Введение к работе
Актуальность проблемы. Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в различные полезные продукты рассматривается в настояшее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии. Постоянно возобновляемые запасы целлюлозы обеспечивают сырьевые базу для получения из нее ферментативным путем глюкозы, которая затем может быть превращена в фруктозу, этанол, аминокислоты и другие ценные продукты пищевой, химической и микробиологической промышленности.
При практической реализации процесса ферментативной конверсии лигноцеллюяозного сырья возникает ряд проблем, наиболее важной из которых является поиск оптимального способа и условий проведения гидролиза. Решение этой проблемы предполагает изучение влияния на эффективность процесса гидролиза ряда факторов, основными из которых являются качественный и количественный состав целлюлазного комплекса, выбор наиболее реакционноспособного вида сырья, тип реактора, в котором осуществляется гидролиз. Для нахождения оптимальных условий проведения процесса необходимо детальное изучение закономерностей его протекания и создание математических моделей, позволяющих описать данный' процесс на основании полного понимания его кинетики и механизма. Эти аспекты определили направление данной работы, связанное с поиском оптимального способа проведения ферментативного гидролиза лигноцеллюлозы.
Целью работы являлось исследование кинетических закономерностей ферментативного гидролиза лигноцеллюлозы в реакторах- различных - типов с использованием методов математического моделирования. -
Научная новизна работы. I) На основании полученных экспериментальных данных предложена кинетическая модель
ферментативного гидролиза лигноцеллюлозы, в которой наряду с другими факторами принимается во внимание влияние лигнина, составляющего значительную часть в природных целлюлозосодержа-щих материалах. 2) С помощью математического моделирования оценено влияние различных факторов на эффективность ферментативного гидролиза лигноцеллюлозы. Показано, что наиболее отрицательными факторами процесса являются ингибирование продуктами, инактивация ферментов и неспецифическая адсорбция целлюлаз на лигнине. 3) Впервые установлена возможность проведения ферментативного гидролиза целлюлозосодержаших субстратов в реакторе на основе линейного электромагнитного преобразователя (ЛЭЫП). Показано, что реактор ЛЭШ обладает существенно большей эффективностью при проведении процессов гидролиза по сравнению с традиционно используемыми реакторами. 4) Проанализированы причины значительного повышения эффективности гидролиза целлюлозы в аппарате ЛЭШ. Показано, что наряду с увеличением реакционной способности субстрата за счет интенсивного измельчения под действием ферромагнитных частиц, в данном реакторе частично снимается эффект псевдоинактивации прочно адсорбированных ферментов за счет влияния электромагнитного поля и механического воздействия.
Практическое значение работы. В результате проведенного скрининга различных видов целлюлозосодержащэго сырья найдены новые вида, являющиеся перспективными с точки зрения дальнейшего их использования для реализации биотехнологических процессов ферментативного получения Сахаров. Проведено изучение эффективности гидролитического действия целлюлазных препаратов, полученных на основе новых высокоактивных штаммов (Trlchoderma reesei, Penictlllum vemiculosum). Полученные результаты наряду с предложенной математической моделью могут быть использованы
для оптимизации технологического процесса ферментативного получения глюкозы из лигноцэллшозного сырья.,
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на YII Всесоюзном симпозиуме "Инженерная ензимологію" (Москва, 1991) и на XIII симпозиуме по биотехнологии топлива и химических продуктов (Colorado Springs, 1991).
Публикащгз. По результатам работы имеется 6 публикаций.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, обзора литературы (2 главы), Бкшерикентальной части (1 глава), изложения результатов исследований и их обсуждения (3 главы), выводов, списка цитируемой литературы, включающего 157 ссылок. Работа изложена на ит~ страницах машинописного текста, содержит У' рисунков и а таблиц.