Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук

(ИПХЭТ СО РАН)

Тема: «Исследование ферментативного гидролиза

мискантуса и продуктов его переработки»

Выполнила:Выполнила: аспирантаспирант ИПХЭТИПХЭТ СОСО РАНРАН по по специальностиспециальности 02.00.03 02.00.03 –органическая –органическая

химия химия

Макарова Е.ИМакарова Е.И..

Научный Научный руководитель:руководитель:

к.х.н., доцент к.х.н., доцент

Будаева В.В.Будаева В.В.

Ферментативный гидролиз Ферментативный гидролиз целлюлозыцеллюлозы

Достоинства ферментативного гидролиза по сравнению с другими методами:

- экологическая безопасность;

- доступность и простота проведения;

- незначительная энергозатратность.

Цель Цель работы:работы: - - исследование ферментативного исследование ферментативного гидролизагидролиза исходногоисходного мискантусамискантуса сс использованиемиспользованием различныхразличных мультиэнзимныхмультиэнзимных композицийкомпозиций ии - - изучениеизучение реакционнойреакционной способности к способности к ферментации химически обработанного ферментации химически обработанного мискантуса.мискантуса.

Характеристики сырьяХарактеристики сырья

Техническая целлюлоза мискантуса

Мискантус

-не требует подготовки почвы;

-обработка и сбор урожая без больших затрат;

- быстрый рост;

- удовлетворительная морозостойкость.

Содержание α-целлюлозы-90,3 %;

Степень полимеризации – 660 ед.

Характеристики используемых ферментных Характеристики используемых ферментных препаратовпрепаратов

Наименование препаратаНаименование препаратаПараметры обработкиПараметры обработки

АктивностьАктивностьтемпературатемпература, ,

°С°С

рНрН

Целлолюкс-АЦеллолюкс-А(ООО ПО «СИББИОФАРМ»)(ООО ПО «СИББИОФАРМ»)

30-7030-70 3-73-7ЦеллюлазнаяЦеллюлазная: 2000±200 ед/г;: 2000±200 ед/г;

ксиланазнаяксиланазная: 8000 КС;: 8000 КС;

β-β-ГлюканазнаяГлюканазная: 1500 β-ГлС;: 1500 β-ГлС;

Брюзайм Брюзайм BGXBGX

((фирма фирма ««Polfa Tarchomin Pharmaceutical Polfa Tarchomin Pharmaceutical

Works SWorks S. . AA.»).»)

30-5030-50 3,5-5,53,5-5,5

КсиланазнаяКсиланазная: 6500+5% ед КС/см: 6500+5% ед КС/см33;;

β-β-ГлюканазанаяГлюканазаная: 1700+5% ед β-: 1700+5% ед β-

ГкС/смГкС/см33;;

целлюлазнаяцеллюлазная: 1500 ед.+5% ед : 1500 ед.+5% ед

КМЦ/смКМЦ/см33;;

ЦеллюксилЦеллюксил(фирма «(фирма «August TopferAugust Topfer & & CoCo. .

(GmbH&Co.) (GmbH&Co.) KG»)KG»)

30-6530-65 3,5-6,53,5-6,5ЦеллюлазнаяЦеллюлазная: 7000 ед. КМЦ/мл;: 7000 ед. КМЦ/мл;

ксиланазнаяксиланазная:: 1500-2000 ед КС/мл;1500-2000 ед КС/мл;

β-β-ГлюканазанаяГлюканазаная: 390 β-ГкС/мл;: 390 β-ГкС/мл;

Рапидаза ЦРРапидаза ЦР

((фирмафирма « «EnzymesEnzymes & & Derivates Belgium Derivates Belgium

SS. А.»). А.»)

10-5010-50 3,5-5,83,5-5,8

Высокоэффективный Высокоэффективный комплекс комплекс

гемицеллюлазных и гемицеллюлазных и

пектолитических ферментовпектолитических ферментов

Состав МЭК, использованных для ферментативного Состав МЭК, использованных для ферментативного гидролиза исходного мискантусагидролиза исходного мискантуса

Номер Номер

композициикомпозицииСостав композицииСостав композиции

11 0,086 г препарата «Целлолюкс-А» + 0,750,086 г препарата «Целлолюкс-А» + 0,75 мл препарата мл препарата

««Рапидаза ЦРРапидаза ЦР»»

22 0,75 препрата «Брюзайм 0,75 препрата «Брюзайм BGXBGX» + 0,75 » + 0,75 млмл препаратапрепарата

««Рапидаза ЦРРапидаза ЦР»»

33 0,086 г препарата «0,086 г препарата «Целлолюкс-АЦеллолюкс-А»+ 0,75 мл »+ 0,75 мл препратапрепрата

««Брюзайм Брюзайм BGXBGX»+0,75 »+0,75 мл препаратамл препарата « «Рапидаза ЦРРапидаза ЦР»»

Ферментация проводилась при температуре 50±2 C; pH 4,7 при постоянном перемешивании с частотой колебания 26 мин-1 в течение 72 ч

Ферментация исходного мискантусаФерментация исходного мискантуса

ЗависимостьЗависимость концентрацииконцентрации глюкозыглюкозы отот продолжительностипродолжительности ферментативногоферментативного гидролизагидролиза

исходного мискантуса исходного мискантуса с использованиемс использованием индивидуальныхиндивидуальных препаратовпрепаратов

0

0,5

1

1,5

2

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72

Продолжительность ферментации, ч

Кон

цен

трац

ия

глю

козы

, г/л

"Брюзайм BGX"; "Целлолюкс-А"; "Целлюксил".

