Кинетика ферментативного гидролиза растительного сырья

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 663. 1
Р. М. Нуртдинов, Р. Т. Валеева, В. М. Емельянов,
С. Г. Мухачев, М. В. Харина
КИНЕТИКА ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: ферментативный гидролиз, растительное сырьё, солома, редуцирующие вещества
Проведены исследования процессов ферментативного гидролиза соломы при варьировании концентрации ферментных препаратов с целью получения ферментолизатов с максимальным содержанием редуцирующих веществ.
Key words: enzymatic hydrolysis, plant raw materials, straw, reducing substances.
The studies on enzymatic hydrolysis of straw with varying concentration of enzymatic preparations was carried out to produce hydrolysates with a maximum content of reducing substances.
Известен ряд работ в области использования гидролизатов и ферментолизатов соломы в кормопроизводстве, а также в качестве питательных сред для процессов микробиологического синтеза. Однако в промышленной биотехнологии России ферментативный гидролиз лигноцеллюлозных материалов до сих пор не освоен. Применение высокоэффективных ферментных препаратов позволит осуществлять низкозатратное производство пригодных к ферментации сахаров из лигноцеллюлозных материалов.
Для максимального выхода редуцирующих веществ при ферментативной обработке лигноцеллюлозного сырья должно быть использовано оптимизированное сочетание ферментов. Активность ферментных препаратов во многом зависит от содержания в субстрате различных фракций (целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина). Для определения наиболее эффективных ферментных препаратов для гидролиза конкретных видов сырья, необходимо исследование кинетических закономерностей гидролитических процессов.
В работе проведено исследование кинетических закономерностей ферментативного гидролиза соломы жидкими ферментными препаратами фирмы Genencor International PS AO3329−1. OEN GC-440 (с активностью целлюлазы 1470−1800 ед/г), PS AO3143−1. 1EN Optiflow RC 2. 0, PS AO3131−1. OEN GC-220 и PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100 (с активностью целлюлазы 6200−7580 ед/г). Модельные эксперименты для изучения ферментативной кинетики осуществляли, используя в качестве источника целлюлозы бумагу и вату. В дальнейшем использовалась размолотая и просеянная через сито до размеров частиц 1 мм ржаная солома. Опыты проводили при варьировании гидромодуля и концентрации ферментных препаратов в диапазоне 0,1 — 1,0 г/л.
Солому предварительно запаривали в автоклаве при избыточном давлении 0,07 — 0,1 МПа в течение 0,5 — 1 часа. В течение всего процесса определяли изменение общего содержания сахаров в гидролизате. Процессы ферментолиза проводили в течение 8−10 часов в соответствии с характеристикой применяемых ферментных препаратов при поддержании активной кислотности в диапазоне 4,9−5,0 ед. рН и температуре 49 °C [1,2].
Исследования кинетики и стехиометрии реакций ферментативного гидролиза дисперсных твердофазных субстратов растительного происхождения проводили в качалочных колбах объемом 250 мл на качалке со скоростью встряхивания 220 мин-1 с термостатированием и в лабораторном ферментолизере с автоматическим регулированием рН и термостатированием. В качалочных колбах были проведены процессы ферментолиза при различных концентрациях ферментного препарата PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100 (табл. 1, рис 1.).
Таблица 1 — Зависимость выхода сахаров от концентрации фермента PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100 в качалочных колбах
Номер процесса Количество фермента, ед. активн. Максимальное Р В, масс. % Выход Р В, мас. %
1 62−75,8 0,43 4,3
2 62−75,8 0,46 4,6
3 6,2−17,6 0,46 4,6
4 31−37,9 0,48 4,8
5 62−75,8 0,32 3,2
6 1,6−1,9 0,26 2,6
7 3,1−3,8 0,26 2,6
8 4,6−5,7 0. 22 2,2
Рис. 1 — Выход Р В при различных концентрациях ферментного препарата
Результаты контрольного процесса ферментолиза бумаги при разных концентрациях фермента (при разных единицах активности фермента: 7,2−7,6- 15,5−18,9- 30,8−37,7) в ферментолизере ферментным препаратом PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100 представлены на рис. 2.
Единица акшЕносги 1^-1 А -ш- 15,5−13,9 -----jO. S-37., 7
Время, час
Рис. 2- Динамика концентрации редуцирующих веществ в процессах ферментолиза бумаги при разных концентрациях фермента PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100
Результаты процесса ферментолиза соломы при разных концентрациях фермента (при разных единицах активности фермента: 3−3,8- 15,5−18,9- 30,8−37,7) в ферментолизере ферментным препаратом PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100 представлены на рис. 3.
Единица
зешеносги
3−3,8 15. 5−18,9 ----30,8−37,7
0 1 2 3 4- S Є 7 S
Время, час
Рис. 3 — Динамика концентрации редуцирующих веществ при разных концентрациях фермента PS AO3197−1. OEN Acellerase CB100
Результаты процесса ферментолиза соломы при разных концентрациях фермента (при разных единицах активности фермента: 15,5−18,9- 23,2−28,3- 30,8−37,7) в ферментолизере ферментным препаратом PS AO3143−1. 1EN Optiflow RC2.0 представлены на рис. 4.
Единица
акпшности
-•-15,5−18.9 — 23,2−28,3 -*-30. 8−37. 7
О 2 4−50
Время, час
Рис. 4 — График зависимости содержания редуцирующих веществ от продолжительности процесса гидролиза соломы ферментом Р8 AO3143−1. 1EN Optiflow ЯО. О
Результаты процесса ферментолиза бумаги в ферментолизере ферментным препаратом РБ РБ Л3 143−1. 1ЕК Optiflow ЯС2.0 представлены на рисунке 5


