Введение
1. Аналитические исследования 11
1.1 Источники для получения целлюлозы 11
1.2 Состав лигноцеллюлозных материалов
1.2.1 Целлюлоза 18
1.2.2 Гемицеллюлозы 20
1.2.3 Лигнин 21
1.3 Способы предварительной обработки целлюлозосо держащего сырья 22
1.3.1 Обработка разбавленным раствором кислоты 24
1.3.2 Обработка разбавленным раствором щелочи 26
1.3.3 Гидротермическая обработка 27
1.4 Ферментативный гидролиз компонентов растительного сырья 32
1.4.1 Ферментативный гидролиз целлюлозы 32
1.4.2. Ферментативный гидролиз гемицеллюлоз 35
1.5 Факторы, влияющие на эффективность ферментативного гидролиза 38
1.5.1 Влияние характеристик субстрата на эффективность гидролиза 38
1.5.1.1 Концентрация субстрата 38
1.5.1.2 Степень кристалличности 39
1.5.1.3 Степень полимеризации 39
1.5.1.4 Удельная площадь поверхности 40
1.5.1.5 Содержание влаги 40
1.5.1.6 Массовая доля лигнина
1.5.2 Влияние температуры на активность ферментов 41
1.5.3 Влияние рН среды на активность ферментов 42
1.5.4 Характеристики целлюлазного комплекса 42
1.5.4.1 Концентрация ферментного комплекса 42
1.5.4.2 Использование поверхностно-активных веществ 43
1.5.4.3 Использование смесей ферментных препаратов 43
1.5.4.4 Ингибирование активности целлюлазы в процессе гидролиза 44
1.6 Обзор российских патентов по теме диссертации 45
2. Методическая часть 48
2.1 Характеристики сырья, используемого в работе 48
2.1.1 Мискантус 48
2.1.2 Плодовые оболочки овса 2.2 Реактивы, аналитическое оборудование и методики анализа сырья, целлюлоз и ферментативных гидролизатов 49
2.3 Описание используемых ферментных препаратов 53
2.4 Ферментативный гидролиз целлюлозосодержащих субстратов 54
2.5 Методика сбраживания гидролизатов 55
2.6 Построение калибровочных графиков для определения концентрации редуцирующих веществ 56
2.7 Способы получения субстратов для ферментативного гидролиза из мискантуса и плодовых оболочек овса 57
2.7.1 Получение образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса 57
2.7.1.1. Предгидролиз 57
2.7.1.2 Азотнокислая варка 58
2.7.1.3 Щелочная обработка 59
2.7.1.4 Кисловка 60
2.7.1.5 Нейтрализация отработанных растворов 60
2.7.2 Получение волокнистых продуктов и образцов целлюлоз гид ротермобарической обработкой сырья в реакторе высокого давления 61
2.7.3 Получение гидротропной целлюлозы на универсальной термобарической установке 63
3 Результаты исследований и их обсуждение 66
3.1 Определение химического состава мискантуса и плодовых оболочек овса 66
3.2 Подбор мультиэнзимной композиции для гидролиза мискантуса и плодовых оболочек овса 66
3.3 Исследование ферментолиза образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса 3.3.1 Определение химических свойств образцов целлюлозы 70
3.3.2 Подбор мультиэнзимной композиции для ферментолиза образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса 71
3.3.3 Определение оптимальных параметров для проведения ферментолиза (температура, рН, начальная концентрация субстрата) на примере образца целлюлозы мискантуса 3.3.3.1 Влияние рН среды на эффективность ферментативного гидролиза 72
3.3.3.2 Влияние температуры на эффективность ферментативного гидролиза 74
3.3.3.3 Влияние концентрации субстрата на эффективность ферментативного гидролиза 75
3.3.3.4 Расчет оптимальных условий ферментативного гидролиза 76
3.3.4 Разработка методики определения реакционной способности
к ферментативному гидролизу целлюлозосодержащих субстратов 79
3.3.5 Оценка реакционной способности к ферментолизу образцов целлюлозы мискантуса и плодовых оболочек овса 80
3.3.6 Исследование ферментолиза образцов целлюлозы при различных начальных концентрациях субстрата 82
3.3.7 Исследование кинетика ферментативного гидролиза образцов целлюлозы 83
3.3.8 Исследование ферментолиза целлюлозы в водной среде. Сбраживание водного гидролизата в этанол 91
3.3.9 Влияние химического состава, степени кристалличности, степени полимеризации субстратов на реакционную способность к фер ментолизу продуктов химической переработки мискантуса 95
3.4 Исследование реакционной способности к ферментолизу других продуктов переработки мискантуса и плодовых оболочек овса 102
3.4.1 Исследование ферментолиза продуктов после гидротермоба рической обработки сырья в реакторе высокого давления 103
3.4.1.1 Ферментативный гидролиз образцов волокнистого продукта 103
3.4.1.2 Ферментативный гидролиз образцов целлюлозы 108
3.4.2 Исследование ферментолиза образцов гидротропной целлю лозы 112
3.4.3 Исследование ферментолиза образцов лигноцеллюлозного материала 119
3.4.4 Исследование ферментолиза образцов волокнистого продук та 121
3.5 Интегрирование процессов предварительной обработки и ферментативного гидролиза в комплексную схему превращения недревесного сырья в полезные продукты на опытно-промышленном производстве ИПХЭТ СО РАН 123
3.6 Связь темы с планами работы Института 125
Выводы 127
Библиографический список
