CC BY
88
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ / PHYSICO-CHEMICAL AND GENERAL BIOLOGY Оригинальная статья / Original article УДК 663.534
DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-4-53-60
ПРЕИМУЩЕСТВА СОВМЕЩЕНИЯ БИОКАТАЛИЧЕСКИХ СТАДИЙ В СИНТЕЗЕ БИОЭТАНОЛА ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
© Е.А. Скиба*'** , Г.Ф. Миронова"'*
* Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН ** Бийский технологический институт,
филиал Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова
Исследована возможность совмещения биокаталитических стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения при получении биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья: мискантуса и плодовых оболочек овса. Предварительная химическая обработка сырья проведена методом щелочной делигнификации, полученные субстраты превращены в раствор сахаров методом ферментативного гидролиза, сбраживание сахаров в этанол проведено с помощью штамма Saccharomy-ces сerevisiae ВКПМ Y-1693. Получены субстраты, имеющие массовую долю гидролизуемых компонентов 90,9% и 93,7% соответственно. Установлено, что несмотря на различия в температурных оптимумах биокаталитических стадий, при их совмещении выход этанола повышается в 1,4 раза для продукта щелочной делигнификации мискантуса и в 1,2 раза для продукта щелочной делигнификации плодовых оболочек овса; общая продолжительность процесса сокращается в 1,5 раза; исключается стадия фильтрации ферментативного гидролизата. Выявлены преимущества совмещения биокаталитических стадий при получении биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья. Ключевые слова: мискантус, плодовые оболочки овса, щелочная делигнификация, ферментативный гидролиз, спиртовое брожение, биоэтанол.
Формат цитирования: Скиба Е.А., Миронова Г.Ф. Преимущества совмещения биокаталических стадий в синтезе биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 4. С. 53-60. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-4-53-60
ADVANTAGES OF COMBINING BIOCATALYTIC STAGES IN BIOETHANOL SYNTHESIS FROM CELLULOSIC BIOMASSES
E.A. Skiba*'** , G.F. Mironova**' *
* Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies SB RAS
** Biysk Technological Institute (Branch) Altai State Technical University of I.I. Polzunov
The study aims to examine a possibility of combining the biocatalytic stages of enzymatic hydrolysis and alcoholic fermentation in the synthesis of ethanol from the cellulosic feedstocks, Miscanthus and oat hulls. Chemical pretreatment of the feedstocks was performed by alkaline delignification, whereupon the resultant substrates were transformed into a sugar solution by enzymatic hydrolysis; the sugars were fermented into ethanol by the Saccharomyces сerevisiae Y-1693 (RNCIM). The obtained substrates had 90.9% and 93.7% of hydro-lyzables, respectively. Despite the difference in temperature optima of the biocatalytic stages, their combination increases the ethanol yield by a factor of 1.4 for the alkaline Miscanthus delignification product and by a factor of 1.2 for the alkaline oat-hull delignification product. The overall process time is reduced by 1.5 times and filtration of the enzymatic hydrolyzate is omitted. The advantages from the combination of the biocatalytic stages when producing ethanol from the cellulosic biomasses were revealed.
Keywords: miscanthus, oat hulls, alkaline delignification, enzymatic hydrolysis, alcoholic fermentation, bioethanol
For citation: Skiba E.A., Mironova G.F. Advantages of combining biocatalytic stages in the synthesis of bioetha-nol from lignocellulosic feedstocks. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 4, pp. 53-60. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-64-53-60 (in Russian)
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы получения и применения биотоп-лив второго поколения и, в частности, биоэтанола, широко обсуждаются в научной литературе, а также на законодательном и политическом уровнях [1-6]. Одним из путей совершенствования технологии биоэтанола из целлюлозосо-держащего сырья является совмещение биокаталитических стадий превращения сырья, т.е. стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения [2, 5, 6]. Это обусловлено следующими причинами:
1. Стадия ферментативного гидролиза очень длительна, может занимать от 48 ч до 144 ч [4, 7], а совмещение стадий позволяет сократить общую продолжительность процесса.
2. Ферментативные гидролизаты однолетней целлюлозы, как правило, являются биологическими доброкачественными и легко подвергаются контаминации посторонней микрофлорой [8-11]: чем раньше будет внесен продуцент биоэтанола, тем выше будет микробиологическая стабильность процесса и выход биоэтанола.
