RU2430114C2 - Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты) - Google Patents

Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2430114C2
RU2430114C2 RU2008151884/13A RU2008151884A RU2430114C2 RU 2430114 C2 RU2430114 C2 RU 2430114C2 RU 2008151884/13 A RU2008151884/13 A RU 2008151884/13A RU 2008151884 A RU2008151884 A RU 2008151884A RU 2430114 C2 RU2430114 C2 RU 2430114C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
algae
complexes
hydrolysis
carried out
enzymatic hydrolysis
Prior art date
Application number
RU2008151884/13A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008151884A (ru
Inventor
Валерий Абрамович Галынкин (RU)
Валерий Абрамович Галынкин
Александр Васильевич Гарабаджиу (RU)
Александр Васильевич Гарабаджиу
Айрат Хасанович Еникеев (RU)
Айрат Хасанович Еникеев
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество Научно-Исследовательский Институт "Росбио"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество Научно-Исследовательский Институт "Росбио" filed Critical Закрытое Акционерное Общество Научно-Исследовательский Институт "Росбио"
Priority to RU2008151884/13A priority Critical patent/RU2430114C2/ru
Priority to PCT/RU2009/000714 priority patent/WO2010074610A1/ru
Publication of RU2008151884A publication Critical patent/RU2008151884A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2430114C2 publication Critical patent/RU2430114C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0003General processes for their isolation or fractionation, e.g. purification or extraction from biomass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/006Heteroglycans, i.e. polysaccharides having more than one sugar residue in the main chain in either alternating or less regular sequence; Gellans; Succinoglycans; Arabinogalactans; Tragacanth or gum tragacanth or traganth from Astragalus; Gum Karaya from Sterculia urens; Gum Ghatti from Anogeissus latifolia; Derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C12P7/10Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам получения углеводов. Способ предусматривает предварительную реакцию химического гидролиза полисахаридных комплексов водорослей с помощью пергидроля. Далее проводят реакцию ферментативного гидролиза с помощью комплексов ферментов целлюлаз, гемицеллюлаз и пектиназ с получением углеводов. При этом реакции химического и ферментативного гидролизов осуществляют последовательно в многосекционном реакторе барабанного типа. Изобретение позволяет получать углеводы из полисахаридных комплексов водорослей с высоким выходом конечного продукта, а также упростить технологический процесс за счет сокращения времени производственного цикла, использования простого оборудования и уменьшения количества обслуживающего персонала. 2 н. и 16 з.п. ф-лы.

Description

Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, а именно к способу получения из водорослей углеводов, которые могут использоваться в качестве компонентов питательной среды для получения этанола и биологически активных веществ (БАВ).
В гидросфере Земли известно более 28 тысяч видов растений - от одноклеточных микроскопических (фитопланктон) до растений со сложным строением и гигантских по размерам (макрофиты). Водные растения встречаются во всех слоях водоемов.
Водоросли - это низкоорганизованные растения, у которых отсутствуют настоящие корни, стебли и листья. В нашей стране наиболее распространены бурые и красные водоросли. Видовой состав наших морей представлен на 50% красными и на 45% бурыми водорослями.
Растения содержат в тканях намного больше углеводов, чем животные. Морские водоросли в сухом обезжиренном состоянии содержат от 40 до 82% углеводов. К углеводам относят моно-, ди- и полисахариды, мукополисахариды и комплексные полисахариды. Полисахариды, в основном, состоят из пентоз (арабиноза, ксилоза, рибоза и дозоксирибоза) и гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фукоза.)
Углеродсодержащие соединения водного растительного сырья потенциально могут быть превращены в моноуглеводы с использованием комплекса ферментов или комплексных ферментных препаратов растительного или микробного происхождения. Кроме того, различные моносахара или полисахариды могут быть использованы для получения биологически активных веществ, пищевых и кормовых продуктов или в качестве заменителей нефтехимических продуктов при получении органических химических соединений.
