass-A review / S. Mohapatra, C. Mishra, S. S. Behera, H. Thatoi // Renewable and Sustainable Energy Reviews.

- 2017. - 78. - 1007-1032.

29. Moreno, A. D. A review of biological delignification and detoxification methods for lignocellulosic bioethanol production / A. D. Moreno, D. Ibarra, P. Alvira, E. Tomás-Pejó, M. Ballesteros // Critical Reviews in Biotechnology. -2015. -35(3). -p. 342-354.

30. Verardi, A. Bioconversion of lignocellulosic biomass to bioethanol and biobutanol / A. Verardi, C.G. Lopresto, A. Blasi, S. Chakraborty, V. Calabro // Lignocellulosic Biomass to Liquid biofuels. - Academic Press. - 2020. - p. 67-125.

31. Kendrick, E. G. Enzymatic generation of short chain cello-oligosaccharides from Miscanthus using different pretreatments / E. G. Kendrick, R. Bhatia, F. C. Barbosa, R. Goldbeck, J. A. Gallagher, D. J. Leak // Bioresource Technology. -2022. - 358. - 127399.

32. Jablonowski, N. D. Microwave assisted pretreatment of Szarvasi (Agropyron elongatum) biomass to enhance enzymatic saccharification and direct glucose production / N. D. Jablonowski, M. Pauly, M. Dama // Frontiers in plant science.

- 2022. - p. 3177.

33. Sanchez, O.J. Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks / O.J. Sanchez, C.A. Cardona // Bioresour. Technol. - 2008. - 99. - P. 5270-5295.

34. Siqueira, J.G.W. Current advances in on-site cellulase production and application on lignocellulosic biomass conversion to biofuels: A review / J.G.W. Siqueira, C. Rodrigues, L.P. de Souza Vandenberghe, A.L. Woiciechowski, C.R. Soccol // Biomass and Bioenergy. - 2020. - Vol. 132. - p. 105419.

35. Skiba, E. A. Miscanthus bioprocessing using HNO3-pretreatment to improve productivity and quality of bioethanol and downstream ethylene / E. A. Skiba, E. V. Ovchinnikova, V. V. Budaeva, S. P. Banzaraktsaeva, M. A. Kovgan, V. A. Chumachenko, G. V. Sakovich, // Industrial Crops and Products. - 2022. - 177. -114448.

36. Макарова, Е.И. Результаты ферментации целлюлозы мискантуса в ацетатном буфере и водной среде / Е.И. Макарова // Химия в интересах устойчивого развития. - 2013. - Т. 21. - №. 2. - С. 219-225.

37. Zhang, Y. An effective strategy for dual enhancements on bioethanol production and trace metal removal using Miscanthus straws / Y. Zhang, C. Xu, J. Lu, H. Yu, J. Zhu, J. Zhou, T. Xia // Industrial crops and products. - 2020. - 152. - 112393.

38. Turner, W. Exploring the Bioethanol Production Potential of Miscanthus Cultivars. W. Turner, D. Greetham, M. Mos, M. Squance, J. Kam, C. Du // Applied Sciences.

- 2022. - 11(21). - 9949.

39. Yeh, R. H. Bioethanol production from pretreated Miscanthus floridulus biomass by simultaneous saccharification and fermentation / R. H. Yeh, Y. S. Lin, T. H. Wang, W. C. Kuan, W. C. Lee // Biomass and Bioenergy. - 2016. - 94. - P. 110116.

40. Kordala, N. Effect of the method for the elimination of inhibitors present in Miscanthus giganteus hydrolysates on ethanol production effectiveness / N. Kordala, M. Lewandowska, W. Bednarski // Biomass Conversion and Biorefinery.

- 2021. - P. 1-9.

41. Alayoubi, R. Low temperature ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass to enhance bioethanol yield / R. Alayoubi, N. Mehmood, E. Husson, A. Kouzayha, M. Tabcheh, L. Chaveriat, I. Gosselin // Renewable Energy. - 2020. - Vol. 145. -P. 1808-1816.

42. Hassan, E. S. R. Evaluation of miscanthus pretreatment effect by Choline chloride based Deep Eutectic solvents on bioethanol production / E. S. R. Hassan, F. Mutelet // Bioresource Technology. - 2022c 345. - P. 126460.

