Биотрансформация и переработка целлюлозного и лигнинсодержащего сырья с целью получения биотоплива

В настоящее время актуальным направлением исследований является производство биотоплива из возобновляемого сырья. По сравнению с ископаемым видом топлива этанол, полученный из растений, климатически нейтрален и не способствует антропогенному парниковому эффекту. В Тверском регионе перспективным сырьем для получения биоэтанола является торф. Торфяные гидролизаты содержат широкий спектр сахаров, которые возможно использовать в различных отраслях промышленности. Исследованы и идентифицированы микроорганизмы, обнаруженные в торфяных почвах. Использованы методы посева и микроскопирования для получения конкретных сведений о родах почвенных микроорганизмах. В ходе работы были выделены почвенные микроорганизмы торфа, а именно микромицеты рода Реnicillium и Тrichoderma, а также актиномицеты рода Actinomyces и бактерии рода Bacillus. Гидролитическая деструкция полученной культуральной жидкости была дополнительно изучена под влиянием гидромодуля. Количественный анализ реакционной массы проводился методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Углеводный комплекс торфа содержит водорастворимые и легкогидролизуемые вещества в количестве от 6,9 до 63%. В них входят различные классы органических соединений (пентозы, уроновые кислоты, гексозы). Целлюлоза торфа относится к трудногидролизуемым веществам, ее содержание изменяется от 0,2 до 20%. Представлены данные об экологически чистых технологиях предобработки торфа. Непосредственно в экспериментальной части работы представлены результаты ферментативного получения моносахаридов, где субстратом являлся торф верхового типа, со степенью разложения 15%. Показано, что целлюлозосодержащее сырье эффективнее предобрабатывать 7% H₂SO₄ 120°С, в течение 21 ч, концентрация D-глюкозы составила 3,97%, D-галактозы 0,26%, D-рамнозы 0,51% и D-ксилозы 1,34%. В естественных условиях трансформация целлюлозы осуществляется при участии групп микроорганизмов, значительная роль в этом процессе принадлежит грибам, в том числе сапротрофным представителям родов Тrichoderma, Сhaetomium, Dicoccum, Stachybotrys, Реnicillium и Аspergillus. Частичное разложение торфа дереворазрушающими грибами способствует обогащению его легкогидролизуемыми соединениями. Наиболее благоприятная температура для активной биотрансформации торфа колебалась от 20 до 40°С. При этом более чувствительным к изменению температуры культивирования оказался гриб рода Реnicillium. Изменение температуры сказывалось и на усвоении грибами целлюлозы: если гриб рода Тrichoderma более интенсивно расщеплял субстрат при повышении температуры, то более активная деградация органического вещества грибом рода Реnicillium наблюдалась при 25 - 30°С. Суммарная целлюлазная активность проявлялась уже на 4 - 5-е сутки. Тrichoderma (2800 ед/г эндоглюканазы, 60 ед/г целлобиазы, 250 ед/г экзоглюканазы); Реnicillium (3600 ед/г эндоглюканазы, 1000 ед/г целлобиазы и 800 ед/г экзоглюканазы) Asp. niger (Serva) (100 ед/г эндоглюканазы, 560 ед/г, целлобиазы и <3 ед/г экзоглюканазы). По мере роста грибов уровень активности целлюлазы повышался, что дает возможность предполагать, что накопление биомассы грибов в начале культивирования идет в основном за счет питательных веществ торфа, а именно гемицеллюлозного компонента. Выход D-глюкозы составил 68% при использовании автолизат Trich. vir., 75% - при использовании автолизата Penic. verr. Получаемые продукты в результате эффективного воздействия полиферментных систем в процессе гидролиза торфа верхового типа, а также выделенные и идентифицированные метан- и этанолобразующие бактерии торфяного биогеоценоза Тверской области могут успешно применяться для получения биотоплива.