/ Д’Д 54- Единица
0.8. зешености
и — 6,2−7,6
1 ° ^*-12,2−28. 3
я г, ,
о, О, А ¦ -15,5−18=9
о.^.

¦ I: -1 о 8 1
Время, час
Рис. 5 — График зависимости содержания редуцирующих веществ от продолжительности процесса гидролиза соломы с ферментом Р8 AO3143−1. 1EN Optiflow ЯО. О
Таким образом, ферментный препарат РБ Л3 143−1. 1ЕК Optiflow ЯС2.0 обеспечивает такое же накопление редуцирующих веществ в процессе ферментолиза соломы, как и при использовании чистой целлюлозы. Это открывает возможности применения ферментов данного типа в процессах подготовки питательных сред на стадиях приготовления инокулятов в отделениях чистой культуры. В условиях многотоннажных производств, например, в производстве топливных спиртов ферментный препарат РБ Л3 143−1. 1ЕК 0ptiflow ЯС2.0 может обеспечить заметную экономию более дорогих субстратов (фуражное зерно, отруби и др.).
Литература
1. Нуртдинов, Р. М. Исследование ферментативного гидролиза соломы / Р. М. Нуртдинов и др. // Сб. тез. докл. Х1 межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 13−16 апреля 2010 г.). — Казань: Изд-во «Отечество», 2010. ч.2. — С. 52.
2. Емельянов, В. М. Исследование кинетики процесса ферментолиза соломы/ В. М. Емельянов и др. // Сб. тез. докл. межд. конф. «Катализ для переработки возобновляемого сырья топливо, энергия, химические продукты». — Новосибирск, 2010.
3. Емельянова, И. З. Химико-технологический контроль гидролизных производств / И. З. Емельянова -М.: Лесная промышленность, 1976. — 405 с.
© Р. М. Нуртдинов — асп. каф. химической кибернетики КНИТУ, valrt2008@rambler. ru- Р. Т. Валеева -канд. техн. наук, доцент, программист той же кафедры- С. Г. Мухачев — канд. техн. наук, доц., зав. лаб. «Инженерные проблемы биотехнологии» той же кафедры- В. М. Емельянов — д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической кибернетики КНИТУ- М. В. Харина — асп., асс. той же кафедры.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой