Ферментативная конверсия промышленных целлюлозно-бумажных полуфабрикатов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Определена реакционная способность восьми промышленно вырабатываемых образцов целлюлозы и полуцеллюлозы при ферментативном гидролизе препаратами гликозил-гидролаз B151 и F10, продуцируемых штаммом гриба-аскомицета Penicillium verruculosum. Впервые показано, что среди волокнистых полуфабрикатов, доступных на рынке целлюлозно-бумажной промышленности России, максимально высокий выход глюкозы от исходной древесины при биокатализе с использованием целлюлаз и гемицеллюлаз характерен для полуцеллюлоз, полученных после варки лиственной древесины с зеленым щелоком. Установлена высокая степень ферментативной конверсии беленой сульфатной целлюлозы из хвойной древесины, что в сочетании с возможностью получения модифицированных полисахаридных материалов из негидролизуемого остатка делает данный субстрат наиболее перспективным для развития биохимических подходов на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. Показано, что высушивание полуфабрикатов отрицательно влияет на эффективность гидролиза целлюлозы, а механический размол улучшает показатели процесса ферментативного осахаривания.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Аксенов

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск

И. Г. Синельников

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологий” РАН

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Москва

А. Р. Шевченко

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск

К. А. Майорова

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск

Д. Г. Чухчин

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск

Д. О. Осипов

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологий” РАН

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Москва

М. В. Семёнова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологий” РАН

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Москва

О. А. Синицына

Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Москва

А. М. Рожкова

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологий” РАН

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Москва

Е. В. Новожилов

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Архангельск

А. П. Синицын

Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологий” РАН; Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Email: a.s.aksenov@narfu.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Braghiroli F.L., Passarini L. // Current Forestry Reports. 2020. V. 6. P. 172–183. https://doi.org/10.1007/s40725-020-00112-9
  2. Gonçalves M.C.P., Romanelli J.P., Cansian A.B.M., Pucci E.F.Q., Guimaraes J.R., Tardioli P.W., Saville B.A. // Ind. Crop. Prod. 2022. V. 186. 115213. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115213
  3. Семёнова М.В., Гусаков А.В., Телицин В.Д., Синицын А. П. // Прикл. биохимия и микробиология. 2021. Т. 57. № 5. С. 477–484. https://doi.org/10.31857/S0555109921050147
  4. Синицын А.П., Синицына О.А., Зоров И.Н., Рожкова А.М. // Прикл. биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. № 6. С. 551–560. https://doi.org/10.31857/S0555109920060161
  5. Zhou B., Wang Y., Jiang Z., Salam A., Li K. // J. Wood Chem. Technol. 2021. V. 41. № 4. P. 150–159. https://doi.org/10.1080/02773813.2021.1938130
  6. Kumar B., Verma P. // Fuel. 2021. V. 288. 119622. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119622
  7. Rabinovich M. L. // Cell. Chem. Tech. 2010. V. 44. № 4. P. 173–186.
  8. Alvira P., Tomás-Pejó E., Ballesteros M., Negro M.J. // Biores. Technol. 2010. V. 101. № 13. P. 4851–4861. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.11.093
  9. Zhu J.Y., Pan X.J. // Biores. Tech. 2010. V. 101. № 13. P. 4992–5002. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.11.007
  10. Hendriks A.T.W.M., Zeeman G. // Biores. Technol. 2009. V. 100. № 1. P. 10–18. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.05.027
  11. Kucharska K., Rybarczyk P., Hołowacz I., Łukajtis R., Glinka M., Kamiński M. // Molecules. 2018. V. 23. № 11. 2937. https://doi.org/10.3390/molecules23112937
  12. Asada C., Sasaki C., Uto Y., Sakafuji J., Nakamura Y. // Biochem. Eng. J. 2012. V. 60. P. 25–29. https://doi.org/10.1016/j.bej.2011.09.013
  13. Pielhop T., Amgarten J., von Rohr P.R., Studer M.H. // Biotech. Biofuels. 2016. V. 9. № 1. P. 1–13. https://doi.org/10.1186/s13068-016-0567-1
  14. Doménech P., Manzanares P., Álvarez C., Ballesteros M., Duque A. // Holzforschung. 2020. V. 75. № 3. P. 250–259. https://doi.org/10.1515/hf-2020-0068
  15. Vaidya A.A., Murton K.D., Smith D.A., Dedual G. // Biomass conv. Bioref. 2022. V. 12. № 11. P. 5427–5442. https://doi.org/10.1007/s13399-022-02373-9
  16. Xu X., Wang K., Zhou Y., Lai C., Zhang D., Xia C., Pugazhendhi A. // Fuel. 2023. V. 338. Р. 127361. https://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127361
  17. Zhao X., Zhan Y., Han L., Sun X., Zhang T., Zhao Z. // Processes. 2023. V. 11. № 4. P. 1293. https://doi.org/10.3390/pr11041293
  18. Yin X., Wei L., Pan X., Liu C., Jiang J., Wan. K. // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. 670061. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.670061
  19. Moniruzzaman M., Goto, M. // Appl. Ionic liq. Biotech. 2019. P. 61–77. https://doi.org/10.1007/10_2018_64