43. Smuga-Kogut, M. Ionic liquid pretreatment of stinging nettle stems and giant miscanthus for bioethanol production / M. Smuga-Kogut, D. Szymanowska-Powalowska, R. Markiewicz, T. Piskier, T. Kogut // Scientific Reports. -2021. -11(1). - P. 1-11.

44. Adsul, M. Designing a cellulolytic enzyme cocktail for the efficient and economical conversion of lignocellulosic biomass to biofuels / M. Adsul, S.K. Sandhu, R.R. Singhania, R. Gupta, S.K. Puri, A. Mathur // Enzyme and Microbial Technology. - 2019. - P. 109442.

45. Jugwanth, Y. Valorization of sugarcane bagasse for bioethanol production through simultaneous saccharification and fermentation: Optimization and kinetic studies / Y. Jugwanth, Y. Sewsynker-Sukai, E.B.G. Kana // Fuel. - 2020. - Vol. 262. - P. 116552.

46. Darwesh, O.M. Improvement of paper wastes conversion to bioethanol using novel cellulose degrading fungal isolate / O.M. Darwesh, S.H. El-Maraghy, H.M. Abdel-Rahman, R.A. Zaghloul // Fuel. - 2020. - Vol. 262. - P. 116518.

47. Guo, Z. Heteropoly acids enhanced neutral deep eutectic solvent pretreatment for enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation of Miscanthus x giganteus under mild conditions / Z. Guo, Q. Zhang, T. You, Z. Ji, X. Zhang, Y. Qin, F. Xu // Bioresource technology. - 2019. - 293. - P. 122036.

48. Kordala, N. Effect of the method for the elimination of inhibitors present in Miscanthus giganteus hydrolysates on ethanol production effectiveness / N. Kordala, M. Lewandowska, W. Bednarski // Biomass Conversion and Biorefinery. - 2021. - P. 1-9.

49. Brummer, V. Enzymatic hydrolysis of pretreated waste paper-Source of raw material for production of liquid biofuels / V. Brummer, T. Jurena, V. Hlavacek, J. Omelkova, L. Bebar, P. Gabriel, P. Stehlik // Bioresource technology. - 2014. -Vol. 152. - P. 543-547.

50. Bengtsson, O. Xylose reductase from Pichia stipitis with altered coenzyme preference improves ethanolic xylose fermentation by recombinant Saccharomyces cerevisiae / O. Bengtsson, B. Hahn-Hagerdal, M. F. Gorwa-Grauslund // Biotechnology for biofuels. - 2009. - 2(1). - P. 1-10.

51. Wu, M. Simulating extracellular glucose signals enhances xylose metabolism in recombinant Saccharomyces cerevisiae / M. Wu, H. Li, S. Wei, H. Wu, X. Wu, X. Bao, Y. Shen // Microorganisms. - 2020. - Vol. 8. - №. 1. - P. 100.

52. He, B. Double integrating XYL2 into engineered Saccharomyces cerevisiae strains for consistently enhanced bioethanol production by effective xylose and hexose co-consumption of steam-exploded lignocellulose in bioenergy crops / B. He, B. Hao, H. Yu, F. Tu, X. Wei, K. Xiong, T. Xia // Renewable Energy. - 2022. - 186. - P. 341-349.

53. Bhatia, R. Production of oligosaccharides and biofuels from Miscanthus using combinatorial steam explosion and ionic liquid pretreatment / R. Bhatia, J. Lad, B. M. Bosch, D. N. Bryant, D. Leak, J. P. Hallett, J. A. Gallagher // Bioresource Technology. - 2021. - 323. - P. 124625.

54. Bhatia, R. Pilot-scale production of xylo-oligosaccharides and fermentable sugars from Miscanthus using steam explosion pretreatment / R. Bhatia, A. Winters, D. N. Bryant, M. Bosch, J. Clifton-Brown, D. Leak, J. Gallagher // Bioresource technology. - 2020. - 296. - P.122285.

55. Prasad, R. K. Bioethanol production from waste lignocelluloses: A review on microbial degradation potential / R. K. Prasad, S. Chatterjee, P. B. Mazumder, S. Gupta, K. S. Sharma, M. G. Vairale, D. K. Gupta // Chemosphere. - 2019. - 231. - P. 588-606.

56. Abo, B. O. Lignocellulosic biomass for bioethanol: an overview on pretreatment, hydrolysis and fermentation processes / B. O. Abo, M. Gao, Y. Wang, C. Wu, H. Ma, Q. Wang // Reviews on environmental health. - 2019. - 34(1). - P. 57-68.

