RU2533921C1 - Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза - Google Patents
Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза Download PDFInfo
- Publication number
- RU2533921C1 RU2533921C1 RU2013140699/13A RU2013140699A RU2533921C1 RU 2533921 C1 RU2533921 C1 RU 2533921C1 RU 2013140699/13 A RU2013140699/13 A RU 2013140699/13A RU 2013140699 A RU2013140699 A RU 2013140699A RU 2533921 C1 RU2533921 C1 RU 2533921C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- cellulose
- raw material
- acid
- nitric acid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения сахаров. Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза предусматривает приготовление суспензии сырья и обработку раствором кислоты. В качестве раствора кислоты используют раствор азотной кислоты концентрацией 2,8-6,5%. Нагревают до температуры 98-100°C и выдерживают в течение 1-5 часов. Полученный продукт фильтруют, промывают. Причем в качестве целлюлозосодержащего сырья используют мискантус или плодовые оболочки злаков. Отработанный по завершению одного цикла раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 2,8…6,5% и многократно используют вновь. Отработанный 18-25 циклов раствор нейтрализуют аммиаком с получением раствора нитрата аммония для использования в виде удобрения. Изобретение обеспечивает высокий выход лигноцеллюлозного материала из исходного сырья для последующего ферментативного гидролиза. 1 ил., 5 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в ферментативно-гидролизном производстве для получения чистых и высококонцентрированных растворов редуцирующих веществ (сахаров, преимущественно глюкозы) с целью последующего приготовления на их основе пищевой глюкозы, сорбита, маннита, либо для дальнейшей переработки сахаров в различные продукты микробиологического синтеза (спирты и их производные в качестве компонентов биотоплива, дрожжи, молочную кислоту), а также для получения этанола.
Целлюлозосодержащее сырье (ЦСС), такое как древесина, трава, с/х и лесные отходы, является перспективным, альтернативным ресурсом энергии, который можно использовать для получения и этанола. Выход этанола из нативного ЦСС относительно низкий в силу природной неподатливости сырья, обусловленной прочностью природной матрицы, а также наличием лигнина, гемицеллюлоз, кристалличностью целлюлозы и другими факторами. Предобработка ЦСС необходима для преодоления этой неподатливости.
В качестве примера предварительной обработки нехимическим способом известен способ по патенту РФ №2405838 (опубл. 10.12.2010, бюл. №34), заключающийся в подготовке сырья грубым и последующим тонклм помолом с дальнейшей обработкой ферментативным препаратом (культуральной жидкостью, полученной культивированием штаммом ВКМ F-3972D). Несмотря на довольно высокий выход сахаров, тонкие помолы грубых видов растительного сырья являются энергетически затратными, оборудование для помола в промышленных масштабах (тонны опилок древесины) является дорогим и требует специального обслуживания.
Известен способ получения глюкозы из ЦСС по патенту РФ №2223327 (опубл. 10.02.2004 бюл.), предусматривающий предварительную обработку сырья для разрушения кристаллической структуры путем экструзии, в качестве ЦСС используют ячменную или рисовую дробину, хлопковый линт и гуза-паю. Следует отметить, что ячменная и рисовая дробина является крахмалсодержащим, а не целлюлозосодержащим сырьем и не имеет кристаллической структуры, кроме того, экструзия аморфного, но не кристаллического материала может быть осуществлена на любом оборудовании. Поэтому вызывает сомнение возможность экструдирования хлопкового линта с содержанием целлюлозы до 80% с кристалличностью целлюлозы 80% в виду высокой химической и физической стойкости данного вида сырья к процессам сдавливания, разрыва, смещения, следовательно, трудно объяснить столь высокий выход сахаров при ферментации кристаллического субстрата.