  20. Wu W., Li P., Huang L., Wei Y., Li J., Zhang L., Jin Y. // Biomass. 2023. V. 3. № 1. P. 96–107. https://doi.org/10.3390/biomass3010007
  21. Przybysz Buzała K., Kalinowska H., Małachowska E., Boruszewski P., Krajewski K., Przybysz P. // Energies. 2019. V. 12. № 15. 2952. https://doi.org/10.3390/en12152952
  22. Cai C., Zhang C., Li N., Liu H., Xie J., Lou H., Pan X., Zhu J. Y., Wang F. // Renew. Sust. En. Rev. 2023. V. 183. 113445. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113445
  23. Van Wyk J.P.H. // Biomass Bioen. 1999. V. 16. № 3. P. 239–242.
  24. Jin Y., Jameel H., Chang H. M., Phillips R. // J. Wood Chem. Tech. 2010. V. 30. № 1. P. 86–104. https://dx.doi.org/10.1080/02773810903578360
  25. Buzała K., Przybysz P., Rosicka-Kaczmarek J., Kalinowska H. // Cellulose. 2015. V. 22. P. 663–674. https://doi.org/10.1007/s10570-014-0522-x
  26. Доценко Г.С., Чекушина А.В., Кондратьева Е.Г., Правильников А.Г., Андрианов Р.М., Осипов Д.О. и др. // Лес. Вест. 2012. Т. 8. № 91. С. 129–135.
  27. Синицын А.П., Синицына О.А., Зоров И.Н., Рожкова А.М. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2023. Т. 64. № 4. С. 312–333. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9384-2-2023-64-4312-333
  28. Новожилов Е.В., Аксенов А.С., Демидов М.Л., Чухчин Д.Г., Доценко Г.С., Осипов, Д.О., Синицын А.П. // Кат. Пром. 2014. Т. 4. С. 74–80. https://dx.doi.org/10.1134/S2070050414040138
  29. Новожилов Е.В., Синельников И.Г., Аксенов А.С., Чухчин Д.Г., Тышкунова И.В., Рожкова А.М. и др.// Кат. Пром. 2015. Т. 5. С. 78–83. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-5-78-83
  30. Aksenov A.S., Tyshkunova I.V., Poshina D.N., Guryanova A.A., Chukhchin D.G., Sinelnikov I.G. et. al. // Catalysts. 2020. V. 10. 536. https://doi.org/10.3390/catal10050536
  31. Shevchenko A.R., Mayorova K.A., Chukhchin D.G., Malkov A.V., Toptunov E.A., Telitsin V.D. еt al // Fermentation. 2023. V. 9. 936. https://doi.org/10.3390/fermentation9110936
  32. Saini J.K., Patel A.K., Adsul M., Singhania R.R. // Renewable Energy. 2016. V. 98. P. 29–42. https://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2016.03.089
  33. Cai C., Li J., Hirth K., Huber G. W., Lou H., Zhu J. Y. // ChemSusChem. 2020. V. 13. P. 4649–4659. https://doi.org/10.1002/cssc.202001120
  34. Brondi M.G., Elias A. M., Furlan F.F., Giordano R.C., Farinas C.S. // Sci. Rep. 2020. V. 10. 7367. https://doi.org/10.1038/s41598-020-64316-6
  35. Aldaeus F., Larsson K., Srndovic J. S., Kubat M., Karlström K., Peciulyte A., Olsson L., Larsson, P. T. // Cellulose. 2015. V. 22. P. 3991–4002. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0766-0
  36. Huang C., Li R., Tang W., Zheng Y., Meng, X. // Fermentation. 2022. V. 8, 558. https://doi.org/10.3390/fermentation8100558
  37. Wang Z.J., Lan T.Q., Zhu J.Y. // Biotech. Biofuels. 2013. V. 6. 9. https://doi.org/10.1186/1754-6834-6-9
  38. Willför S., Pranovich A., Tamminen T., Puls J., Laine C., Suurnäkki A., Saake B., Uotila K., Simolin H., Hemming J., Holmbom B. // Ind. Crops Prod. 2009. V. 29. P. 571–580. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2008.11.003
  39. Ghose T.K. // Pure Appl. Chem. 1987. V. 59, P. 257–268. https://doi.org/10.1351/pac198759020257
  40. Nelson, N. // J. Biol. Chem. 1944. V. 153. № 2. P. 375–380. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)71980-7
  41. Lowry O.H., Roseborough N.J., Farr A.L., Randall R.J. // J. Biol. Chem. 1951. V. 193. P. 265–275. https://dx.doi.org/10.1016/S0021–9258(19)52451–6
  42. Mosier N., Wyman C., Dale B., Elander R., Lee Y.Y., Holtzapple M., Ladisch M. // Biores. Technol. 2005. V. 96. № 6. P. 673–686. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2004.06.025
  43. Sun S., Sun S., Cao X., Sun R. // Biores. Technol. 2016. V. 199. P. 49–58. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.061
  44. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989. 496 с.
  45. Ek M.; Gellerstedt G., Henriksson G. Pulping Chemistry and Technology. / Eds. M. Ek, G. Gellerstedt, G.r Henriksson. Berlin: Walter de Gruyter GmbH, 2009. V. 2. 471 p.
  46. Мингазова Л.А., Канарский А. В., Крякунова Е.В., Канарская З.А. // Лесн. Журн. 2020. Т. 2. № 374. С. 146–158. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-2-146-158
  47. Новожилов Е.В. // Лесн. Журн. 1999. Т. 2. № 3. С. 180–188.
  48. Ko C.H., Chen F.J., Lee J.J., Tzou D.L.M. // Cellulose. 2011. V. 18. P. 1043–1054. https://doi.org/10.1007/s10570-011-9534-y
  49. Laivins, G.V., Scallan, A.M. // Prod. Paper. 1993. V. 2. P. 1235–1260. https://doi.org/10.15376/frc.1993.2.1235
  50. Rebuzzi, F., Evtuguin, D.V. // Macromol. Symposia. 2005. V. 232. № 1. P. 121–128. https://doi.org/10.1002/masy.200551414
  51. Kamaya Y. // J. Ferm. Bioeng. 1996. V. 82. P. 549–553. https://doi.org/10.1016/S0922-338X(97)81250-0
  52. Garcia-Ubasart J., Torres A.L., Vila C., Pastor F.I.J., Vidal T. // Ind. Crop. Prod. 2013. V. 44. P. 71–76. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.10.019
  53. Shevchenko A.R., Tyshkunova I.V., Chukhchin D.G., Malkov A.V., Toptunov E.A., Telitsin V.D. et al. // Catalysts. 2023. V. 13. № 1. 103. https://doi.org/10.3390/catal13010103
  54. Mayorova K., Aksenov A., Shevchenko A. // AIP Conf. Proc. 2023. V. 2931, P. 030005-1-030005-8 https://doi.org/10.1063/5.0178421