57. Chen, J. A review on recycling techniques for bioethanol production from lignocellulosic biomass / J. Chen, B. Zhang, L. Luo, F. Zhang, Y. Yi, Y. Shan, X. Lu // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2021. - 149. - P. 111370.

58. Wang, C. Miscanthus: A fast-growing crop for environmental remediation and biofuel production / C. Wang, Y. Kong, R. Hu, G. Zhou // GCB Bioenergy. - 2021. - 13(1). - P. 58-69.

59. Гонтаренко, С.Н. Метод размножения, стимуляции роста ризом в культуре in vitro и адаптации в открытой почве представителей рода Miscanthus / С.Н. Гонтаренко, С. А. Лашук // Plant Varieties Studying and Protection. - 2017. - Т. 13. - № 3. - С. 230-238.

60. Han, M. Bioethanol production by Miscanthus as a lignocellulosic biomass: Focus on high efficiency conversion to glucose and ethanol / M. Han, Y. Kim, B. C. Koo, G. W. Choi // Bioresources. - 2011. - 6(2). - P.1939-1953.

61. Цапко, Ю.Л. Изменение биологической активности деградированных черноземов харьковской области при выращивании мискантуса гигантского / Цапко Ю.Л., Холодная А.С. / Colloquium-journal. - 2017. - № 10 (10). - С. 91.

62. Zapater, M. A. Single and Robust Critical Nitrogen Dilution Curve for Miscanthus x giganteus and Miscanthus sinensis / M. Zapater, M. Catterou // Bioenergy research. - 2017. - Vol. 10. - №1. - P. 115-128.

63. Chandel, A.K. Bioconversion of Saccharum spontaneum (wild sugarcane) hemicellulosic hydrolysate into ethanol by mono and co-cultures of Pichia stipitis NCIM3498 and thermotolerant Saccharomyces cerevisiae-VS3 / A.K. Chandel, O.V. Singh, M.L. Narasu, L.V. Rao // New biotechnology. - 2011. - Vol. 28. - №. 6. - P. 593-599.

64. Redcay, S. Effects of roll and flail conditioning systems on mowing and baling of Miscanthus x giganteus feedstock / S. Redcay, A. Koirala, J. Liu // Biosystems engineering. - 2018. - Vol. 172. - P. 134-143.

65. Байбакова, О.В. Исследование зависимости выхода биоэтанола от стадий химической предобработки мискантуса / О.В. Байбакова // Ползуновский вестник. - 2014. - № 3. - С. 156-160.

66. Gismatulina, Y. A. Chemical composition of five Miscanthus sinensis harvests and nitric-acid cellulose therefrom / Y. A. Gismatulina, V. V. Budaeva // Industrial Crops and Products. - 2017. - Vol. 109. - P. 227-232

67. Patent US 10577748B2, D21H 27/38, D21H 27/38, D21H 27/38 Tissue paper comprising pulp fibers originating from miscanthus and method for manufacturing the same / D. Mauler, P. Sandstrom, I. Ljusegren, R. A. U. M. Stefan: пат. 10577748 США. - 2020. - 17 p.

68. Zhao, C. Mixed culture of recombinant Trichoderma reesei and Aspergillus niger for cellulase production to increase the cellulose degrading capability / C. Zhao, L. Deng, H. Fang // Biomass and Bioenergy. - 2018. - Vol. 112. - P. 93-98.

69. Joshi, S. Extremophilic fungi at the interface of climate change / S. Joshi, A. Bajpai, B.N. Johri // Fungi Bio-Prospects in Sustainable Agriculture, Environment and Nano-technology. - 2021. - P. 1-22.

70. Tao, Y. Novel approach to produce biomass-derived oligosaccharides simultaneously by recombinant endoglucanase from Trichoderma reesei / Y. Tao, L. Yang, L. Yin, C. Lai, C. Huang, X. Li, Q. Yong // Enzyme and Microbial Technology. - 2019. - P. 109481.

71. Fonseca, L. M. Rational engineering of the Trichoderma reesei RUT-C30 strain into an industrially relevant platform for cellulase production / L. M. Fonseca, L. S. Parreiras, M. T. Murakami // Biotechnology for biofuels. - 2020. - Т. 13. - №. 1. - С. 1-15.

72. Fang, H. Biotechnological advances and trends in engineering Trichoderma reesei towards cellulase hyperproducer / H. Fang, C. Li, J. Zhao, C. Zhao, // Biotechnology and Bioprocess Engineering. - 2021. - 26(4) . - P. 517-528.