Цель предобработки - изменить физические особенности и компонентный состав ЦСС таким образом, чтобы целлюлоза была более доступна биокатализаторам - ферментативным препаратам - и успешно гидролизована с образованием редуцирующих веществ (сахаров). За последнее время разработаны различные технологии химической предобработки для снижения неподатливости и повышения выхода сахаров. Большое значение придается исследованиям изменения структуры ЦСС, главным образом, в гидролизуемых компонентах - целлюлозе и гемицеллюлозах. Среди разнообразных технологий предобработки, разработанных за последние два десятка лет [Pretreatment and lignocellulosic chemistry // Bioenerg. Res. - 2012. - 5. - P.1043-1066], основными химическими методами являются обработка разбавленной кислотой, гидротермическая предобработка и щелочная предобработка.
В отличие от двух последних предобработка разбавленной кислотой имеет ряд преимуществ: обеспечивает гидролиз химических связей между целлюлозой, гемицеллюлозами и лигнином, способствует удалению гемицеллюлоз, обеспечивающему высокую пористость субстрата, успешно «работает» на широком ассортименте растительного сырья: от древесины до травянистых культур.
Из уровня техники известен способ по а.с. №1134565 (опубл. 15.01.85, бюл. №2), включающий кислотную обработку целлюлозы с последующим ферментативным гидролизом. Обработку целлюлозы проводят смесью концентрированной фосфорной и серной кислот при температуре 30-50°C в течение 1,5-4,5 ч. Данный способ реализуем только в лабораторных условиях, поскольку использование концентрированных кислот препятствует промышленной реализации.
Известен способ (а.с. №1652353, опубл. 30.05.91, бюл. №20), включающий обработку кислотой ЦСС при определенном температурном режиме 140-160°C. Однако выход гексоз по данному способу составляет всего 34-49% от абсолютно сухого сырья (а.с.с.) Данный способ характеризуется повышенной сложностью, заключающейся в использовании активного кислорода для оксигидролиза, т.к. отсутствуют промышленные установки генерации активного кислорода; в необходимости специального оборудования для проведения процессов в условиях высокого давления и температуры (коррозия металла при одновременном действии кислоты и кислорода); в пожароопасности процесса в связи с использованием 60%-ного раствора этилового спирта.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является а.с. №1504249 (опубл. 30.08.89, бюл. №32), способ предварительной обработки ЦСС для ферментативного гидролиза, включающий приготовление суспензии сырья и обработку раствором кислоты.
К недостаткам описанного технического решения относится, во-первых, использование в процессе уксусной кислоты, которая является, по сути, ингибитором брожения - стадии непосредственного получения этанола; во-вторых, применение специфического оборудования с постоянным электрическим током для непосредственной обработки суспензии сырья в водной среде, что исключает возможность проведения процесса на любой емкостной опытно-промышленной установке при атмосферном давлении; в третьих, использование в качестве сырья бумажной пыли - специфичного вида ЦСС с ограниченной применимостью. Несмотря на то что бумажная пыль представляет собой сырье с содержанием целлюлозы 95% (чистая целлюлоза), действия постоянного тока в среде уксусной кислоты недостаточно для успешного гидролиза, для реализации успешной ферментации необходимо дополнительное применение перекиси водорода и серной кислоты. Повышенная степень гидролиза мелко резаной соломы (пример 7) в отличие от бумажной пыли обусловлена наличием гемицеллюлоз, отсутствующих в бумажной пыли. Несмотря на столь сложную обработку сырья, степень гидролизуемости возрастает всего лишь на 12-20%, кроме того, в процессе образуются вредные вещества, для утилизации которых требуются дополнительные затраты и оборудование.
Задачей предлагаемого технического решения является повышенный выход редуцирующих веществ (сахаров), упрощение процесса предварительной обработки ЦСС к ферментативному гидролизу, применение способа в промышленных объемах с минимизацией побочных продуктов производства при расширении и быстровозобновляемости сырьевой базы.