3. При внесении продуцентов биоэтанола редуцирующие вещества начинают отводиться из системы и расходоваться на синтез биоэтанола, таким образом равновесие ферментативной реакции гидролиза целлюлозы постоянно смещается в сторону образования продуктов реакции (глюкозы). Этим достигается интенсификация процесса осахаривания. Кроме того системы, построенные на отводе продуктов ферментативной реакции, позволяют повысить начальную концентрацию субстрата и получить более высокую концентрацию продуктов. В технологии биоэтанола это особенно важно, так как ферментативный гидролиз при повышенной начальной концентрации субстрата является ключевым для масштабирования этого процесса; высокая концентрация редуцирующих сахаров обеспечивает высокую концентрацию биоэтанола в бражке, а значит, приводит к экономии
капиталозатрат, снижению рабочей стоимости ферментативного гидролизата, минимизации энергозатрат на стадиях дистилляции и ректификации биоэтанола [2, 4].
Проблемой совмещения стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения является разность оптимумов действия ферментов, используемых на этих стадиях. На стадии осахаривания при температуре от 60 до 40 °С работает комплекс целлюлолитических ферментов (целлюлаза, р-глюканаза, целло-биаза), отвечающий за превращение целлюлозы в глюкозу [7]. На стадии спиртового брожения - комплекс ферментов продуцентов, отвечающий за превращение глюкозы в биоэтанол (ферменты пути Эмбдена-Мейергофа-Парнаса и последующего декарбоксилирования пирува-та с образованием ацетальдегида и восстановления ацетальдегида в этанол) [12]. Продуценты, используемые для получения биоэтанола, сильно различаются по температурному оптимуму. В табл. 1 приведены оптимальные параметры культивирования некоторых штаммов известных продуцентов.
Методами генетической инженерии направленно создаются термотолерантные штаммы, температурный оптимум метаболизма которых совпадает с температурным оптимумом действия целлюлолитических ферментов. Известно, что генноинженерные штаммы являются более требовательными в отношении состава питательной среды, нуждаются в асептических условиях культивирования и подвержены спонтанным мутациям, приводящим к резкому снижению биосинтетической способности [24]. Поэтому в реальных производственных условиях более целесообразно использовать проверенные штаммы, устойчивые к колебаниям состава питательных сред, контаминации посторонней микрофлорой и стабильно сохраняющие биосинтетическую активность.
В данной работе использован штамм Sac-
Микроорганизм Оптимальные параметры культивирования Ссылка на источник
pH t, oC
Bacillus stratosphericus ВКПМ В-11677 6,5-7,5 30-37 [13]
Geobacillus stearothermophilus ВКПМ В-11691 6,5-7,5 60-65 [14]
Saccharomyces cerevisiae ВКПМ В-3855 4,5-5,5 20-30 [15]
Clostridium acetobutylicum ВКПМ B-2512D 5,5-6,0 37 [16]
Clostridium thermocellum 4,0-5,0 40-50 [17]
Thermoanaerobacter italicus 7,3 55-70 [18]
Clavispora sp. NRRL Y-50464 7,0 37 [19]
Pichia stipites 4,0-5,5 30 [20]
Рекомбинантные штаммы Zymomonas mobilis 5,7-6,5 30 [21]
Candida shehatae HM 52.2 4,8 28 [22]
Spathaspora arborariae NRRLY-48658 4,8 28 [22]
Kluyveromyces marxianus CECT 10875 4,8-5,5 42 [23]
Таблица 1
Оптимальные параметры культивирования продуцентов этанола
charomyces œrevisiae ВКПМ Y-1693, выделенный из ферментера Котласского целлюлозно-бумажного комбината Архангельской области и использовавшийся для производства спирта на сульфитных щелоках. Особенностью штамма является его устойчивость к вредным примесям гидролизатов. Оптимальной для штамма является температура 26-28 оС. Ранее было показано, что данный штамм устойчив к отсутствию питательных веществ в среде, к продуктам собственного обмена и к средам, полученным из целлюлозосодержащего сырья путем ферментативного гидролиза [9-11].
В работе использованы два вида сырья: мискантус сорта Сорановский и плодовые оболочки овса (ПОО). Мискантус - род многолетних травянистых растений семейства мятликовых (злаковых), он обладает высокой урожайностью при минимальных затратах на возделывание (возможно получать до 15 т сухой массы в течение 15-20 лет после однократных затрат на его посадку) и способен расти на почвах, непригодных для традиционного земледелия [25, 26]. ПОО являются многотоннажным отходом зер-нопереработки, составляющим до 28% от массы зерна. ПОО в промышленных масштабах скапливаются на перерабатывающих предприятиях, не нуждаются в измельчении, т.е. являются не только доступным, но и технологичным сырьем с нулевой себестоимостью [26].