73. Горячковская, Т.Н. Технология осахаривания биомассы мискантуса при помощи коммерческих ферментных препаратов / Т.Н. Горячковская, К.Г. Старостин, И.А. Мещерякова и др. / Вавиловский журнал генетики и селекции. - 2014. - Т. 18. - № 4-2. - С. 983-988.

74. Santos, G. B. Cellulase production by Aspergillus niger using urban lignocellulosic waste as substrate: Evaluation of different cultivation strategies / G. B. Santos, de A. Sousa Francisco Filho, J. R. da Silva Rodrigues, R. R. de Souza // Journal of Environmental Management. - 2022. - 305. - P. 114431.

75. Reddy, G.P.K. Cellulase production by Aspergillus niger on different natural lignocellulosic substrates / G.P.K. Reddy, G. Narasimha, K.D. Kumar, G. Ramanjaneyulu, A. Ramya, B.S. Kumari, B.R. Reddy // International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. - 2015. - Vol. 4. - №. 4. - P. 835845.

76. Omojasola, P.F. Cellulase production by Trichoderma longi, Aspergillus niger and Saccharomyces cerevisae cultured on waste materials from orange / P.F. Omojasola, O.P. Jilani // Pakistan Journal of Biological Sciences. - 2008. - Vol. 11. - №. 20. - P. 2382-2388.

77. Malav, M.K. Furfural and 5-HMF: potent fermentation inhibitors and their removal techniques / M.K. Malav, S. Prasad, S.K. Kharia // Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. - 2017. - 6(3). - P. 2060-2066.

78. Корчагина, А.А. Нетрадиционные источники сырья для получения азотнокислых эфиров целлюлозы (обзор) / А.А. Корчагина / ЮжноСибирский научный вестник. - 2018. - № 1 (21). - С. 68-74.

79. Osman, A. I. Bioethanol and biodiesel: Bibliometric mapping, policies and future needs / A. I. Osman, U. Qasim, F. Jamil, H. Ala'a, A. A. Jrai, M. Al-Riyami, D. W. Rooney // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2021. - 152. - P.111677.

80. Hu, Y. Role of lactic acid bacteria in flavor development in traditional Chinese fermented foods: A review / Y. Hu, L. Zhang, R. Wen, Q. Chen, B. Kong // Critical reviews in food science and nutrition. - 2022. - 62(10) . - P. 2741-2755.

81. Rupasinghe, H. V. Chemistry of fruit wines. In Science and Technology of Fruit Wine Production / H. V. Rupasinghe, V. K. Joshi, A. Smith, I. Parmar // Academic Press. - 2017. - P. 105-176.

82. Nassir, T. H. Bioethanol production from agricultural wastes by zymomonas mobilis and used in vinegar production / T. H. Nassir, S. Al-Sahlany // Journal of microbiology, biotechnology and food sciences. - 2021. - 11(3). - e3709-e3709.

83. Edor, S.P. Cellulase activity of Aspergillus niger in the biodegradation of rice husk / S.P. Edor, O.P. Edogbanya, J.R. Kutshik // MOJ Biology and Medicine. - 2018. - Vol. 3(2). - P. 49-51.

84. De Canio Paola, D. B. I. Latest frontiers in the biotechnologies for ethanol production from lignocellulosic biomass / D. B. I. De Canio Paola, R. Patrizia // Biofuel Prod Recent Develop Prospects. - 2011. - P. 163.

85. Vicente, J. An Integrative View of the Role of Lachancea thermotolerans in Wine Technology / J. Vicente, E. Navascués, F. Calderón, A. Santos, D. Marquina, S. Benito // Foods. - 2021. - 10(11). - P. 2878.

86. Li, C. Effect of inorganic salt stress on the thermotolerance and ethanol production at high temperature of Pichia kudriavzevii / C. Li, L. Li, X. Yang, Y. Wu, Y. Zhao, Y. Wang // Annals of Microbiology. - 2018. - Vol. 68. - №. 5. - P. 305-312.

87. Ruchala, J. Construction of advanced producers of first-and second-generation ethanol in Saccharomyces cerevisiae and selected species of non-conventional yeasts (Scheffersomyces stipitis, Ogataea polymorpha) / J. Ruchala, O. O. Kurylenko, K. V. Dmytruk, A. A. Sibirny // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology. - 2020. - 47(1). - P. 109-132.

