Биотехнология малотоннажного производства микробного протеина - Стахеев И.В.
ISBN 5-343-00786-4
Скачать (прямая ссылка):
видов древесины достигает 60% при теоретически возможном около 81%
(Корольков, 1978; Андреев, Брызгалов, 1986).
Несмотря на то что по эффективности и основным экономическим показателям
гидролиз растительных материалов серной кислотой остается наиболее
перспективным процессом, ему присущи серьезные недостатки, ограничивающие
его использование (Огарков и др., 1985): высокая энергоемкость;
значительный расход катализатора; образование конденсированных продуктов
деполимеризации лигноцеллюлозных материалов, отражающееся на выходе
сахаров; величина отношения водной фазы к древесной (модуль) не позволяет
извлекать концентрированные растворы сахаров; кислотный гидролиз
растительного сырья дает значительное количество трудноутилизируемых
отходов: токсические компоненты, снижающие ценность сахаров (фурфурол,
окси-метилфурфурол, левулиновая и муравьиная кислоты,
12
формальдегид, ароматические соединения) и лигнин. Последний получается в
конденсированном виде и потому трудно поддается химической и
биологической переработке.
В связи с этим новым гидролизным процессам предъявляются следующие
требования: уменьшение энерго-
затрат, безотходность производства, простота аппаратурного оформления,
возможность автоматизации. В поисках решения этих задач ученые предлагают
наряду с кислотным гидролизом такие способы предобработки лигно-
целлюлозы, как термолиз, автогидролиз - экстракция-взрыв, радиолиз,
радиолиз в атмосфере С02, предгндро-лиз в парах С02, щелочная
делигнификация, гидролиз в парах С02, в органических растворителях,
высокотемпературный, прямой и непрямой ферментативный гидролиз (Dunlap et
al., 1976; Гноевой, Филатова, 1980; Каткевич и др., 1980; Эрнст и др.,
1980; Bungay, 1981; Климентов и др., 1983; Корольков, Козлова, 1984;
Vaccarino et al., 1987; Рабинович, 1988; Синицын, 1988; Kumakura, Kaet-
su, 1988).
Каждому из перечисленных процессов присущи свои достоинства и недостатки.
Некоторые специалисты считают, что только комбинация рассматриваемых
процессов может иметь промышленное применение, например автогидролиз -
экстракция-взрыв или сочетание кислотного и ферментативного типов
гидролиза (Worgan, 1978; Bungau, 1982; Гравитис и др., 1985; Синицын и
др., 1988). Перспективным является предварительное разделение компонентов
лигноцеллюлозных материалов (гемицеллю-лозы, целлюлозы и лигнина), что
позволит устранить главный недостаток ведения гидролиза в сложной смеси
полимеров, а также создаст предпосылки для комплексной переработки трех
основных потоков веществ (Кле-сов, Рабинович, 1978; Mandels, 1979;
Швинка, 1988).
Биологическая доброкачественность питательных сред, полученных из
гидролизатов растительного сырья, неодинакова. Она в значительной степени
зависит от сорта древесины и сельскохозяйственных растений, режимов
варки, способов подготовки. Так, гидролизаты хвойной древесины содержат
меньше пентоз, чем полученные из лиственной древесины и
сельскохозяйственных отходов. На долю гексоз приходится 90% (Корольков,
1978) общего количества сахаров, содержащихся в гидролизатах хвойной
древесины, в то время как в гидролизатах лист-
13
венной древесины гексозы составляют 60-65% всех сахаров (Меламед, Шарков,
1976). Производственные штаммы дрожжей усваивают в первую очередь глюкозу
и ксилозу гидролизатов, затем - галактозу и арабинозу (Монахова,
Семушина, 1969, 1970; Семушина и др.,
1974). Скорость размножения дрожжей Torulopsis utilis На среде с глюкозой
в 2 раза больше, чем на среде с ксилозой (Андреев, 1961).
Гидролизаты, полученные из верхового малоразло-жившегося торфа, являются
также высокоэффективным субстратом для производства дрожжей и продуцентов
аминокислот, липидов и каротиноидов (Получение..., 1977; Гайлитис, 1978;
Богдановская и др., 1978). Выясне-ьо (Богдановская, 1980), что
аминокислотный состав белка дрожжей, выращенных на гидролизатах торфа, по
количеству и качеству не уступает составу аминокислот белка этих же
дрожжей, выращенных на солодовом сусле, в то же время количество
метионина в них вдвое больше, а наличие незаменимых аминокислот - лизина,
треонина, валина, лейцина - свидетельствует о высоком качестве белка этих
дрожжей.
Следует учитывать, что подготовка субстратов для биоконверсии должна
точно соответствовать свойствам микроорганизмов. Например, избыток
моносахаридов в субстрате может вызвать катаболитную репрессию синтеза
целлюлаз, что приведет к остановке ферментативного разложения
деполимеризованной фракции целлюлозы и рост микроорганизмов будет
осуществляться только за счет фракции моносахаридов. Полнота усвоения
субстрата будет точно соответствовать степени распада полисахаридов
древесины на стадии предгидролиза. Поэтому подходы к предобработке
растительного сырья для биоконверсии в белок целлюлолитическими
микроорганизмами должны разрабатываться с учетом особенностей этих
продуцентов и базироваться на понимании механизмов ферментативного
гидролиза целлюлозы (Синицын, 1988; Швинка, 1988).