Сырье подвергалось предварительной химической обработке путем щелочной делигнификации, после чего продукты щелочной делигнификации превращались в раствор моносахаридов методом ферментативного гидролиза, далее на полученных средах синтезировался биоэтанол. Целью работы являлось исследование возможности совмещения биокаталитических стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения при получении биоэтанола из продуктов щелочной делигнификации (ПЩД) мискантуса и ПОО.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Щелочная делигнификация заключалась в обработке сырья 4%-м раствором гидроксида натрия при атмосферном давлении и температуре 90-96 оС. После щелочной делигнификации продукты промывались до нейтральной реакции и отжимались на фильтр-прессе. На ферментативный гидролиз ПЩД направлялись во влажном состоянии. Определение основных характеристик сырья (мискантуса и ПОО) и продуктов щелочной делигнификации (ПЩД мискантуса и ПЩД ПОО): массовой доли (м.д.) целлюлозы по Кюршнеру, м.д. пентозанов, м.д. кислотонерас-творимого лигнина, м.д. золы, проводилось по стандартным методикам [27].
Ферментативный гидролиз и спиртовое брожение ПЩД мискантуса и ПЩД ПОО осу-
ществлялись согласно методике, описанной в работах [9, 11]. Концентрация субстрата составила 60 г/л. В качестве биокатализаторов использовалась смесь коммерчески доступных ферментных препаратов «Целлолюкс-А» и «Брюзайм BGX», вносимых в количестве 0,04 г/г субстрата и 0,1 г/г субстрата соответственно. При последовательном проведении ферментативного гидролиза и спиртового брожения, ферментативный гидролиз проводился 72 ч при 48 оС, затем гидролизат фильтровался и стерилизовался путем автоклавирования при 0,5 атм в течение 20 мин. После проверки стерильности в среды вносилось 10% суспензии засевных дрожжей Saccharomyces œrevisiae ВКПМ Y-1693 и проводилось спиртовое брожение при 28 оС трое суток. Качество засевных дрожжей соответствовало отраслевым требованиям: общее количество дрожжей - 122 млн КОЕ/мл, при этом доля почкующихся клеток составила 30,5%, мертвых -0,4%; посторонних микроорганизмов не обнаружено. Инокулят получен культивированием в течение 24 ч в анаэробных условиях на среде неохмеленного солодового сусла при 28 оС.
При совмещении биокаталитических стадий ферментативный гидролиз проводился 24 ч, затем реакционная масса охлаждалась до 28 оС, вносились засевные дрожжи, и в течение 3-х последующих суток проводилось спиртовое брожение, совмещенное с ферментативным гидролизом, стадия фильтрования гидролизата при этом исключалась.
В процессе ферментативного гидролиза и спиртового брожения активная кислотность поддерживалась на уровне 4,7 ± 0,2 ед. pH с помощью ортофосфорной кислоты и гидроксида аммония. Концентрация РВ в пересчете на глюкозу определялась спектрофотометрическим методом с использованием реактива на основе 3,5-динитросалициловой кислоты (Panreac, Испания) на спектрофотометре «UNICO UV-2804» (США); относительная погрешность метода составляет 3,45%. Крепость бражки определялась ареомет-рически в дистилляте. Выход редуцирующих веществ рассчитывали в двух вариантах: на массу субстрата и на массу гидролизуемых компонентов (сумму массовых долей целлюлозы и пентозанов). Для обоих случаев выход редуцирующих веществ рассчитывали с учетом коэффициента 0,9, обусловленного присоединением молекулы воды к ангидроглюкозным остаткам соответствующих мономерных звеньев в результате ферментативного гидролиза. Выход этанола рассчитан от концентрации РВ согласно сте-хиометрическому уравнению, а также от массы субстрата. Опыты повторены трижды.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Химические показатели сырья (мискантуса и ПОО) и продуктов его щелочной делигнификации
Таблица 2
Химические показатели сырья и продуктов его щелочной делигнификации
Характеристики Мискантус ПЩД мискантуса ПОО ПЩД ПОО
М.д. целлюлозы по Кюршнеру, % 46,2 81,5 44,7 87,5
М.д. остаточного лигнина, % 26,1 3,6 18,1 4,0
М.д. пентозанов, % 21,3 9,4 30,8 6,2
М.д. золы, % 5,9 5,5 4,6 2,3
Содержание гидролизуемых компонентов, % 67,5 90,9 75,5 93,7
Примечание: М.д. - массовая доля в расчете на абсолютно сухое вещество.