Известны различные способы получения углеводов из растительного сырья как химические, так и биохимические.
Наиболее активными химическими катализаторами реакции гидролиза полисахаридов растительной клетки являются минеральные кислоты и щелочи. При обработке растительного сырья кислотой лигнин остается нерастворимым, а целлюлоза и гемицеллюлоза гидролизуются. При кислотном гидролизе кроме низкомолекулярных углеводов образуются лигнин и токсичные компоненты - фурфурол, метилфурфурол, метанол, формальдегид и низкомолекулярные кислоты и эфиры, которые делают производство экологически грязным и опасным для окружающей среды и, в частности, для обслуживающего персонала и жителей близлежащих регионов.
Проблема использования лигнина является самой трудной проблемой, которая не нашла решения до сих пор. После проведения гидролиза в гидролиз-аппарате остается 30% (от исходного растительного сырья) твердого вещества в виде лигнина, пропитанного серной кислотой. Удаляют лигнин из аппарата прямо в открытый аппарат - сцежу, т.е. в атмосферу попадает лигнин, серная кислота, метанол, уксусная кислота, фурфурол, метилфурфурол и другие низкомолекулярные летучие токсичные продукты. Все вышеперечисленное привело к закрытию предприятий, основанных на химическом гидролизе растительного сырья.
При щелочном гидролизе происходит частичное растворение лигнина, но при этом происходит и разрушение углеводов, поэтому этот метод не нашел практического применения.
В патенте US 7262331 описан способ получения жидкого топлива из пульпы, которая для получения продукта подвергается воздействию высокой температуры 280°С и затем воздействию высокого давления 100-250 бар. При этом происходит разрыв и белков и полисахаридов, но разрыв происходит беспорядочный, поэтому их нельзя использовать в качестве источника моноуглеводов.
В патенте РФ 2284355 используется способ гидролиза растительного сырья серной кислотой и нейтрализация гидролизата аммиачной водой. При таком методе получения углеводов происходит разрушение углеводов и образование токсических соединений - фурфурол, метилфурфурол, метанол и сульфатированный лигнин. При удалении которого из аппарата в окружающий воздух попадают перечисленные токсичные компоненты.
В US 6908995 этанол получают из биомассы, в том числе из бурых водорослей (ламинарии) при нагревании в водном растворе щелочи (20-40%) для разрушения лигнин-целлюлозного комплекса. При этом способе не происходит гидролиза полисахаридов до моноуглеводов, поэтому получается низкий выход и в гидролизатах содержатся токсичные компоненты - индол, низкомолекулярные эфиры, толуол и другие бензольные соединения.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ разжижения и осахаривания содержащих полисахариды биомасс, описанный в заявке ЕА 200701127.
Известное изобретение относится к способу разжижения и осахаривания содержащих полисахариды биомасс, имеющих относительно высокое содержание сухого вещества, выше 20%, и предпочтительно состоящих из относительно крупных волокон и частиц, с таким распределением размера волокон и частиц, при котором по меньшей мере 20% (мас./мас.) биомассы находится в диапазоне 26-70 мм. Кроме того, способ применим для разжижения и осахаривания содержащих полисахариды биомасс, главным образом состоящих из крахмала, очищенного крахмала, целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, например зерна или пшеничной соломы. В случае лигноцеллюлозных биомасс их предварительно обрабатывают, подвергая воздействию температур от 110 до 250°С в течение 1-60 мин, что обеспечивает доступность целлюлозы для ферментов и в то же время обеспечивает ограниченное содержание ингибиторов ферментации в предварительно обработанной биомассе. В настоящем изобретении объединяют ферментативный гидролиз, основанный на комбинации гидролитических ферментов, включая фермент, вызывающий гидролиз углеводов, и окислительный фермент, с перемешиванием, основанным на принципе действия силы тяжести, обеспечивающим приложение к биомассам механических сил, главным образом усилия сдвига и силы разрыва. Предпочтительными типами перемешивания являются, например, перемешивание в смесителях, работающих по принципу свободного падения, таких как смесители барабанного типа, смесители на основе опрокидывания или сходные смешивающие устройства.
