CC BY
188
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ / PHYSICAL-CHEMICAL AND GENERAL BIOLOGY Обзорная статья / Review УДК 612.015.161
DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-43-50
БИОКОНВЕРСИЯ НЕПИЩЕВОГО ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ЧАСТЬ 1
© Е.И. Макарова, В.В. Будаева
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
В работе представлен обзор публикаций по биоконверсии целлюлозосодержащего сырья для получения доброкачественных глюкозных гидролизатов - перспективных питательных сред для микробиологического синтеза. В России потенциальными источниками целлюлозных субстратов, в первую очередь, рассматривается побочная продукция растениеводства и деревопереработки, а также представители энергетических культур, в частности мискантус китайский (Miscanthus sinensis Andersson). Показано, что предварительная обработка биомассы является ключевым этапом в процессе эффективного ферментативного гидролиза. В обзоре описаны изменения, происходящие с основными компонентами сырья в процессе обработки наиболее распространенными и перспективными способами: обработка разбавленными растворами кислоты или щелочи, гидротермическая обработки. Указаны основные достоинства и недостатки рассмотренных способов. Ключевые слова: целлюлозосодержащее сырье, предварительная обработка, ферментативный гидролиз.
Формат цитирования: 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: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-43-50
BIOCONVERSION OF NON-FOOD CELLULOSIC BIOMASS PART 1
E.I. Makarova, V.V. Budaeva
Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies, SB RAS
The paper reviews data on bioconversion of cellulosic biomass to produce good quality glucose hydrolyza-tes, a promising nutrient broth for microbiological synthesis. In Russia, potential sources of cellulosic substrates are principally considered to be sideline products from plant cultivation and wood conversion as well as energy crop representatives, particularly Miscanthus sinensis Andersson. Pretreatment of biomass is shown to be instrumental to effective enzymatic hydrolysis. The review sheds light on variations of basic biomass components during treatment by the most common and promising techniques: treatment with dilute acid and alkali, and hydrothermal treatment. The main advantages and drawbacks of the techniques under question are discussed.
Keywords: cellulosic biomass, pretreatment, enzymatic hydrolysis
For citation: Makarova E.I., Budaeva V.V. Bioconversion of non-food cellulosic biomass. Part 1. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 2, pp. 43-50. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-43-50 (in Russian)
ВВЕДЕНИЕ
Ферментативные гидролизаты из целлюлозосодержащего сырья являются перспективными питательными средами для получения продуктов микробиологического синтеза. В настоящее время для увеличения степени конверсии растительного сырья проводятся
научные исследования, направленные, в основном, как на создание комплексных высокоэффективных биокатализаторов, так и выбор эффективного способа предварительной обработки. Несмотря на достаточно большое количество тематических обзоров [4, 8, 12, 18, 20], посвященных так или иначе теме фермен-
тативного гидролиза предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья, отсутствуют статьи, охватывающие отдельные стадии и их последовательность в процессе ферментативного гидролиза на моделях недревесного сырья.
Представленный в двух частях обзор посвящен перспективным источникам субстратов ферментативного гидролиза (травянистые растения, отходы переработки сельскохозяйственных культур, отходы деревопереработки, энергетические культуры), способам их предварительной обработки (обработка разбавленным раствором кислоты или щелочи, гидротермическая обработка), а также факторам, влияющим на процесс гидролиза (характеристики субстрата, параметры процесса, характеристики целлюлазного комплекса), по источникам отечественной, зарубежной литературы, а также по результатам собственных исследований. Целью первой части обзора является обобщение информации по источникам целлюлозо-содержащих субстратов и химическим способам их получения.
ИСТОЧНИКИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
В настоящее время в России промышленное значение имеют лишь два источника целлюлозы - хлопок и древесная биомасса. Хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу и не требует сложной обработки, однако его использование в качестве субстрата для ферментативного гидролиза нецелесообразно ввиду дороговизны, низкой реакционной способности волокна и широкой востребованности данного вида сырья в различных других областях промышленности. Основные древесные породы (ель, сосна, лиственница, ясень, липа, береза и др.), распространенные на территории Российской Федерации, содержат 35-50% целлюлозы, 16-30% гемицеллюлоз, 20-30% лигнина [3]. Вследствие широкого разнообразия состава и структуры различных видов древесины не существует универсального метода предварительной обработки, который был бы одинаково для них эффективен. Поэтому для каждого вида сырья необходимо подбирать метод предобработки, а зачастую комбинацию нескольких методов [2].