Зависимость концентрации глюкозы от Зависимость концентрации глюкозы от продолжительности ферментативного гидролиза продолжительности ферментативного гидролиза

исходного мискантуса с использованием исходного мискантуса с использованием мультиэнзимных композициймультиэнзимных композиций

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72

Продолжительность ферментации, ч

Кон

цен

трац

ия

глю

козы

, г/л

Композиция № 1;

композиция № 2;

композиция № 3 ("Целлолюкс-А"+"Брюзайм BGX"+"Рапидаза ЦР")

Исследование влияния исходной концентрации Исследование влияния исходной концентрации технической целлюлозы при ферментации на технической целлюлозы при ферментации на

конечную концентрацию глюкозы в гидролизате с конечную концентрацию глюкозы в гидролизате с использованием ФП «Брюзайм использованием ФП «Брюзайм BGXBGX»»

СубстратСубстрат - образец - образец техническойтехнической целлюлозыцеллюлозы изиз мискантуса китайскогомискантуса китайского, , полученный наполученный на опытноопытно--промышленномпромышленном производствепроизводстве азотнокислымазотнокислым способомспособом ((содержаниесодержание α- α-целлюлозыцеллюлозы - 90,3 %, - 90,3 %, степень степень полимеризацииполимеризации - 660 - 660 едед.);.);

Концентрации субстратаКонцентрации субстрата: 15; 30; 60; 90; : 15; 30; 60; 90; 120 120 г/лг/л;;

рНрН=4,7 (=4,7 (ацетатный буферацетатный буфер););ТемператураТемпература 50±2 ° 50±2 °СС;;ПеремешиваниеПеремешивание реакционной массы -реакционной массы - нана

платформеплатформе ПЭ-6410 МПЭ-6410 М сс частотойчастотой колебанияколебания 26 26 минмин-1-1. .

ЗАВИСИМОСТЬ КОНЕЧНОЙЗАВИСИМОСТЬ КОНЕЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИКОНЦЕНТРАЦИИ

ГЛЮКОЗЫГЛЮКОЗЫ ВВ ГИДРОЛИЗАТЕГИДРОЛИЗАТЕ ОТ ИСХОДНОЙ ОТ ИСХОДНОЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫКОНЦЕНТРАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Проведение ферментативного гидролиза целлюлозы Проведение ферментативного гидролиза целлюлозы в в дистиллированной водедистиллированной воде с использованием «Брюзайм с использованием «Брюзайм

BGXBGX»»

Концентрация целлюлозы 90 г/л;Концентрация целлюлозы 90 г/л;

рН=4,7 (подкисление рН=4,7 (подкисление ортофосфорной кислотой);ортофосфорной кислотой);

Температура 50±2 °С;Температура 50±2 °С;

Перемешивание с помощью Перемешивание с помощью вертикального вертикального перемешивающего устройства перемешивающего устройства ««VELPVELP».».

Результаты проведения экспериментаРезультаты проведения эксперимента

Полученный гидролизат был сброжен культурой дрожжей Saccharomyces сerevisiae (штамм Y-1693) до концентрации спирта в бражке 1,3 %об.

Конечная концентрация глюкозы, Конечная концентрация глюкозы, г/лг/л

30,1730,17

Выход глюкозы, % (от массы Выход глюкозы, % (от массы навески)навески)

36,8736,87

Объем гидролизата, лОбъем гидролизата, л 3,33,3

Степень полимеризации твердого Степень полимеризации твердого остатка после ферментации, ед.остатка после ферментации, ед.

560560

* Выход глюкозы при * Выход глюкозы при ферментации в ацетатном буфере ферментации в ацетатном буфере с исходной концентрацией с исходной концентрацией целлюлозы 90 г/л, % (от массы целлюлозы 90 г/л, % (от массы навески)навески)

37,0037,00

-Разработана оптимальная мультиэнзимная композиция для гидролиза необработанного мискантуса (МЭК № 3: «Целлолюкс-А», «Брюзайм BGX» и «Рапидаза ЦР»), позволившая получить максимальную концентрацию редуцирующих веществ в гидролизате (выход 29,5 % в пересчете на холоцеллюлозу сырья);

-Изучена зависимость конечной концентрации глюкозы в гидролизате от начальной концентрации субстрата при ферментации технических целлюлоз мискантуса (с помощью «Брюзайм BGX») и выявлено, что она носит линейный характер;

- Исследован ферментативный гидролиз технической

целлюлозы в дистиллированной воде (с помощью «Брюзайм BGX»). Полученный гидролизат был сброжен культурой дрожжей Saccharomyces сerevisiae (штамм Y-1693). Выход спирта составил 75 % от теоретического.

Выводы:

Спасибо Спасибо за внимание!за внимание!