В основном, данный способ разработан применительно к растительным объектам, содержащим в качестве запасных полисахаридов крахмал, содержание которого может доходить до 50-60%, или биомассы, содержащей целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. В этих случаях сначала проводят предварительную обработку биомассы воздействием высокой температуры от 110°С до 250°С в течение 5-15 мин, а затем ферментативная обработка окислительным и протеолитическим ферментами, что приводит к разрушению клеточной стенки, в частности белков клеточной стенки. Это позволяет обеспечить доступ целлюлазы к фибрилам целлюлозы и амилазы к крахмалу. При этом не разрываются связи лигнина с гемицеллюлозой и пектина с целлюлозой.
Такой метод обработки сопровождается окислением полисахаридных цепочек с получением органических кислот, а также образованием ароматических токсичных соединений. Кроме того, обработка биомассы при высокой температуре приводит к карамелизации углеводов, разрушению пептидов и серосодержащих аминокислот. При такой предварительной обработке доступ к целлюлозе обеспечивается только на 40-50%, а остальная целлюлоза остается негидролизованной и недоступной для действия ферментов, но такой способ обработки позволяет полностью гидролизовать крахмал.
Недостатками прототипа являются:
- большие потери сырья за счет окисления части образовавшейся глюкозы в органические кислоты,
- при обработке целлюлозолигнинованного комплекса происходит неполное освобождение целлюлозы и пектина от связи их с гемицеллюлозой и лигнином, что приводит к неполному гидролизу целлюлозы и гемицеллюлозы до моносахаридов;
- образование лигнина, насыщенного серной кислотой, который не имеет применение и выбрасывается в окружающую среду, что приводит к нарушению экологии;
- это уменьшает выход моносахаридов и снижает выход конечного готового продукта;
- на таких гидролизатах можно получать только технические и кормовые, но не пищевые продукты. Кроме того, чтобы дальше использовать гидролизаты в качестве компонента питательной среды, необходимо вводить стадию очистки от токсичных продуктов - ароматических соединений.
Задачей данного изобретения является разработка экологически чистого и экономичного способа получения углеводов из полисахаридных комплексов водорослей, которые в дальнейшем можно было бы использовать не только для производства этанола и БАВ, но и для получения пищевых продуктов.
Анализ химического состава водорослей показывает, что, прежде всего, они являются источником различных биологически активных веществ (БАВ). Так, по содержанию витаминов ламинариевые и фукусовые водоросли в 100-1000 раз превосходят наземные растения.
Первоначально интерес к водорослям возник в связи с возможностью их использования в качестве источника белка.
Большая часть морских растений представлена группой водорослей, имеющих, как правило, относительно простую структуру. Водоросли представляют собой микроскопические одноклеточные растения, но отдельные экземпляры могут достигать в длину более 80 м. В отличие от наземных растений, у которых фотосинтез происходит лишь в определенных частях растений - в листве, то у морских водорослей в фотосинтезе принимает участие вся поверхность водорослей. Благодаря простой структуре и большому отношению площади поверхности к объему морские водоросли эффективно поглощают солнечную энергию, поэтому продуктивность некоторых морских водорослей гораздо больше, чем продуктивность наземных растений.
По структуре клеточной стенки очень много общего у морских водорослей и у наземных растений, но по содержанию полисахаридов они отличаются. Содержание воды в водорослях составляет 85-90%, сухие вещества водорослей содержат 52-65% органических веществ, т.е. 1 кг сухих водорослей содержит 300-400 г полисахаридов.