делигнификации (ПЩД М и ПЩД ПОО) представлены в табл. 2. Щелочная делигнификация мискантуса позволяет в 1,8 раза повысить содержание целлюлозы, в 2,3 раза снизить содержание пентозанов, в 7,3 раз - лигнина, зольность практически не изменяется. Для ПОО в 2 раза повышается содержание целлюлозы, в 5 раз снижается содержание пентозанов, в 4,5 раза -лигнина, в 2 раза - золы. Из обоих видов сырья эффективно удаляется лигнин; остаточный лигнин находится примерно на одном уровне в обоих ПЩД.
Щелочная делигнификация позволяет более эффективно удалить пентозаны и снизить зольность для ПОО, чем для мискантуса. Разница в воздействии объясняется природой сырья. ПОО представляют собой одну часть растения, морфологически однородную, предназначенную для сохранения семени злака - зерна, в то время как биомасса мискантуса представлена всеми надземными частями растения: стеблем, листьями, цветоносом, соцветием, пухом. В отличие от ПОО, «откалиброванных» по размеру, мис-кантус перед химической трансформацией необходимо измельчать [26]. Мискантус относится к «энергетическим» быстрорастущим культурам, растение имеет жесткий остов и повышенную прочность, чем объясняется устойчивость биомассы мискантуса к различным видам химических обработок [28].
Сумма гидролизуемых компонентов в ПЩД мискантуса составляет 90,9%, в ПЩД ПОО -
93,7%, что позволяет предположить высокую реакционную способность к ферментативному гидролизу данных субстратов и их пригодность для последующего биосинтеза биоэтанола.
Зависимость концентрации РВ от продолжительности процесса при последовательном и совмещенном проведении биокаталитических стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения для ПЩД мискантуса и ПЩД ПОО отражена на рисунке.
Накопление редуцирующих веществ при ферментативном гидролизе двух субстратов заметно отличается: ПЩД ПОО гидролизовался намного быстрее и уже через 20 ч концентрация РВ достигает максимума - 38,6 г/л. При ферментативном гидролизе ПЩД мискантуса концентрация РВ увеличивалась постепенно и достигла значения 38,7 г/л через 72 ч, однако график не вышел на плато. Выходы РВ от концентрации субстрата для ПЩД мискантуса и ПОО близки: 58,0% и 58,1% соответственно, а в пересчете на сумму гидролизуемых компонентов - 63,9% и 61,8% соответственно.
При совмещенном проведении ферментативного гидролиза и спиртового брожения выход РВ посчитать нельзя, так как РВ, не достигнув максимального значения, начинают расходоваться на синтез биоэтанола. Остаточная концентрация РВ в бражке из ферментативного гид-ролизата ПЩД мискантуса составила 2,8 г/л, ПЩД ПОО - 8,6 г/л. Аналогичные различия в остаточной концентрации РВ в бражке наблю-
Таблица 3
Результаты биокаталитических превращений ПЩД мискантуса и ПЩД ПОО
Показатель
ПЩД мискантуса
ПЩД ПОО
ПБС СБС ПБС СБС
60,0 60,0 60,0 60,0
38,7 31,7 38,5 35,2
58,0 — 57,7 —
1,2 1,7 1,4 1,7
4,4 2,8 12,1 8,6
48,1 - 56,2 -
27,9 39,5 32,5 39,5
Концентрация субстрата, г/л
Максимальная концентрация редуцирующих веществ (РВ) на стадии
ферментативного гидролиза, г/л
Выход РВ, % от массы субстрата
Крепость бражки, об. %
Остаточная концентрация РВ в бражке, г/л
Выход биоэтанола, % от концентрации РВ
Выход биоэтанола от массы субстрата, %_
Примечание: 1 - ПБС - последовательные биокаталитические стадии; 2 - СБС - совмещенные биокаталитические стадии; 3 - выход РВ от массы субстрата и выход этанола от концентрации РВ для СБС нельзя посчитать.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Продолжительность процесса, ч
• ПБС для ПЩД мискантуса А СБС для ПЩД мискантуса
-О-ПБС для ПЩД ПОО -Л-СБС для ПЩД ПОО
Зависимость концентрации РВ от продолжительности процесса при последовательном (ПБС) и совмещенном проведении биокаталитических стадий (СБС) ферментативного гидролиза и спиртового брожения для ПЩД мискантуса и ПЩД ПОО
даются при последовательном проведении биокаталитических стадий - 4,4 г/л (ПШД мискантуса) против 12,1 г/л (ПЩД ПОО). Возможно, в ферментативном гидролизате из ПЩД ПОО содержится больше сахаров, несбраживаемых штаммом Saccharomyces сerevisiae ВКПМ Y-1693 РВ (целлобиоза, ксилоза, арабиноза). При совмещении ферментативного гидролиза и спиртового брожения общая продолжительность процесса сокращается в 1,5 раза и исключается стадия фильтрации ферментативного гидролизата, т.е. процесс становится более технологичным, и упрощается задача его масштабирования.