В качестве альтернативных источников целлюлозы рассматриваются растения с относительно низким содержанием лигнина, основная масса структурных компонентов которых представлена целлюлозой. В мире повышенное внимание уделяется травянистым растениям с высоким содержанием целлюлозы, обладающим высокой скоростью накопления цел-люлозосодержащей биомассы в стеблях и выращиваемых традиционными методами сельского хозяйства. Среди них всем известные виды:
овес, кукуруза, пшеница, лен, подсолнечник и др. Список видов-кандидатов активно пополняется [3].
В России потенциальными источниками сырья для химической и топливно-энергетической промышленности в первую очередь может рассматриваться побочная продукция растениеводства и деревопереработки, торф. Отходы переработки сельскохозяйственных культур (солома, стебли хлопчатника, хлопковая шелуха, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, рисовая шелуха и др.) - дешевые материалы, которые в относительно небольшой степени используются для нужд народного хозяйства [1]. Состав отходов в значительной степени зависит от типа вида, но в среднем содержит 30-50% целлюлозы, 20-30% гемицеллюлоз и 10-25% лигнина. В табл. 1 представлен средний состав некоторых видов сельскохозяйственных отходов [8].
Таблица 1 Средний состав некоторых видов сельскохозяйственных отходов
Вид отхода Содержание, %
целлюлоза гемицеллюлозы лигнин
Оболочки оо 16,1 16,2
овса
Оболочки 48,0 17,0 2,0
сои
Рисовая 31,3 24,3 13,3
шелуха
Кукурузная 36,5 28,1 10,4
кочерыжка
Некоторые исследователи считают, что главным резервом производства биотоплива второго поколения могут быть отходы деревопереработки (опилки, кора, щепа и другие отходы лесозаготовок). По прогнозам к 2020 г. эти отходы составят около 110 млн т. Даже если использовать 25% этого количества, то можно получить 8 млн т автоэтанола [1].
В настоящее время во всем мире появилось перспективное направление производства биотоплива из энергетических культур. В табл. 2 представлены некоторые распространенные биотопливные культуры и средние значения содержания основных химических компонентов в них: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина [8]. По некоторым зарубежным источникам лидером среди энергетических культур является мискантус - сырье для волокна и энергии [11 ].
В России также в ближайшее время среди энергетических культур основное внимание может быть уделено мискантусу китайскому (Miscanthus sinensis Andersson), который также называют «веерник китайский» или «китайский камыш». Мискантус - род многолетних травя нистых растений семейства мятликовых. К роду
Таблица 2
Средний химический состав некоторых видов биотопливных культур
Культура Содержание, %
целлюлоза гемицеллюлоза лигнин
Просо 45 30 12
Тополь 45 21 24
Мискантус 48 30 12
Солома пшеницы 38 27 20
Рисовая солома 37 34 12
Багасса сахарного тростника 40 24 25
Хлопковый стебель 31 11 28
Miscanthus относят более 20 видов, распространенных от тропической и Южной Африки до Восточной и Юго-Восточной Азии. Веерник китайский в связи с хорошей урожайностью сухой биомассы, засухоустойчивостью и зимостойкостью активно рассматривается как сырьевой источник целлюлозы [1, 5].
В Институте цитологии и генетики СО РАН выведена необычная форма мискантуса -мискантус сорта Сорановский, которая способна в условиях Западной Сибири дать урожай сухой биомассы (целлюлозосодержащее сырье) на уровне 10-15 т/га/год, что соответствует 4-6 т/га чистой целлюлозы. Скашивание урожая начинается со второго года после посадки и производится ежегодно в течение 15-20 лет. После 20 лет вегетации плантация уничтожается и закладывается новая [6, 17].
СПОСОБЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ
ОБРАБОТКИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО
СЫРЬЯ
Целлюлозосодержащее сырье состоит из трех основных групп полимеров: целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. Целлюлозы и геми-целлюлозы представляют углеводную фракцию биомассы, а лигнин - ароматический полимер, макромолекулы которого построены из фенил-пропановых единиц. Незначительная часть компонентов приходится на органические экстрактивные вещества (в основном терпены) и неорганические соединения - золу.
Предварительная обработка биомассы является ключевым этапом в процессе эффективного ферментативного гидролиза и дальнейшей успешной микробиологической переработки гидролизатов [8, 10, 13].