У водорослей мы встречаем в качестве запасных продуктов не крахмал, а разнообразные по составу гомо- и гетерополисахариды и сульфатированные полисахариды (агар, каррагинан). В клеточной стенке водорослей находятся только целлюлоза, гемицеллюлоза и пектин, в то время как у наземных растений в состав клеточных стенок входит и лигнин, содержание которого составляет до 30%.
Органические вещества бурых водорослей состоят из углеводов (73-74%), азотистых веществ (5-15%), липидов (1-3%), пигментов и витаминов. В различных водорослях обнаружено несколько типов полисахаридов: целлюлоза (35% от содержания углеводов), гемицеллюлоза (15%), ламинаран (10-15% от углеводов), альгиновые кислоты (15-20%), сульфатированные глюканы - фукоиданы, агар и каррагинаны (их содержание может составлять до 20-30%) и маннит. Сульфатированные полисахариды после отделения сульфатных групп под действием ферментов - десульфатаз, как и другие полисахариды, после гидролиза гидролитическими ферментами (целлюлазами, целлобиазами, гемицеллюлазами, ксиланазами и глюконазами) образуют моносахара - глюкозу, ксилозу, маннозу, фукозу, галактозу и пентозы.
Наибольшее содержание полисахаридов обнаруживается у Z. saccharina, F. vesisulosus, F. Distichus. Причем содержание маннита в ламинариевых водорослях доходит до 30%, а в фукосовых до 20%. Кроме маннита ламинарии содержат до 15-20% веществ, легко подвергающихся ферментативному гидролизу до гексоз и пентоз.
Таким образом, водоросли - хороший углеводный субстрат, который после предварительного ферментативного гидролиза маннита, целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина будет содержать моносахара, хорошо усваиваемые микроорганизмами. Наряду с этим морские водоросли представляют полноценную питательную среду, в которой содержится как источник углерода, так и органического азота (аминокислоты).
Известно, что среднее количество биомассы, которое дают водоросли, составляет 15-25 г/м2 сухой массы в сутки, а максимальная скорость роста водорослей достигает 30-40 г/м2.
Для решения поставленной задачи предлагается способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей, включающий реакцию ферментативного гидролиза с получением углеводов, дополнить предварительным химическим гидролизом полисахаридных комплексов водорослей с помощью пергидроля (Н2O2). Реакцию ферментативного гидролиза предлагается проводить с помощью комплексов ферментов - целлюлаз, гемицеллюлаз и пектиназ. Тогда как реакции химического и ферментативного гидролиза предлагается проводить последовательно в многосекционном реакторе барабанного типа.
Дополнительными отличиями является то, что
- комплекс ферментов дополнительно содержит десульфатазы,
- в качестве полисахаридных комплексов водорослей используют промысловые водоросли, например бурые (Laminariales japonica, L. Dentiqera, Fucus sp.), красные (Ahnfeltia plicata, Furcellaria tastigiata), зеленые;
- реакцию химического гидролиза проводят при температуре 50-60°С;
- реакцию ферментативного гидролиза проводят при температуре 45-80°С;
- время проведения реакции химического гидролиза составляет 30-60 мин;
- время проведения ферментативного гидролиза составляет 120 мин;
- в качестве комплексов ферментов применяют комплекс, содержащий Дистицим, Вискофло и десульфатазу, которые вносятся в соотношении 0,1:0,1:0,2 г каждого на 100 г водорослей.
- в качестве комплексов ферментов применяют комплекс, содержащий Целлолюкс, Вискофло и десульфатазу, которые вносятся в соотношении 0,1:0,1:0,2 г каждого на 100 г водорослей.
В качестве комплексов ферментов возможно использовать другие ферментативные комплексы, например содержащий Ультрафло Л, Оллзайм ПТ и церемикс.
Ультрафло Л (фирма Novozymes) - термостабильный мультиактивный препарат, содержащий целлюлазу, глюконазу, ксиланазу и пектиназу, и Оллзайм ПТ (фирма OLTEX) и церемикс (фирма Novozymes), содержащие грибковую целлюлазу, экзо В-глюконазу и эндо В-глюконазу. Данные препараты вносятся в соотношении 0,1:0,1:0,1 г каждого на 100 г водорослей.