В табл. 3 представлены результаты биокаталитических превращений ПЩД мискантуса и ПЩД ПОО. Сравнение выхода биоэтанола при последовательном проведении биокаталитических стадий показывает преимущества для ПЩД ПОО: крепость бражки выше в 1,17 раз, чем для ПЩД мискантуса. При анализе вклада каждой стадии можно выявить, что преимущество достигается на стадии спиртового брожения: выход этанола от концентрации РВ составил 48,1% для ПЩД мискантуса и 56,2% - для ПЩД ПОО.
Для обоих видов субстратов совмещение ферментативного гидролиза и спиртового сбраживания приводит к повышению выхода этанола: в 1,4 раза для ПЩД мискантуса и в 1,2 раза для ПЩД ПОО. Это объясняется отводом глюкозы из системы (ее превращением в этанол) и смещением равновесия суммарной ферментативной реакции гидролиза целлюлозы в сторону образования
продуктов реакции. Таким образом, установлено что, несмотря на различия в температурных оп-тимумах ферментативного гидролиза и спиртового брожения, целесообразно проводить их совмещение.
ВЫВОДЫ
1. Получены продукты щелочной делигни-фикации мискантуса и плодовых оболочек овса с содержанием гидролизуемых компонентов 90,9% и 93,7% соответственно.
2. Установлено, что ферментативный гидролиз в водной среде при концентрации субстратов 60 г/л позволяет получить выход РВ от суммы гидролизуемых компонентов для продуктов щелочной делигнификации мискантуса и плодовых оболочек овса - 63,9% и 61,8% соответственно.
3. Установлено, что несмотря на различия в температурных оптимумах биокаталитических стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения, целесообразно их совмещать, так как это приводит к повышению выхода этанола в 1,4 раза для продукта щелочной делигнификации мискантуса и в 1,2 раза - для продукта щелочной делигнификации плодовых оболочек овса.
4. Показано, что дополнительными преимуществами совмещения биокаталитических стадий ферментативного гидролиза и спиртового брожения являются сокращение общей продолжительность процесса в 1,5 раза и исключение стадии фильтрации ферментативного гидролизата.
1. Somerville C. Feedstocks for lignocellulosic biofuels // Science. 2010. N 329. Р. 790-792.
2. Mussatto S.I, Dragone G, Guimaraes P.MR et al. Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production // Biotechnology Advances. 2010. Vol. 28. Р. 817-830.
3. DEH Ethanol Standard 18/2004 Report, Setting a Quality Standard for Fuel Ethanol. International Fuel Quality Center, 2004.
4. Ioelovich M., Morag E. Effect of cellulose structure on enzymatic hydrolysis // BioResources. 2011. Vol. 6, N 3. P. 2818-2834.
5. Ramachandran К.В., Hashim М.А. Simulation studies on simultaneous saccharification and fermentation of cellulose to ethanol // The Chemical Engineering Journal. 1990. Vol. 45, N 2. P. B27-B34.
6. Saxena A., Garg S.K., Verma J. Simultaneous saccharificatiom and fermentation of waste newspaper to ethanol // Bioresour. Technology. 1992. Vol. 42, N 1. P. 13-15.
7. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов
B.М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. М.: Изд-во Московского университета, 1995. 224 с.
8. Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1973. 408 с.
9. ^иба Е.А. Методика определения биологической доброкачественности гидролизатов из целлюлозосодержащего сырья с помощью штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-1693 // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. N 1 (16). С. 34-44.