Схематическое представление влияния предварительной обработки на структуру целлю-лозосодержащего сырья представлено на рис. 1.
Обработка разбавленным раствором кислоты. Одним из самых распространенных способов предварительной обработки различных видов целлюлозосодержащего сырья, в том числе древесины, травянистых культур и сельскохозяйственных отходов является обработка разбавленным раствором кислоты [20].
Использование концентрированных кислот менее предпочтительно, поскольку требует более строгого соблюдения мер безопасности, применения оборудования с повышенной коррозионной стойкостью, а также приводит к образованию побочных продуктов, ингибирующих как действие ферментов (на стадии ферментативного гидролиза растительного сырья), так и микроорганизмов (на стадии микробиологической переработки редуцирующих веществ гид-ролизатов в различные продукты) [2, 10].
Наиболее часто применяется разбавленный раствор серной кислоты, данный способ коммерциализирован для обработки широкого спектра биомассы ввиду своей дешевизны и эффективности [8, 20]. Изучаются также другие неорганические (соляная, фосфорная) и органические (надуксусная) кислоты. В некоторых работах [4, 13] встречается информация об использовании азотной кислоты на стадии предварительной обработки сырья, однако речь в них идет о кислотном гидролизе субстратов.
Обработка разбавленным раствором кислоты проводится при температуре 120-210 оС при концентрации кислоты, как правило, менее 4% и продолжительности от нескольких секунд до 1 ч в реакторах разного типа (периодического действия, поршневых, перколяционных, про-тивоточных и др.). Достоинством такого вида обработки является значительное увеличение реакционной способности к ферментативному гидролизу субстрата вследствие удаления значительного количества гемицеллюлоз с возрастанием массовой доли целлюлозы в субстрате, увеличения доступной площади поверхности, изменения структуры лигнина. Главный недостаток - образование побочных продуктов гидролиза гемицеллюлоз (фурфурол, муравьиная, уксусная и уроновая кислоты) при обработке сырья в более жестких условиях, что снижает выход сахаров и в дальнейшем оказывает негативное влияние на процесс ферментолиза.
На рис. 2 представлены пути образования побочных продуктов из глюкозы и ксилозы при обработке сырья разбавленным раствором кислоты.
Обработка разбавленным раствором кислоты
Рис. 1. Схематическое представление влияния предварительной обработки на структуру целлюлозосодержащего сырья [7]
приводит к изменению структуры лигнина, но не обеспечивает значительной делигнифика-ции. Некоторые исследования показывают, что содержание кислотонерастворимого лигнина в обработанном материале выше, чем в исходном. Данный факт может быть связан с повторной полимеризацией продуктов разрушения полисахаридов (гидроксиметилфурфурол и фурфурол) и/или полимеризацией лигнина с образованием лигниноподобного материала под названием «псевдолигнин». В работе [16] показано, что псевдолигнин может образовываться из углеводов без значительного вклада лигнина в процессе обработки кислотой, особенно при жестких условиях.
Известно, что при обработке растворами кислот степень кристалличности целлюлозы повышается в связи с удалением целлюлозы из аморфных областей, что, в свою очередь, снижает реакционную способность субстрата. Также степень полимеризации целлюлозы снижается, особенно при жестких условиях обработки, что повышает реакционную способность. Поэтому результаты ферментативного гидролиза таких субстратов невозможно предсказать, так как существуют различные точки зрения зрения на эффективность данного способа обработки.
Обработка разбавленным раствором щелочи. Щелочная делигнификация по сравнению с кислотной обработкой имеет ряд преимуществ: проведение процесса при пониженных значениях температуры и давления, отсутствие необходимости использования реакторов из специальных материалов, многократное использование остаточного раствора щелочи.
Недостатками данного метода являются:
46
образование солей, которые не полностью удаляются из обработанных материалов -субстратов и капитальные затраты на переработку отработанного раствора щелочи [8].
Химический процесс сводится к омылению межмолекулярных эфирных связей, которыми «прошиты» гемицеллюлозы и лигнин (рис. 3). Количество побочных продуктов, образующихся в процессе щелочной обработки, гораздо меньше, чем в процессе кислотной.