Во втором варианте предлагаемого способа, относящегося к использованию сухой биомассы, перед проведением реакции химического гидролиза предлагается проводить замачивание полисахаридных комплексов водорослей в 1:5-1:10.
Примеры выполнения предлагаемого изобретения
Пример 1: Ферментативный гидролиз в лабораторном масштабе
Предварительно увлажненную морскую водоросль со средним размером примерно 3×5 см, соответствующую 100 г сухой массы, помещали в емкость типа квадрата, сплетенного из металлической сетки, которую помещали в водяную баню. Прокачивали через нее подогретую жидкость насосом или помещали в барабанную емкость с вращающимся барабаном. В одной секции проводили обработку сырья Н2О2 в течение 30-40 мин при концентрации 0,3-0,5% H2O2. В следующей секции проводилась отмывка от остатков перекиси водорода. Одновременно с обесцвечиванием происходит гидролиз полисахаридов до олигосахаридов, то есть это приводит к уменьшению длины полисахаридной цепи. После отмывания сырья от перекиси водорода в следующую секцию подавался раствор комплексного фермента. Ультрафло Л (термостабильный мультиактивный препарат В-глюконазы, целлюлозная, ксиланозная, пентозаназная, арабаназная активность), Оллзайм ПТ и церемикс (грибковая целлюлоза, экзо В-глюконаза и эндо В-глюконаза). Перед подачей ферментативного комплекса к увлажненным водорослям добавляем 1N HCl для удаления поливалентных ионов (Ca+2, Mg+2). После достижения рН 5,0-5,5 раствор ферментативного комплекса приливали к водорослям (в соотношении 0,1:0,1: 0,1 г на 100 г водорослей), затем водоросли промывали таким же объемом воды.
Анализ моносахаров после действия комплекса ферментов показал, что количество редуцирующих веществ увеличилось в 3,5 раза, при действии каждого фермента в отдельности количество редуцирующих веществ увеличивается значительно меньше - на 50-90%, и в растворе определяется моносахарид манноза, примерно 2,5 г в литре раствора.
При добавлении пергидроля уровень редуцирующих веществ увеличивается на 50-60%.
Пример 2: Ферментативный гидролиз в лабораторном масштабе
Предварительно увлажненную морскую водоросль со средним размером примерно 3×5 см, соответствующую 100 г сухой массы, помещали в емкость типа квадрата, сплетенного из металлической сетки, которую помещали в водяную баню, и прокачивали через нее подогретую жидкость насосом или помещали в барабанную емкость.
В одной секции проводили обработку сырья пергидролем (Н2О2) в течение 30-40 мин при концентрации 0,3-0,5% Н2O2. В следующей секции проводилась отмывка водой от остатков перекиси водорода. Объем подаваемой воды равен соотношению водоросли: вода 1:5.
После завершения отмывки в емкость с водорослями подается водный раствор ферментного препарата целлолюкс, вискофло и десульфатаза (соотношение ферментов: 0,1:0,1:0,2 г на 100 г водорослей) рН 5,0+/-0,3. Процесс проводится при перемешивании в течение 120 мин при 50°С+/-5°С и рН 5,0+/-0,3.
Анализ моноуглеводов после окончания ферментативного гидролиза показал, что количество редуцирующих веществ увеличилось в 2,5-3,0 раза. При действии каждого фермента в отдельности отмечалось увеличение количества редуцирующих веществ на 70-110%. Следовательно, при совместном действии ферментов проявляется синергидное действие. Вероятно, ферменты гидролизуют различные виды полисахаридов в водорослях, что и сопровождается явлением синергизма. При добавлении десульфатазы (0,2 г) в растворе определяется галактоза - 2,5 г/л.
Пример 3. Ферментативный гидролиз в пилотном масштабе
Предварительно взвешенную суховоздушную массу водорослей со средним размером примерно 5-10 мм (предварительно помещаем в дезинтегратор для размельчения до нужного размера). Помещаем в стандартную 4-секционную стиральную машину. Каждая секция выкладывалась соответствующей металлической сеткой, не пропускающей помещенные водоросли. В I секцию после загрузки увлажненных водорослей подавали разбавленную 0,3-0,5% перекись водорода. Время обесцвечивания 30 мин при вращении барабана. По окончании стадии обесцвечивания барабан останавливается и раствор сливается. В эту же секцию подается вода в соотношении 1:5 для удаления остатка пергидроля. Затем сюда же заливается раствор ферментов - Ультрафло Л, Оллзайм ПТ, церемикс и десульфатазу. Процесс гидролиза проводится при температуре 50+/-5°С, рН 5,0+/-0,3 в течение 120 мин, при вращающимся барабане. В этот период под действием гемицеллюлазы и ксиланазы происходит ферментативный гидролиз гемицеллюлозы и пектиновых компонентов до маннозы, галактозы, арабиногалактуроновой и маннануроновой кислот. Гидролиз данных групп полисахаридов позволяет освободить фибриллы целлюлозы. На следующем этапе происходит под действием целлюлазы гидролиз целлюлозы и моносахаров (глюкозы). Одновременно под действием десульфатазы происходит десульфатирование полисахарида каррагинана, который в дальнейшем гидролизуется до галактозы.
После окончания стадии ферментативного гидролиза надосадочная жидкость содержит низкомолекулярные полисахариды и моносахара, вращение барабана останавливали и жидкую фазу сливали в приемную емкость V=20 м3. Затем в эту же секцию для промывки оставшихся водорослей заливали объем воды 1,2 и включали вращение барабана в течение 15-20 мин. Затем барабан останавливали и жидкую фазу сливали в приемную емкость к слитой жидкой фазе.
Полученный раствор моносахаридов использовали как источник моносахаров на стадии ферментации при культивировании микроорганизмов.
Проведение полного технологического процесса в пилотной установке подтвердило вышеописанные экспериментальные данные в примере 2. В частности, после окончания процесса гидролиза в присутствии комплекса ферментов содержание редуцирующих веществ увеличилось в 3,0 раза, т.е. количество углеводов было равно 5,0 г/л. В жидкой фазе методом газовой хроматографии были идентифицированы глюкоза, манноза, галактоза и фукоза. Все перечисленные углеводы хорошо утилизируются при росте микроорганизмами.
При использовании предлагаемого способа не образуются токсичные и вредные вещества, что делает данный способ безопасным и экологически чистым.
Применение материала, полученного данным способом, возможно для приготовления питательной среды для получения этанола, антибиотиков, ферментов и аминокислот, а также для получения пищевых и кормовых добавок.
При производстве биоэтанола из морских водорослей стоимость сырья снизится на 30%, если производство будет построено на берегу моря, где будут собираться водоросли (например, берег Баренцевого моря). Плантации водорослей в Баренцевом море ориентировочно составляют 0,1 тыс га, что обеспечит производство (90×200=18000 тыс литров) 18 млн литров биотоплива. Сегодня стоимость биотоплива составляет 40-50 центов. При использовании моносахаридов, полученных из водорослей, составит 15-20 центов за литр. Внедрение данного способа позволит снизить стоимость бензина для автотранспорта в 1,5-2,0 раза.

Claims (18)

1. Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей, включающий реакцию ферментативного гидролиза с получением углеводов, отличающийся тем, что предварительно проводят реакцию химического гидролиза полисахаридных комплексов водорослей с помощью пергидроля (Н2О2), ферментативный гидролиз проводят с помощью комплексов ферментов целлюлаз, гемицеллюлаз и пектиназ, причем реакции химического и ферментативного гидролизов осуществляют последовательно в многосекционном реакторе барабанного типа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что комплекс ферментов дополнительно содержит десульфатазы.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве полисахаридных комплексов водорослей используют промысловые водоросли, например бурые (Laminariales japonica, L. Dentiqera, Fucus sp.), красные (Ahnfeltia plicata, Furcellaria tastigiata).