88. van Aalst, A. C. Pathway engineering strategies for improved product yield in yeast-based industrial ethanol production / A. C. van Aalst, S. C. de Valk, W. M. van Gulik, M. L. Jansen, J. T. Pronk, R. Mans // Synthetic and Systems Biotechnology. - 2022. - 7(1). - P. 554-566.

89. Gupta, R. Separate hydrolysis and fermentation (SHF) of Prosopis juliflora, a woody substrate, for the production of cellulosic ethanol by Saccharomyces

cerevisiae and Pichia stipitis-NCIM 3498 / R. Gupta, K. K. Sharma, R. C. Kuhad // Bioresource Technology. - 2009. - 100(3). - P. 1214-1220.

90. Okonkwo, C.C. Enhancing ethanol production from cellulosic sugars using Scheffersomyces (Pichia) stipitis / C.C. Okonkwo, M.M. Azam, T.C. Ezeji, N. Qureshi // Bioprocess and biosystems engineering. - 2016. - Vol. 39. - №. 7. - P. 1023-1032.

91. Ferreira, J. Ethanol production by co-culture of Zymomonas mobilis and Pachysolen tannophilus using banana peels hydrolysate as substrate / J. Ferreira, V. A. Q. Santos, C. H. G. Cruz // Acta Scientiarum. Technology. - 2018. - Vol. 40. - P. e35169-e35169.

92. Vinod, S. G. Weed Biomass as Feedstock for Bioethanol Production: A Review / S. G. Vinod, R. Chug, S. L. Kothari // Sustainable Biofuel and Biomass. - 2019. -P. 213-224.

93. Montipó, S. Bioprocessing of rice husk into monosaccharides and the fermentative production of bioethanol and lactate / S. Montipó, I. Ballesteros, R. C. Fontana, S. Liu, M. Ballesteros, A. F. Martins, M. Camassola // Cellulose. - 2019. - 26(12). -P. 7309-7322.

94. Prasad, R. K. Bioethanol production from waste lignocelluloses: A review on microbial degradation potential / R. K. Prasad, S. Chatterjee, P. B. Mazumder, S. K. Gupta, S. Sharma, M. G. Vairale, D. K. Gupta // Chemosphere. - 2019. - 231. - P. 588-606.

95. Panahi, H. K. S. Engineered bacteria for valorizing lignocellulosic biomass into bioethanol / H. K. S. Panahi, M. Dehhaghi, S. Dehhaghi, G. J Guillemin., S. S. Lam, M. Aghbashlo, M. Tabatabaei // Bioresource technology. - 2022. - 344. - P. 126212.

96. Banerj ee, S. Metabolic engineering of bacteria for renewable bioethanol production from cellulosic biomass / S. Banerjee, G. Mishra, A. Roy // Biotechnology and Bioprocess Engineering. - 2019. - Vol. 24. - №. 5. - P. 713-733.

97. Liu, H. Engineering microbes for direct fermentation of cellulose to bioethanol / H. Liu, J. Sun, J. S. Chang, P. Shukla // Critical reviews in biotechnology. -2018. -38(7). - P. 1089-1105.

98. Semkiv, M. V. The role of hexose transporter-like sensor hxs1 and transcription activator involved in carbohydrate sensing azf1 in xylose and glucose fermentation in the thermotolerant yeast Ogataea polymorpha / M. V. Semkiv, J. Ruchala, A. Y. Tsaruk, A. Z. Zazulya, R. V. Vasylyshyn, O. V. Dmytruk, A. A. Sibirny // Microbial Cell Factories. - 2022. - 21(1). - P.1-11.

99. Ohta, K. Genetic improvement of Escherichia coli for ethanol production: chromosomal integration of Zymomonas mobilis genes encoding pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase II / K. Ohta, D. S. Beall, J. P. Mejia, K. T. Shanmugam, L. O. Ingram // Applied and environmental microbiology. - 1991.

- 57(4). - P. 893-900.

100. Zheng, L. Improving Xylose Fermentation in Saccharomyces cerevisiae by Expressing Nuclear-Localized Hexokinase 2 / L. Zheng, S. Wei, M. Wu, X. Zhu, X. Bao, J. Hou, Y. Shen // Microorganisms. - 2020. - Vol. 8. - №. 6. - P. 856.

