Бийск, Алтайский край, Россия
Проведена предварительная обработка автогидролизом биомассы шелухи овса при изменении температуры процесса в интервале 160-220 °С, времени обработки в диапазоне 5-60 мин и при гидромодуле обработки 1:10. Для характеристики условий предварительной обработки использовался фактор жесткости автогидролиза, который изменялся от 2,50 до 5,37. Эффективность проводимого автогидролиза оценивали по изменению химического состава твердой фазы обработанной шелухи овса. Показано, что автогидролиз биомассы шелухи овса при росте жесткости условий обработки приводит к значительному снижению гемицеллюлоз в твердой фазе при достижении на первом этапе фактора жесткости 4,17 и к последующему практически полному удалению. Также на первом этапе происходит незначительное изменение концентрации лигнина и повышение доли целлюлозы в твердой фракции. Дальнейшее повышение жесткости условий на втором этапе при изменении фактора жесткости от 4,17 до 5,37 приводит к накоплению лигнина в твердом остатке до максимального значения 45,7 % в результате протекания реакции конденсации лигнина. Из-за роста содержания лигнина доля целлюлозы в твердой фракции снижается. Эффективность предварительной обработки оценивали по конечному накоплению редуцирующих веществ, полученных в результате ферментативного гидролиза с использованием ферментного комплекса, состоящего из препаратов «Целлолюкс-А» и «Брюзайм BGX». На первом этапе при снижении концентрации гемицеллюлоз доступность целлюлозы для ферментов значительно увеличивается и выход редуцирующих веществ достигает максимального значения 66,7 % при факторе жесткости автогидролиза 4,17. На втором этапе повышение жесткости условий обработки до значения фактора 5,37 приводит к накоплению лигнина в твердом остатке, что ограничивает действие ферментов. В результате заметно сокращается выход редуцирующих веществ до 30,0 %.
шелуха овса, предварительная обработка, автогидролиз, гидротермическая обработка, целлюлоза, ферментативный гидролиз
1. Liu C.G., Xiao Y., Xia X.X., Zhao X.Q., Peng L., Srinophakun P., Bai F.W. Cellulosic ethanol production: Progress, challenges and strategies for solutions. Biotechnology Advances. 2019. Vol. 37. N 3. P. 491-504. DOI:https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.03.002
2. Гладышева Е.К., Голубев Д.С., Скиба Е.А. Исследование биосинтеза бактериальной наноцеллюлозы продуцентом Medusomyces gisevii Sa-12 на ферментативном гидролизате продукта щелочной делигнификации мискантуса. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. С. 260–269. DOI:https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-2-260-269.
3. Kashcheyeva E.I., Gismatulina Y.A., Budaeva V.V. Pretreatments of Non-Woody Cellulosic Feedstocks for Bacterial Cellulose Synthesis. Polymers. 2019. Vol. 11. P. 1645. DOIhttps://doi.org/10.3390/polym11101645.
4. Чащилов Д.В. Опыт исследования процесса разволокнения целлюлозных материалов и анализ работы оборудования: от лабораторного стенда - к промышленной установке. От химии к технологии шаг за шагом. Т. 2. № 1. 2021. С. 29-39. DOI:https://doi.org/10.52957/27821900_2021_01_29.
5. Bychkov A.L., Podgorbunskikh E.M., Ryabchikova E.I., Lomovsky O.I. The role of mechanical action in the process of the thermomechanical isolation of lignin. Cellulose. 2018. Vol. 25. P. 1-5. DOI:https://doi.org/10.1007/s10570-017-1536-y
6. Макарова Е.И., Будаева В.В. Биоконверсия непищевого целлюлозосодержащего сырья. Часть 1. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6. N 2. С. 43–50. DOI:https://doi.org/10.21285/2227-2925-2016-6-2-43-50.
7. Jiang K., Li L., Long L., Ding S. Comprehensive evaluation of combining hydrothermal pretreatment (autohydrolysis) with enzymatic hydrolysis for efficient release of monosaccharides and ferulic acid from corn bran. Industrial Crops and Products. 2018. Vol. 113. P. 348-357. DOI:https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.01.047.
8. Lyu H., Zhou J., Geng Z., Lyu C., Li Y. Two-stage processing of liquid hot water pretreatment for recovering C5 and C6 sugars from cassava straw. Process Biochemistry. 2018. Vol. 75. P. 202-211. DOI:https://doi.org/10.1016/j.procbio.2018.10.003.
9. Cardona E., Llano B., Penuela M., Juan Pena J., Rios L.A. Liquid-hot-water pretreatment of palm-oil residues for ethanol production: An economic approach to the selection of the processing conditions. Energy. 2018. Vol. 160. P. 441-451. DOI:https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.07.045.
10. Pavlov I.N., Denisova M.N., Makarova E.I., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Versatile thermobaric setup and production of hydrotropic cellulose therein. Cellulose Chemistry and Technology. 2015. Vol. 49. N 9-10. P. 847-852.
11. Кащеева Е.И., Будаева В.В. Определение реакционной способности к ферментативному гидролизу целлюлозосодержащих субстратов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. N 10. С. 5-11. DOI: 0.26896/1028-6861-2018-84-10-5-11.
12. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.
13. Liu L., Liu, W., Hou Q., Chen J., Xu N. Understanding of pH value and its effect on autohydrolysis pretreatment prior to poplar chemi-thermomechanical pulping. Bioresource Technology. 2015. Vol. 196. P. 662–667. DOI:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.034.
14. Batista G., Souza R.B.A., Pratto B., Dos Santos-Rocha M.S.R, Cruz A.J.G. Effect of severity factor on the hydrothermal pretreatment of sugarcane straw. Bioresource Technology. 2019. Vol. 275. P. 321-327.
15. Michelin M., Teixeira J.A. Liquid hot water pretreatment of multi feedstocks and enzymatic hydrolysis of solids obtained thereof. Bioresource Technology. 2016. Vol. 216. P. 862–869. DOI:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.06.018.
16. Moniz P., Pereira H., Duarte L.C., Carvalheiro F. Hydrothermal production and gel filtration purification of xylo-oligosaccharides from rice straw. Industrial Crops and Products. 2014. Vol. 62. P. 460-465. DOI:https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.09.020.
17. Podgorbunskikh E.M., Ryabchikova E.I., Bychkov A.L., Lomovskii O.I. Changes in the structure of cell wall polymers in thermomechanical treatment of highly lignified plant feedstock. Doklady Physical Chemistry. 2017. Vol. 473. Part 1. P. 49-51. DOI: https://doi.org/10.1134/S0012501617030046.
18. Ko J.K, Kim Y, Ximenes E, Ladisch M.R. Effect of liquid hot water pretreatment severity on properties of hardwood lignin and enzymatic hydrolysis of cellulose. Biotechnology and Bioengineering. 2015. Vol. 112. N 2. P. 252–262. DOI:https://doi.org/10.1002/bit.25349.
19. Zhu R., Yadama V. Effects of hot water extraction pretreatment on physicochemical changes of Douglas fir. Biomass and Bioenergy. 2016. Vol. 90. P. 78-89. DOI:https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.03.028.
20. Chen T-Y., Wen J-L., Wang B., Wang H-M., Liu C-F., Sun R-C. Assessment of integrated process based on autohydrolysis and robust delignification process for enzymatic saccharification of bamboo. Bioresource Technology. 2017. Vol. 244. P. 717–725. DOI:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.032.