Щелочная обработка биомассы подразумевает использование растворов оснований, таких как гидроксиды натрия, калия, кальция и аммония. Есть представление отдельных авторов, что в процессе обработки происходит увеличение реакционной способности сырья для действия ферментов, что обусловлено снижением степени полимеризации целлюлозы, ее набуханием, и, соответственно, увеличением внутренней площади поверхности [4, 10, 20].
Эффективность щелочной обработки в основном зависит от температуры и продолжительности реакции, а также концентрации раствора, которые, в свою очередь, зависят от вида сырья. Данный процесс является делиг-нификацией и наиболее эффективно подходит для твердой древесины, травянистых культур и сельскохозяйственных отходов с содержанием лигнина меньше, чем в мягкой древесине. В работе [19] изучено влияние условий обработки на степень делигнификации и удаление ге-мицеллюлоз соломы пшеницы. Авторами установлено, что оптимальные условия достигаются при обработке 1,5%-ым раствором гидроксида натрия в течение 144 ч при температуре 20 оС, в результате чего происходит удаление 60% лигнина и 80% гемицеллюлоз. Одним из перс-
б
Рис. 2. Механизм образования побочных продуктов из глюкозы (а) и ксилозы (б) в процессе обработки целлюлозосодержащего сырья разбавленным раствором кислоты [7, 8]
Рис. 3. Омыление лигнин-углеводного комплекса разбавленным раствором щелочи [8]
пективных способов является аммиачная обработка, которая может проводиться в реакторах периодического и проточного действия [8, 14].
В режиме периодического действия, известного как аммиачный взрыв, лигноцеллю-лозный материал обрабатывается жидким безводным аммиаком при 60-100 оС и при высоком давлении в течение определенного времени, затем давление сбрасывается. Резкий сброс давления ведет к быстрому расширению газообразного аммиака, что вызывает набухание и физическое разрушение волокон биомассы. Данный способ представляет собой физико-химическую обработку, и ее влияние на сырье можно представить комбинацией парового взрыва и щелочной обработки. В отличие от продукта, полученного при паровом взрыве (образуется суспензия биомассы), при
аммиачном взрыве образуется сухой предоб-работанный продукт. Данный способ применяется для различных целлюлозосодержащих материалов (соломы риса, кукурузы, проса и др.), однако, не эффективен для материалов с высоким содержанием лигнина, например, мягких пород древесины. Установлено, что эффективность проточной обработки зависит от продолжительности реакции, температуры, концентрации раствора аммиака и скорости потока жидкости в системе.
Гидротермическая обработка. Одним из наиболее перспективных и используемых способов предварительной обработки является гидротермическая обработка. Достоинствами способа является: отсутствие необходимости использования катализаторов, не требуется изготовления реакторов из специальных материа-
лов и предварительного измельчения сырья. Гидротермическая обработка включает в себя обработку горячей водой и паровой взрыв [8, 9].
Обработка горячей водой - один из старейших методов, в котором целлюлозосодержащее сырье подвергается варке в воде при высоких значениях температуры и давления. Процесс проводится при температуре от 160 оС до 240 оС и продолжительности от нескольких минут до часа в реакторах прямоточного, противоточного и проточного типов. В табл. 3 представлены результаты влияния гидротермической обработки горячей водой на реакционную способность к ферментативному гидролизу различных субстратов [8].
Таблица 3
Результаты обработки горячей водой различных субстратов
Субстрат Условия обработки Степень конверсии целлюлозы, %
Солома пшеницы Кукурузные стебли Просо 200 оС, 40 мин 190 оС, 15 мин 200 оС, 10 мин 95,8 ч/з 72 ч 69,6 ч/з 168 ч 77,4 ч/з 48 ч
При жестких условиях обработки горячей водой большая часть целлюлозы сохраняется в твердой форме с увеличением ее степени кристалличности. Но степень полимеризации целлюлозы постепенно снижается до определенного уровня. Массовая доля кислотонерас-творимого лигнина в продуктах обработки существенно повышается, что объясняется удалением таких компонентов, как экстрактивные вещества и гемицеллюлозы. Информация по образованию псевдолигнина при таком виде обработки в литературе отсутствует.
При паровом взрыве биомассу обрабатывают насыщенным паром под высоким давлением, после чего давление резко снижают, в результате происходит взрывная декомпрессия материалов. Паровой взрыв обычно начинается
1. Булаткин Г.А. Производство биотоплива второго поколения из растительного сырья // Вестник РАН. 2010. Т. 80, № 5-6. С. 522-532.