10. Скиба Е.А., Будаева В.В., Митрофанов Р.Ю. Сбраживание нецелевых гидролизатов с помощью Saccharomyces cerevisiae (штамм Y-1693) // Ползуновский вестник. 2010. N 4-1. С. 180-183.
11. Скиба Е.А., Байбакова О.В. Изучение устойчивости штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-1693 к ферментативным гидролизным средам // Ползуновский вестник. 2013. N 3.
C. 214-219.
12. Румянцев Е.В., Антина Е.В., Чистяков Ю.В. Химические основы жизни: учеб. пособие по направлению подготовки бакалавров и магистров «Химия». М.: КолосС, 2007. 560 с.
13. Пат. № 2560585, Российская Федерация, МПК С12Ш/20, C12P7/06, C12R1/07. Штамм бактерий Bacillus stratosphericus, предназначенный для получения этанола из лигноцеллюлозной биомассы / А.В. Брянская, К.В. Старостин, А.С. Розанов, С.В. Шеховцов, Т.Н. Горячковская, С.Е. Пельтек, заявитель и патентообладатель ООО «Линия солнца». № 2014143872/10; заявл. 29. 10. 14; опубл. 20.08.15, Бюл. № 23. 6 с.
14. Пат. № 2534880, Российская Федерация, МПК С12Ш/20, C12P7/06, d2R1/01. Штамм бактерии Geobacillus stearothermophilus - продуцент биоэтанола / А.С. Розанов, Т.К. Малуп, А.В. Брянская, С.Е. Пельтек; заявитель и патентооблада-
КИЙ СПИСОК
тель ФГБУН «Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН». № 2013142985/10; заявл. 23.09.13; опубл. 10.12.14, Бюл. № 34. 6 с.
15. Пат. № 2492229, Российская Федерация, МПК C12N1/16, C12P7/06, C12R1/865. Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae, используемый для получения спирта / С.Ц. Котенко, Э.А. Хали-лова, Э.А. Исламмагомедова, Д.А. Аливердиева; заявитель и патентообладатель ФГБУН «Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН». № 2012119355/ 10; заявл. 11.05.12; опубл. 10.09.13, Бюл. № 25. 9 с.
16. Пат. № 2393213, Российская Федерация, МПК C12N1/20, C12P7/00, C12R1/145. Штамм бактерий Clostridium acetobutylicum - продуцент н-бутилового спирта, ацетона и этанола / В.А. Поляков, Л.В. Римарева, Г.В. Галкина, В.И. Илларионова, Е.В. Куксова, Е.В. Горбатова, Г.С. Волкова; заявитель и патентообладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии Российской академии сельскохозяйственных наук». № 2008149763/13; заявл. 17.12.08; опубл. 27.06.10, Бюл. № 18. 5 с.
17. Guss A., Lynd L.R. Clostridium thermocel-lum strains for enhanced ethanol production and method of their use. Patent of WO no. WO2012109578 A3, 2012.
18. Kvist T., Mikkelsen M.J., Andersen R.L. Thermophilic Thermoanaerobacter italicus subsp. marato having high alcohol productivity. Patent of EP no. EP2516621 A1, 2012.
19. Liu Z.L., Weber S.A. Clavispora spp. strain. Patent of USA no. US8673604 B1, 2014.
20. Sant'Anna L.M.M., Pereira N., Bitancur G.J.V, Bevilaqua J.V., Gomes A.C., Menezes E.P. Process for producing ethanol from a hydrolysate of the hemicellulose fraction of sugarcane bagasse in a press reactor. Patent of USA no. US20100273228 A1, 2010.
21. Hugh G. Lawford, Joyce D. Rousseau, and Jeffrey S. Tolan. Сomparative ethanol productivities of different Zymomonas recombinants fermenting oat hull hydrolysate // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2001. Vol. 91-93. P. 133-146.
22. Hickert L.R., Cruz M.M., Dillon A.J.P. et al. Fermentation kinetics of acid-enzymatic soybean hull hydrolysate in immobilized-cell bioreactors of Saccha-romyces cerevisiae, Candida shehatae, Spathaspora arborariae, and their co-cultivations // Biochemical Engineering Journal. 2014. Vol. 88. P. 61-67.
23. Ballesteros I., Ballesteros M., Manzanares P., Negro M. J., Oliva J. M., Saez F. Dilute sulfuric acid pretreatment of cardoon for ethanol production // Biochemical Engineering Journal. 2008. Vol. 42, N 1. P. 84-91.
24. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. М.: Изд-во «Элевар», 2000. 512 с.