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что реакцию химического гидролиза проводят при температуре 50-60°С.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что реакцию ферментативного гидролиза проводят при температуре 45-80°С.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что время проведения реакции химического гидролиза составляет 30-60 мин.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что время проведения реакции ферментативного гидролиза составляет 120 мин.
8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве комплексов ферментов применяют комплекс, содержащий Дистицим, Вискофло и десульфатазу, которые вносятся в соотношении 0,1:0,1: 0,2 г каждого на 100 г водорослей.
9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве комплексов ферментов применяют комплекс, содержащий Целлолюкс, Вискофло и десульфатазу, которые вносятся в соотношении 0,1:0,1: 0,2 г каждого на 100 г водорослей.
10. Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей, включающий реакцию ферментативного гидролиза с получением углеводов, отличающийся тем, что предварительно проводят замачивание полисахаридных комплексов водорослей в соотношении 1:5-1:10, затем реакцию химического гидролиза с помощью пергидроля (H2O2), ферментативный гидролиз проводят с помощью комплексов ферментов целлюлаз, гемицеллюлаз и пектиназ, причем замачивание, а также реакции химического и ферментативного гидролизов осуществляют последовательно в многосекционном реакторе барабанного типа.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что комплекс ферментов дополнительно содержит десульфатазы.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве полисахаридных комплексов водорослей используют промысловые водоросли, например бурые (Laminariales japonica, L. Dentiqera, Fucus sp), красные (Ahnfeltia plicata, Furcellaria tastigiata), зеленые.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что реакцию химического гидролиза проводят при температуре 50-60°С.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что реакцию ферментативного гидролиза проводят при температуре 45-80°С.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что время проведения реакции химического гидролиза составляет 30-60 мин.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что время проведения реакции ферментативного гидролиза составляет 120 мин.
17. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве комплексов ферментов применяют комплекс, содержащий Дистицим, Вискофло и десульфатазу, которые вносятся в соотношении 0,1:0,1: 0,2 г каждого на 100 г водорослей.
18. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве комплексов ферментов применяют комплекс, содержащий Целлолюкс, Вискофло и десульфатазу, которые вносятся в соотношении 0,1:0,1:0,2 г каждого на 100 г водорослей.
RU2008151884/13A 2008-12-22 2008-12-22 Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты) RU2430114C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008151884/13A RU2430114C2 (ru) 2008-12-22 2008-12-22 Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты)
PCT/RU2009/000714 WO2010074610A1 (ru) 2008-12-22 2009-12-22 Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008151884/13A RU2430114C2 (ru) 2008-12-22 2008-12-22 Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008151884A RU2008151884A (ru) 2010-06-27
RU2430114C2 true RU2430114C2 (ru) 2011-09-27

Family

ID=42287987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008151884/13A RU2430114C2 (ru) 2008-12-22 2008-12-22 Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2430114C2 (ru)
WO (1) WO2010074610A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460771C1 (ru) * 2011-07-08 2012-09-10 Сергей Семёнович Березин Способ извлечения биологически активных веществ из биомассы одноклеточной водоросли рода chlorella
RU2483644C2 (ru) * 2011-07-29 2013-06-10 Анатолий Анатольевич Хитров Способ получения сухого продукта из бурых морских водорослей и пищевой продукт на его основе (варианты)
RU2731987C2 (ru) * 2018-09-11 2020-09-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения биоэтанола из водорослей