2. Доценко Г.С., Осипов Д.О., Зоров И.Н., Синицын А.П. Сравнительный анализ влияния предобработки осиновой древесины водными и водно-органическими растворами серной и азотной кислоты на ее реакционную способность при ферментативном гидролизе // Катализ в промышленности. 2015. Т. 15, № 5. С. 67-73.
3. Шумный В.К., Колчанов Н.А., Сакович Г.В., Пармон В.Н., Вепрев С.Г., Нечипоренко Н.Н., Го-рячковская Т.Н., Брянская А.В., Будаева В.В., Же-
при температуре 160-260 оС (давление 0,694,83 МПа), продолжительность выдержки составляет от нескольких секунд до нескольких минут. Затем давление снижается до атмосферного, при этом происходит разрушение гемицеллюлоз и трансформация лигнина [20].
Добавление серной кислоты или углекислоты (катализируемый паровой взрыв) позволяет увеличить реакционную способность к ферментативному гидролизу полученных продуктов, уменьшить количество образующихся ингибиторов и приводит к более полному удалению гемицеллюлоз.
Из-за жестких условий обработки протекает большое количество реакций конденсации и повторной полимеризации между продуктами гидролиза гемицеллюлоз и лигнином, что приводит к повышению содержания кислотонерас-творимого лигнина. По мнению авторов [15] предположительно при паровом взрыве протекает два типа реакций: быстрая деполимеризация нативного лигнина и гемицеллюлоз кислотным гидролизом и последующая конденсация с повторной полимеризацией, что приводит к образованию псевдолигнина и, соответственно, увеличению массовой доли кислотонераство-римого лигнина.
ВЫВОДЫ
Проведен анализ публикаций по биоконверсии целлюлозосодержащего сырья для получения доброкачественных глюкозных гидро-лизатов, обобщены сведения по российским и зарубежным источникам субстратов, в том числе по мискантусу китайскому (Miscanthus sinensis Andersson). Показано, что химическая обработка биомассы является ключевым этапом эффективного ферментативного гидролиза: описаны изменения, происходящие с основными компонентами сырья в процессе обработки разбавленными растворами кислоты или щелочи, а также гидротермической обработки с указанием основных достоинств и недостатков рассмотренных способов.
КИЙ СПИСОК
лезнов А.В., Железнова Н.Б., Золотухин В.Н., Митрофанов Р.Ю., Розанов А.С., Сорокина К.Н., Слынько Н.М., Яковлев В.А., Пельтек С.Е. Поиск возобновляемых источников целлюлозы для многоцелевого использования // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2010. Т.14, № 3. С. 569-57В.
4. Brodeur G., Yau E., Badal K., Collier J., Ramachandran K.B., Ramakrishnan S. Chemical and physicochemical pretreatment of lignocellulosic biomass: a review // Enzyme Research. 2011. Vol. 2011. P. 1-17.
5. Brosse N., Dufour A., Meng X., Sun Q., Ra-gauskas A. Miscanthus: a fast-growing crop for bio-
fuels and chemicals production // Biofuels, Byproducts and Biorefining. 2012. Vol. 6, № 5. Р. 580-598.
6. Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V., Veprev S.G., Sakovich G.V., Shumny V.K. Cellulose from various parts of Soranovskii Miscanthus // Russian Journal of Genetics: Applied Research. 2015. Vol. 5, №. 1. Р. 60-68.
7. Hector R., Hughes S., Liang-Li X. Developing yeast strains for biomass-to-ethanol production // Biomass Magazine - 2008. Режим доступа: http://biomassmagazine.com/articles/1533/developin g-yeast-strains-for-biomass-to-ethanol-production.
8. Hu F., Ragauskas A. Pretreatment and lig-nocellulosic chemistry // Bioenergy Research. 2012. № 5. Р. 1043-1066.
9. Hu Z., Ragauskas A.J. Hydrothermal pre-treatment of switchgrass // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2011. № 50. Р. 4225-4230.
10. Ioelovich M., Morag E. Study of enzymatic hydrolysis of mild pretreated lignocellulosic biomasses // Bioresourses. 2012. Vol. 7, № 1. Р. 1040-1052.
11. Jones M., M. Walsh Miscanthus: For energy and fibre. London: Published by Earthscan, 2001. 192 p.
12. Jordan D.B., Bowman M.J., Braker J.D., Dien B.S., Hector R.E., Lee C.C., Mertens J.A., Wagschal K. Plant cell walls to ethanol // Biochemical Journal. 2012. № 442. P. 241-252.