101. Burman, N. W. Lignocellulosic bioethanol production from grasses pre-treated with acid mine drainage: Modeling and comparison of SHF and SSF / N. W. Burman, C. M. Sheridan, K. G. Harding // Bioresource Technology Reports. -2019. - 7. - P.100299.

102. Robak, K. Review of second generation bioethanol production from residual biomass / K. Robak, M. Balcerek // Food technology and biotechnology. - 2018.

- 56(2). - P. 174.

103. Amelio, A. Pervaporation membrane reactors: biomass conversion into alcoholsin / A. Amelio, B. Van der Bruggen, C.G. Lopresto, A. Verardi, V. Calabro, P. Luis // Membr. Technol. Biorefining. - 2016. - P. 331-381.

104. Dey, P. Lignocellulosic bioethanol production: prospects of emerging membrane technologies to improve the process-a critical review / P. Dey, P. Pal, J.D. Kevin, D.B. Das // Reviews in Chemical Engineering. - 2020. - Vol. 36. - №. 3. - P. 333367.

105. Akaracharanya, A. Improved SSF-cellulosic ethanol production by the cellobiose fermenting yeast Kluyveromyces marxianus G2-16-1 / A. Akaracharanya, K. Krisomdee, V. Tolieng, V. Kitpreechavanich, S.Tanasupawat // Chiang Mai Journal of Science. - 2016. - T. 43. - №. 5. - P. 985-996.

106. Boakye-Boaten, N. A. Effects of fertilizer application and dry/wet processing of Miscanthus x giganteus on bioethanol production / N. A. Boakye-Boaten, S. Xiu, A. Shahbazi, L. Wang, R. Li, M. Mims, K. Schimmel // Bioresource Technology.

- 2016. - 204. - P. 98-105.

107. Cerazy-Waliszewska, J. Potential of bioethanol production from biomass of various Miscanthus genotypes cultivated in three-year plantations in west-central Poland / J. Cerazy-Waliszewska, S. Jezowski, P. Lysakowski, B. Waliszewska, M. Zborowska, K. Sobanska, T. Pniewski // Industrial Crops and Products. - 2019. -141. - P. 111790.

108. Dahnum, D. Comparison of SHF and SSF processes using enzyme and dry yeast for optimization of bioethanol production from empty fruit bunch / D. Dahnum, S.O. Tasum, E. Triwahyuni, M. Nurdin, H. Abimanyu // Energy Procedia. - 2015.

- Vol. 68. - P. 107-116.

109. Cotana, F. A comparison between SHF and SSSF processes from cardoon for ethanol production / F. Cotana, G. Cavalaglio, M. Gelosia, V. Coccia, A. Petrozzi, D. Ingles, E. Pompili // Industrial Crops and Products. - 2015. - Vol. 69. - P. 424432.

110. Dong, C. Feasibility of high-concentration cellulosic bioethanol production from undetoxified whole Monterey pine slurry / Dong, C., Wang, Y., Zhang, H., & Leu, S. Y. // Bioresource technology. - 2018. - 250. - P. 102-109.

111. Ziaei-Rad, Z. Lignocellulosic biomass pre-treatment using low-cost ionic liquid for bioethanol production: An economically viable method for wheat straw fractionation / Z. Ziaei-Rad, J. Fooladi, M. Pazouki, S. N. Gummadi // Biomass and Bioenergy. - 2021. - 151. - P. 106140.

112. Zhu, J. Integrated Process for the Co-Production of Bioethanol, Furfural, and Lignin Nanoparticles from Birch Wood Via Acid Hydrotropic Fractionation / J.

Zhu, N. Jiao, J. Cheng, H. Zhang, G. Xu, Y. Xu, J. Y. Zhu // Furfural, and Lignin Nanoparticles from Birch Wood Via Acid Hydrotropic Fractionation. - 2022.

113. ГОСТ 32040-2012 «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырой клетчатки, сырого жира и влаги с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области». -М.: Стандартинформ, 2014. - 9 с.

114. ГОСТ 32933-2014 (ISO 5984:2002) «Корма, комбикорма. Метод определения содержания сырой золы». - М.: Стандартинформ, 2015 - 8 c.

115. ГОСТ 11960-79 «Полуфабрикаты волокнистые и сырье из однолетних растений для целлюлозно-бумажного производства (Метод определения лигнина)». - М.: Госстандарт СССР, 1979. - 4 с.

116. ГОСТ 16932-93 (ИСО 638-78) «Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества». - М.: ИПК Издательство стандартов, 1995. - 6 с.