25. Слынько Н.М., Горячковская Т.Н., Шеховцов С.В. и др. Биотехнологический потенциал новой технической культуры - мискантус сорт Сора-
новский // Вавиловский журнал селекции и генетики. 2013. Т. 17, N 4/1. С. 765-771.
26. Будаева В.В., Митрофанов Р.Ю., Золотухин В.Н., Сакович Г.В. Новые сырьевые источники целлюлозы для технической химии // Вестник Казанского технологического университета. 2011. N 7. С. 205-212.
27. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леоно-
1. Somerville C. Feedstocks for lignocellulosic biofuels. Science. 2010, no. 329, pp. 790-792.
2. Mussatto S.I, Dragone G, Guimaraes P.MR [et al.] Technological trends, global market, and challenges of bio-ethanol production. Biotechnology Advances. 2010, vol. 28, pp. 817-830.
3. DEH Ethanol Standard 18/2004 Report, Setting a Quality Standard for Fuel Ethanol, International Fuel Quality Center, 2004.
4. Ioelovich M., Morag E. Effect of cellulose structure on enzymatic hydrolysis. BioResources. 2011, vol. 6, no. 3, pp. 2818-2834.
5. Ramachandran K.B., Hashim M.A. Simulation studies on simultaneous saccharification and fermentation of cellulose to ethanol. The Chemical Engineering Journal. 1990, vol. 45, no. 2, pp. B27-B34.
6. Saxena A., Garg S.K., Verma J. Simultaneous saccharificatiom and fermentation of waste newspaper to ethanol. Bioresour. Technology. 1992, vol. 42, no. 1, pp. 13-15.
7. Sinitsyn A.P., Gusakov A.V., Chernoglazov V.M. Biokonversiya lignotsellyuloznykh materialov [Bioconversion of lignocellulosic biomass]. Moscow, Izd-vo Moskovskogo universiteta Publ.,1995, 224 p.
8. Sharkov V.I., Sapotnitskii S.A., Dmitrieva O.A. Tekhnologiya gidroliznykh proizvodstv [Technology of wood-hydrolysis productions]. Moscow, Le-snaya promyshlennost' Publ., 1973, 408 p.
9. Skiba E.A. Determination procedure for biological goodness of hydrolyzates from cellulosic biomass using Saccharomyces cerevisiae Y-1693 strain. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologi-ya. [Proceedings of Higher School. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, no.1 (16), pp. 34-44. (in Russian)
10. Skiba E.A., Budaeva V.V., Mitrofanov R.Yu. Fermentation of non-target hydrolyzates using Sac-charomyces cerevisiae (Y-1693 strain). Polzunovskiy Vestnik. [Polzunov Bulletin]. 2010, no. 4-1, pp. 180183. (in Russian)
11. Skiba E.A., Baibakova O.V. Study into resistance of Saccharomyces cerevisiae Y-1693 strain to hydrolysis media. Polzunovskiy Vestnik [Polzunov Bulletin]. 2013, no. 3, pp. 214-219. (in Russian)
12. Rumyantsev E.V., Antina E.V., Chistyakov Yu.V. Khimicheskie osnovy zhizni [Chemical Fundamentals of Life]. Moscow, KolosS Publ., 2007, 560 p.
13. Bryanskaya A.V. [et al.] Shtamm bakterii Bacillus stratosphericus, prednaznachennyi dlya polucheniya etanola iz lignotsellyuloznoi biomassy
вич А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. M.: Экология, 1991. 320 с.
28. 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. N 1. P. 60-68. DOI: 10.1134/S2079059715010049. ISSN: 2079-0597. Scopus (eid): 2-s2.0-84923834040.
ES
[Bacillus stratosphericus strains intended for ethanol production from lignocellulosics]. Patent RF, no. 2560585, 2015.
14. Rozanov A.S. [et al.] Shtamm bakterii Geo-bacillus stearothermophilus - produtsent bioetanola [Geobacillus stearothermophilus strain - bioethanol producer]. Patent RF, no. 2534880, 2014.
15. Kotenko S.Ts. [et al.] Shtamm drozhzhei Saccharomyces cerevisiae, ispol'zuemyi dlya polu-cheniya spirta [Saccharomyces cerevisiae strain in use for alcohol production,]. Patent RF, no. 2492229, 2013.
16. Polyakov V.A. [et al.]. Shtamm bakterii Clos-tridium acetobutylicum - produtsent n-butilovogo spir-ta, atsetona i etanola [Clostridium acetobutylicum strain - n-butyl alcohol producer]. Patent RF, no. 2393213, 2010.