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Показатели выхода глюкозы от абсолютно сухой древесины (%), используемой в технологических процессах получения полуфабрикатов из лиственных (а) и хвойных пород (б): 1 – до высушивания; 2 – после размола; 3 – после высушивания.

Скачать (26KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электронные микрофотографии образцов исходных волокнистых полуфабрикатов ЦБП и частично гидролизованных карбогидразами P. verruculosum: а – волокна нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы; б – волокна полуцеллюлозы, полученной варкой с зеленым щелоком; в-волокна лиственной беленой сульфатной целлюлозы; г – волокна хвойной беленой сульфатной целлюлозы; д – волокна хвойной беленой сульфитной целлюлозы; е – волокна нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы после ферментативной обработки (48 ч, степень конверсии 34%); ж – волокна полуцеллюлозы, полученной варкой с зеленым щелоком после ферментативной обработки (48 ч, степень конверсии 39%); з – волокна лиственной беленой сульфатной целлюлозы после ферментативной обработки (22 ч; степень конверсии 50%); и – волокна хвойной беленой сульфатной целлюлозы после ферментативной обработки (24 ч, степень конверсии 62%); к – волокна хвойной беленой сульфитной целлюлозы после ферментативной обработки (24 ч; степень конверсии 48%). Масштабная линейка – 10 мкм.

Скачать (127KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024