13. Marzialetti T., Olarte M.B.V., Sievers C., Hoskins T.J.C., Agrawal P.K., Jones Ch.W. Dilute acid hydrolysis of loblolly pine: a comprehensive
approach // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2008. № 47. Р. 7131-7140.
14. Murnen H.K., Balan V., Chundawat Sh.P.S., Bals B., Costa Sousa L., Dale B.E. Optimization of ammonia fiber expansion (AFEX) pretreatment and enzymatic hydrolysis of Miscanthus x giganteus to fermentable sugars // Biotechnology Progress. 2007. № 23. Р. 846-850.
15. Negro M. Changes in various physical/chemical parameters of Pinus pinaster wood after steam explosion pretreatment // Biomass Bio-energy. 2003. № 25. Р. 301-308.
16. Sannigrahi P., Kim D.H., Jung S., Ra-gauskas A. Pseudolignin and pretreatment chemistry // Energy Environ Sci. 2011. № 4. Р. 1306-1310.
17. Shumny V.K., Veprev S.G., Nechiporenko N.N., Goryachkovskaya T.N., Slynko N.M., Kol-chanov N.A., Peltek S.E. A new form of Miscanthus (Chinese silver grass, Miscanthus sinensis - Ander-sson) as a promising source of cellulosic biomass // Advances in Bioscience and Biotechnology. 2010. Vol. 1. P. 167-170.
18. Somerville C. Feedstocks for lignocellulo-sic biofuels // Science. 2010. № 329. Р. 790-792.
19. Sun R., Lawther J.M., Banks W.B. Influence of alkaline pretreatments on the cell wall components of wheat straw // Industrial Crops and Products. 1995. Vol. 4, №. 2. Р. 127-145.
20. Sun Y., Chehg J. Hydrolysis of lignocellu-losic materials for ethanol production: a review // Bioresourse Technology. 2002. № 83. Р. 1-11.
REFERENCES
1. Bulatkin G.A. Proizvodstvo biotopliva vtorogo pokoleniya iz rastitel'nogo syr'ya [Second-generation biofuel produced from plant biomass]. Vestnik RAN -Bulletin of the Russian Academy of Sciences, 2010, vol. 80, no. 5-6, pp. 522-532.
2. Dotsenko G.S., Osipov D.O., Zorov I.N., Sinitsyn A.P. Sravnitel'nyi analiz vliyaniya predobra-botki osinovoi drevesiny vodnymi i vodno-organiches-kimi rastvorami sernoi i azotnoi kisloty na ee reak-tsionnuyu sposobnost' pri fermentativnom gidrolize [Comparative analysis of reactivity of aspen wood in enzymatic hydrolysis in dependence on its pre-treatment in aqueous and aqueous-organic solutions of sulfuric and nitric acid]. Kataliz v promyshlennosti -Catalysis in Industry, 2015, vol. 15, no. 5, pp. 67-73.
3. Shumnyi V.K., Kolchanov N.A., Sakovich G.V., Parmon V.N., Veprev S.G., Nechiporenko N.N., Goryachkovskaya T.N., Bryanskaya A.V., Budaeva V.V., Zheleznov A.V., Zheleznova N.B., Zolotukhin V.N., Mitrofanov R.Yu., Rozanov A.S., Sorokina K.N., Slyn'ko N.M., Yakovlev V.A., Pel'tek S.E. Poisk vozo-bnovlyaemykh istochnikov tsellyulozy dlya mnog-otselevogo ispol'zovaniya [Search for renewable sources of multi-purpose cellulose]. Vavilovskii zhur-nal genetiki i selektsii - Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2010, vol. 14, no. 3, pp. 569-578.
4. Brodeur G., Yau E., Badal K., Collier J., Ra-
machandran K.B., Ramakrishnan S. Chemical and physicochemical pretreatment of lignocellulosic biomass: a review. Enzyme Research, 2011, no. 2011, рр. 1-17. DOI: 10.4061/2011/787532.
5. Brosse N., Dufour A., Meng X., Sun Q., Ra-gauskas A. Miscanthus: a fast-growing crop for biofuels and chemicals production. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 2012, no. 6 (5), pp. 580-598. DOI: 10.1002/bbb.1353.
6. Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V., Veprev S.G., Sakovich G.V., Shumny V.K. Cellulose from various parts of Soranovskii Miscanthus. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2015, no. 5 (1), pp. 6068. DOI: 10.1134/S2079059715010049.
7. Developing yeast strains for biomass-to-ethanol production. Biomass Magazine, 2008. Available at: http://biomassmagazine.com/articles/1533/-developing-yeast-strains-for-biomass-to-ethanol-pro-duction.
8. Hu F., Ragauskas A. Pretreatment and lig-nocellulosic chemistry. Bioenergy Research, 2012, no. 5, рр. 1043-1066. DOI: 10.1007/s12155-012-9208-0.
9. Hu Z., Ragauskas A.J. Hydrothermal pre-treatment of switchgrass. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2011, no. 50, pp. 4225-4230. DOI: 10.1021/ie101886d.
10. Ioelovich M., Morag E. Study of enzymatic
hydrolysis of mild pretreated lignocellulosic biomasses. Bioresourses, 2012, no. 7 (1), pp. 1040-1052. DOI: 10.15376/biores.7.1.1040-1052.
11. Jones M., Walsh M. Miscanthus: For energy and fibre. London, Earthscan Publ., 2001, 192 p.
12. Jordan D.B., Bowman M.J., Braker J.D., Dien B.S., Hector R.E., Lee C.C., Mertens J.A., Wagschal K. Plant cell walls to ethanol. Biochemical Journal, 2012, no. 442, pp. 241-252. D0I:10.1042/BJ20 111922.
13. Marzialetti T., Olarte M.B.V., Sievers C., Hoskins T.J.C., Agrawal P.K., Jones Ch.W. Dilute acid hydrolysis of loblolly pine: a comprehensive approach. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2008, no. 47, pp. 7131-7140. DOI: 10.1021/ ie800455f.
14. Murnen H.K., Balan V., Chundawat Sh.P.S., Bals B., Costa Sousa L., Dale B.E. Optimization of ammonia fiber expansion (AFEX) pretreatment and enzymatic hydrolysis of Miscanthus x giganteus to fermentable sugars. Biotechnology Progress, 2007, no. 23, pp. 846-850. DOI: 10.1021/bp070098m.
15. Negro M. Changes in various physical/chemical parameters of Pinus pinaster wood after steam explosion pretreatment. Biomass Bioenergy,
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Екатерина И. Макарова
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
659322, Россия, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1 К.т.н., мл.н.с. [email protected]
Вера В. Будаева
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
659322, Россия, Алтайский край, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1 К.х.н., доцент [email protected]
Поступила 14.01.2016
2003, no. 25, pp. 301-308. D0l:10.1016/S0961-9534(03)00017-5.
16. Sannigrahi P., Kim D.H., Jung S., Ra-gauskas A. Pseudolignin and pretreatment chemistry. Energy Environ. Sci., 2011, no. 4, pp. 1306-1310. DOI: 10.1039/C0EE00378F.
17. Shumny V.K., Veprev S.G., Nechiporenko N.N., Goryachkovskaya T.N., Slynko N.M., Kol-chanov N.A., Peltek S.E. A new form of Miscanthus (Chinese silver grass, Miscanthus sinensis - Anders-son) as a promising source of cellulosic biomass. Advances in Bioscience and Biotechnology, 2010, no. 1, pp. 167-170. DOI: 10.4236/abb.2010.13023.
18. Somerville C. Feedstocks for lignocellulosic biofuels. Science, 2010, no. 329, pp. 790-792. DOI: 10.1126/science.1189268.
19. Sun R., Lawther J.M., Banks W.B. Influence of alkaline pretreatments on the cell wall components of wheat straw. Industrial Crops and Products, 1995, no. 4 (2), pp. 127-145. DOI: 10.1016/0926 -6690(95)00025-8.
20. Sun Y., Chehg J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Biore-sourse Technology, 2002, no. 83, pp. 1-11. DOI: 10.
1007/s00253-009-1883-1.
AUTHORS' INDEX Affiliations
Ekaterina I. Makarova
Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies, SB RAS 1, Sotsialisticheskaya St., Biysk, Altai Krai, 659322, Russia
PhD of Engineering, Junior researcher [email protected]
Vera V. Budaeva
Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies, SB RAS 1, Sotsialisticheskaya St., Biysk, Altai Krai, 659322, Russia
PhD of Chemistry, Associated professor [email protected]
Received 14.01.2016