17. Guss A., Lynd L.R. Clostridium thermocel-lum strains for enhanced ethanol production and method of their use. Patent of WO, no. WO2012109578 A3, 2012.
18. Kvist T., Mikkelsen M.J., Andersen R.L. Thermophilic Thermoanaerobacter italicus subsp. marato having high alcohol productivity. Patent of EP, no. EP2516621 A1, 2012.
19. Liu Z.L., Weber S.A. Clavispora spp. strain. Patent of USA, no. US8673604 B1, 2014.
20. 20. Sant'Anna L.M.M., Pereira N., Bitancur G.J.V, Bevilaqua J.V., Gomes A.C., Menezes E.P. Process for producing ethanol from a hydrolysate of the hemicellulose fraction of sugarcane bagasse in a press reactor. Patent of USA, no. US20100273228 A1, 2010.
21. Hugh G. Lawford, Joyce D. Rousseau, and Jeffrey S. Tolan. Сomparative ethanol productivities of different Zymomonas recombinants fermenting oat hull hydrolysate. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2001, vol. 91-93, pp. 133-146.
22. Hickert L.R., Cruz M.M., Dillon A.J.P. [et al.] Fermentation kinetics of acid-enzymatic soybean hull hydrolysate in immobilized-cell bioreactors of Saccha-romyces cerevisiae, Candida shehatae, Spathaspora arborariae, and their co-cultivations. Biochemical Engineering Journal. 2014, vol. 88, pp. 61-67.
23. Ballesteros I., Ballesteros M., Manzanares P., Negro M.J., Oliva J.M., Sáez F. Dilute sulfuric acid pretreatment of cardoon for ethanol production. Biochemical Engineering Journal. 2008, vol. 42, no. 1, pp. 84-91.
24. Gracheva I.M., Krivova A.Yu. Tekhnologiya fermentnykh preparatov [Technology of Enzyme
Preparations]. Moscow, Elevar Publ., 2000, 512 p.
25. Slyn'ko N.M., Goryachkovskaya T.N., Shekhovtsov S.V. [et al]. Biotechnological potential of a new technical crop, Miscanthus var. Soranovkiy. Vavilovskii zhurnal selektsii i genetiki. [Russian Journal of Genetics: Applied Research]. 2013, vol. 17, no. 4/1, pp. 765-771. (in Russian)
26. Budaeva V.V., Mitrofanov R.Yu., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V. New raw sources of cellulose for technical chemistry. Vestnik Kazanskogo tekhnolog-icheskogo universiteta. [Bulletin of Kazan Technologi-
Критерии авторства
Скиба Е.А., Миронова Г.Ф. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Скиба Е.А., Миронова Г.Ф. имеют на статью авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Екатерина А. Скиба
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
659322, Россия, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1
Бийский технологический институт, филиал
Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова
659305, Россия, г. Бийск, ул. Трофимова, 47
К.т.н., доцент, с.н.с.
Галина Ф. Миронова
Бийский технологический институт, филиал Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова 659305, Россия, г. Бийск, ул. Трофимова, 47 Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН
659322, Россия, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1 Студент
Поступила 07.06.2016
cal Universty]. 2011, no. 7, pp. 205-212. (in Russian)
27. Obolenskaya A.V., El'nitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratornye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy [Laboratory Works on Wood and Cellulose Chemistry]. Moscow, Ekologiya Publ., 1991, 320 p.
28. 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, no. 1, p. 60-68. DOI: 10.1134/S2079059715010049. ISSN: 2079-0597. Scopus (eid): 2-s2.0-84923834040.
Contribution
Skiba E.A., Mironova G.F. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Skiba E.A., Mironova G.F. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
AUTHORS' INDEX Affiliations
Ekaterina А. Skiba
Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies SB RAS
1, Sotsialisticheskaya St., Biysk, 6592322, Russia
Biysk Technological Institute, Polzunov Altai State
Technical University
47 Trofimova St., Biysk, 659305, Russia
PhD of Engineering, Associate professor,
Senior researcher
Galina F. Mironova
Biysk Technological Institute, Polzunov Altai State Technical University 47 Trofimova St., Biysk, 659305, Russia Institute for Problems of Chemical and Energetic Technologies SB RAS
1, Sotsialisticheskaya St., Biysk, 6592322, Russia Student
Received 07.06.2016