117. Kriger, O. The Process of Producing Bioethanol from Delignified Cellulose Isolated from Plants of the Miscanthus Genus / O. Kriger, E. Budenkova, O. Babich, S. Suhih, N. Patyukov, Y. Masyutin, V. Dolganuk, E. Chupakhin // Bioengineering. - 2020. - Vol. 7. - №. 2. - P. 61.

118. Mandels, M. The production of cellulose / M. Mandels, J. Weber // Advances of Chemistry Series. - 1969. - 95. -P. 391-414.

119. Глушанова, Н.А. Биосовместимость пробиотических и резидентных лактобацилл / Н.А. Глушанова, А.И. Блинов // Тезисы VII СлавяноБалтийского научного форума «Санкт-Петербург-Гастро-2005». - Санкт-Петербург, 2005. - С. 31-36.

120. Kumar, A.K. Use of combined UV and chemical mutagenesis treatment of Aspergillus terreus D34 for hyper-production of cellulose-degrading enzymes and enzymatic hydrolysis of mild-alkali pretreated rice straw / A.K. Kumar, B.S. Parikh, S.P. Singh, D. Shah // Bioresources and Bioprocessing. - 2015. - Vol. 2. -№. 1. - P. 35.

121. Chand, P. Novel mutation method for increased cellulase production / P. Chand, A. Aruna, A.M. Maqsood, L.V. Rao // Journal of applied microbiology. - 2005. -Vol. 98. - №. 2. - P. 318-323.

122. Cyrus, E.T. Effects of Radiation and Chemical Mutagenesis on Expression of Aflatoxigenic Traits in Aspergillus parasiticus SMS08-C / E.T. Cyrus, A.D. Juwon // Research Journal of Microbiology. - 2015. - Т. 10. - №. 5. - Vol. 205.

123. Javed, U. Utilization of corncob xylan as a sole carbon source for the biosynthesis of endo-1, 4-в xylanase from Aspergillus niger KIBGE-IB36 / U. Javed, A. Aman, S.A.U. Qader // Bioresources and Bioprocessing. - 2017. - Vol. 4. - №. 1. - С. 17.

124. Abdullah, R. Random mutagenesis and media optimisation for hyperproduction of cellulase from Bacillus species using proximally analysed Saccharum spontaneum in submerged fermentation / R. Abdullah, W. Zafar, M. Nadeem, M. Iqtedar, S. Naz, Q. Syed, Z.A. Butt // Natural product research. - 2015. - Vol. 29. - №. 4. -P. 336-344.

125. Zapata, Y. Cellulases production on paper and sawdust using native Trichoderma asperellum / Y. Zapata, A. Galviz-Quezada, V. Osorio-Echeverri, M. J. C. Salcedo-Reyes // Universitas Scientiarum. - 2018. - Vol. 23. - №. 3. - P. 419-436.

126. Доценко, А.С. Ферментативный гидролиз целлюлозы смесями мутантных форм целлюлаз Penicillium verruculosum / А.С. Доценко, А.В. Гусаков, А.М. Рожкова, П.В. Волков, О.Г. Короткова, А.П. Синицын // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. - 2018. - Т. 59. - №. 2.

127. Bouaziz, F. Bioethanol Production from Date Seed Cellulosic Fraction Using Saccharomyces cerevisiae / F. Bouaziz, A.B. Abdeddayem, M. Koubaa, F.J. Barba, K.B. Jeddou, I. Kacem, S.E. Chaabouni // Separations. - 2020. - Vol. 7. - №. 4. -P. 67.

128. Chandra, M.S. Cellulolytic enzymes on lignocellulosic substrates in solid-state fermentation by Aspergillus niger / M.S. Chandra, B. Viswanath, B.R. Reddy // Indian Journal of Microbiology. - 2007. - Vol. 47. - №. 4. - P. 323-328.

129. Макарова, Е.И. Ферментативный гидролиз целлюлоз из плодовых оболочек овса при различных концентрациях субстрата / Е.И. Макарова, В.В. Будаева, Е.А. Скиба // Химия растительного сырья. - 2013. - №. 2.

130. Жерносекова, И.В. Методы планирования экспериментов при оптимизации питательной среды для стрептомицета / И.В. Жерносекова, Н.П. Черногор, А.А. Тымчук, А.И. Винников // Biosystems Diversity. - 2010. - Т. 18. - №. 1. -28 с.