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0515388A (ja) * 1991-07-12 1993-01-26 Taito Kk アマノリ属海藻からのガラクタンの製造方法
KR20030067097A (ko) * 2002-02-07 2003-08-14 김형락 스핀고모나스 속 as6330 균주 및 이를 이용한아가로펙틴 설페타제의 생산방법
RU2343160C2 (ru) * 2002-07-26 2009-01-10 Фмк Корпорейшн Получение микрокристаллической целлюлозы
JP2005102639A (ja) * 2003-10-01 2005-04-21 Marutomo Co Ltd 便秘改善用食品およびその製造方法
BRPI0516665B8 (pt) * 2004-11-29 2022-08-09 Elsam Eng A/S Processos para liquefação de biomassas contendo polissacarídeo

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460771C1 (ru) * 2011-07-08 2012-09-10 Сергей Семёнович Березин Способ извлечения биологически активных веществ из биомассы одноклеточной водоросли рода chlorella
RU2483644C2 (ru) * 2011-07-29 2013-06-10 Анатолий Анатольевич Хитров Способ получения сухого продукта из бурых морских водорослей и пищевой продукт на его основе (варианты)
RU2731987C2 (ru) * 2018-09-11 2020-09-09 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения биоэтанола из водорослей

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010074610A1 (ru) 2010-07-01
RU2008151884A (ru) 2010-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aguiar et al. Sugarcane straw as a potential second generation feedstock for biorefinery and white biotechnology applications
Meenakshisundaram et al. Fiber degradation and carbohydrate production by combined biological and chemical/physicochemical pretreatment methods of lignocellulosic biomass–A review
Van Dyk et al. Food processing waste: Problems, current management and prospects for utilisation of the lignocellulose component through enzyme synergistic degradation
Wi et al. The potential value of the seaweed Ceylon moss (Gelidium amansii) as an alternative bioenergy resource
Iqbal et al. Advances in the valorization of lignocellulosic materials by biotechnology: an overview
Hamzah et al. Preliminary study on enzymatic hydrolysis of treated oil palm (Elaeis) empty fruit bunches fibre (EFB) by using combination of cellulase and β 1-4 glucosidase
Song et al. Biological pretreatment under non-sterile conditions for enzymatic hydrolysis of corn stover
AU2011242896C1 (en) Digestible lignocellulosic biomass and extractives and methods for producing same
Nguyen et al. Brief review: lignocellulolytic enzymes from polypores for efficient utilization of biomass
BR122018010009B1 (pt) Métodos de preparo de um material
Bazargan et al. Optimization of the removal of lignin and silica from rice husks with alkaline peroxide
Alvira et al. Progress on enzymatic saccharification technologies for biofuels production
US20230323416A1 (en) Enzymatic degradation of cellulosic substrates in the presence of lignocellulose milling particles
Gunam et al. Enhanced delignification of corn straw with alkaline pretreatment at mild temperature
Ahmed et al. Bioprocessing of proximally analyzed wheat straw for enhanced cellulase production through process optimization with Trichoderma viride under SSF
Ravanal et al. Production of bioethanol from brown algae
RU2430114C2 (ru) Способ получения углеводов гидролизом полисахаридных комплексов водорослей (варианты)
Potumarthi et al. Fermentable sugars from lignocellulosic biomass: technical challenges
Chatkaew et al. Effect of sodium hydroxide pretreatment on released sugar yields from pomelo peels for biofuel production
Fatmawati et al. Hydrolysis of alkaline pretreated banana peel
Carmen et al. Enzymatic pretreatment of algal biomass for enhanced conversion to biogas
Sharma et al. Strategies for Saccharification of Lignocellulosic Substrate
JP2014090707A (ja) リグノセルロース含有バイオマスの酵素糖化処理方法及びリグノセルロース含有バイオマスからのエタノール製造方法
CN103555774B (zh) 一种浓磷酸联合过氧化氢预处理木质纤维素类原料用于酶水解的方法
Deb et al. An Overview of Pretreatment Strategies for the Development of Enzyme-based Biorefinery with Special Emphasis on Pectinases

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121223

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160210

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161223