131. Maicas, S. The role of yeasts in fermentation processes / S. Maicas // Microorganisms. - 2020. - №8(8). - P. 1-8.

132. Adney, B. Measurement of cellulase activities / B. Adney, J. Baker // Laboratory analytical procedure. - 1996. - Vol. 6. - №. 465. - P. 1996.

133. ГОСТ Р 54905-2012. Методы определения ферментативной активности -глюканазы. -М.: Стандартинформ, 2013. - 11 с.

134. Turula, Jr V. E. Automation of the anthrone assay for carbohydrate concentration determinations. / Jr V. E. Turula, T. Gore, S. Singh, R. G. Arumugham // Analytical chemistry - 2010. -Vol. 82(5). - P. 1786-1792.

135. Muchtaridi, M. Determination of alcohol contents of fermentated black tape ketan based on different fermentation time using specific gravity, refractive index and GC-MS methods / M. Muchtaridi I. Musfiroh, N. Hambali; W. Indrayati // J. Microbiol. Biotechnol. Food Sci. - 2012. -Vol. 2. - Р. 933-946.

136. ГОСТ Р 55878-2013 «Спирт этиловый технический гидролизный ректификованный». - М.: Издательство стандартов, 2014. - 18 с.

137. ГОСТ 32036-2013 «Спирт этиловый из пищевого сырья. Правила приемки и методы анализа». - М.: Издательство стандартов, 2014. - 24 с.

138. ГОСТ 10749.7-80 «Спирт этиловый технический. Метод определения серы».

- М.: Издательство стандартов, 1980. - 7 с.

139. ГОСТ 32013-2012 «Спирт этиловый. Метод определения наличия фурфурола». - М.: Стандартинформ, 2018. - 4 с.

140. Скиба, Е. А. Сбраживание нецелевых гидролизатов с помощью Saccharomyces cerevisiae (штамм Y-1693) / Е. А. Скиба, В. В. Будаева, Р. Ю. Митрофанов // Ползуновский вестник. - 2010. - №. 4-1. - С. 180-183.

141. Байбакова, О. В. Биоконверсия лигноцеллюлозного субстрата мискантуса в этанол / О. В. Байбакова // Фундаментальные исследования. - 2015. - №. 2 -13. - С. 2783-2786.

142. Lee, W. C. Miscanthus as cellulosic biomass for bioethanol production / W. C. Lee, W. C. Kuan // Biotechnology Journal. - 2015. - 0(6). - P. 840-854.

143. Alam, A. A finalized determinant for complete lignocellulose enzymatic saccharification potential to maximize bioethanol production in bioenergy Miscanthus // A. Alam, R. Zhang, P. Liu, J. Huang, Y. Wang, Z. Hu, L. Peng // Biotechnology for Biofuels. - 2019. - 12(1). - P. 1-22.

144. Turner, W. Exploring the Bioethanol Production Potential of Miscanthus Cultivars / W. Turner, D. Greetham, M. Mos, M. Squance, J. Kam, C. Du // Applied Sciences. - 2021. - 11(21). - P. 9949.

145. Oussou, K.F. Effect of Fermentation Parameters on Bioethanol Yield from Miscanthus / K.F. Oussou, M.U. Unal, A.§. Geduk // Çukurova Tarim ve Gida Bilimleri Dergisi. - 37(1). - P. 1-8.

146. Cotana, F. Production of bioethanol in a second generation prototype from pine wood chips / F. Cotana, G. Cavalaglio, M. Gelosia, A. Nicolini, V. Coccia, A. Petrozzi // Energy Procedia. - 2014. - 45. - P. 42-51.

147. Thangavelu, S. K. Microwave assisted acid hydrolysis for bioethanol fuel production from sago pith waste / S. K. Thangavelu, T. Rajkumar, D. K. Pandi, A. S. Ahmed, F. N. Ani // Waste management. - 2019. - 86. - P. 80-86.

148. El Hage, M. Intensification of Bioethanol Production from Different Lignocellulosic Biomasses, Induced by Various Pretreatment Methods: An Updated Review / M. El Hage, H. N. Rajha, Z. Maache-Rezzoug, M. Koubaa, N. Louka // Energies. - 2022. - Т. 15. - №. 19. - P. 6912.

Приложение А - Результаты исследования водной фазы после щелочной делигнификации методом МАЛДИ-ТОФ МС

Приложение В - Технологическая инструкция

Приложение Г - Акт промышленной апробации