Поставленная задача решается предлагаемым способом предварительной обработки ЦСС для ферментативного гидролиза, включающим приготовление суспензии сырья и обработку раствором кислоты, при этом в качестве раствора кислоты используют раствор азотной кислоты концентрацией 2,8-6,5%, производят нагрев до Т=98-100°C, осуществляют выдержку в течение 1-5 часов, полученный продукт фильтруют, промывают, а в качестве целлюлозосодержащего сырья используют мискантус или плодовые оболочки злаков; отработанный по завершению одного цикла раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 2,8-6,5% и многократно используют вновь, отработанный 18-25 циклов раствор нейтрализуют аммиаком с получением раствора нитрата аммония, который используют в виде удобрения.
От прототипа предлагаемое техническое решение отличается тем, что в качестве раствора кислоты используется раствор азотной кислоты концентрацией 2,8-6,5%, производят нагрев до Т=98-100°C, осуществляют выдержку в течение 1-5 часов, полученный продукт фильтруют, промывают, а в качестве целлюлозосодержащего сырья используют мискантус или плодовые оболочки злаков; отработанный по завершению одного цикла раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 2,8-6,5% и многократно используют вновь, отработанный 18-25 циклов раствор нейтрализуют аммиаком с получением раствора нитрата аммония, который используют в виде удобрения.
В качестве раствора кислоты предлагается использовать раствор азотной кислоты, в таблице 1 приведены сравнительные характеристики образцов лигноцеллюлозного материала (ЛЦМ), полученных из плодовых оболочек овса (ПОО) и мискантуса обработкой растворами азотной и серной кислот отдельно.
Зависимость концентрации РВ от продолжительности ферментативного гидролиза образцов ЛЦМ, полученных обработкой растворами азотной (а.к.) и серной кислот (с.к.) ПОО и М, приведены на рисунке 1.
Результаты оценки реакционной способности к ферментативному гидролизу продуктов, полученных обработкой растворами азотной и серной кислот (рисунок и таблица 1), показывают наибольшие скорость гидролиза в течение всего процесса и реакционную способность у образцов ЛЦМ (а.к.): концентрация редуцирующих веществ в первые 16 ч ферментации для ЛЦМ ПОО (а.к.) - 20 г/л; ЛЦМ М (а.к.) - 23 г/л; для ЛЦМ ПОО (с.к.) - 14 г/л; для ЛЦМ М (с.к.) - 17 г/л; через 72 ч ферментации для ЛЦМ ПОО (а.к.) - 28 г/л; ЛЦМ М (а.к.) - 30 г/л; для ЛЦМ ПОО (с.к.) - 22 г/л; для ЛЦМ М (с.к.) - 23 г/л.
Это можно объяснить более позитивным действием азотной кислоты в сравнении с серной, заключающимся в окислительном нитровании негидролизуемого лигнина с удалением данного компонента сырья из субстрата (таблица 1, ЛЦМ ПОО 14-15% против 18-19%, М 8-9% против 15-17%), что способствует ферментативному гидролизу субстратов, полученных обработкой именно азотной кислотой: концентрация РВ ЛЦМ ПОО (а.к.) 28 г/л против 22 г/л, ЛЦМ М (а.к.) - 30 г/л против 23 г/л.
Преимущество выбранного интервала концентрации азотной кислоты приведено в таблице 2, где приводятся характеристики ЛЦМ, полученные обработкой растворами азотной кислоты в зависимости от концентрации раствора.
| Таблица 2 | ||||
| Концентрация HNO3, % | Выход, % | М.д. лигнина, % | М.д. α-целлюлозы, % | М.д. пентозанов, % |
| Плодовые оболочки овса | ||||
| 3,0 | 70-75 | 28-30 | 55-65 | 25-30 |
| 4,0 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 5,0 | 50-52 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 6,0 | 43-49 | 14-15 | 70-75 | 7-8 |
| 7,0 | 40-43 | 14-15 | 70-75 | 7-8 |
| Мискантус | ||||
| 3,0 | 78-83 | 24-26 | 65-70 | 18-22 |
| 4,0 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 5,0 | 58-60 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 6,0 | 54-56 | 8-9 | 75-80 | 3-4 |
| 7,0 | 50-54 | 8-9 | 75-80 | 3-4 |
Как следует из результатов таблицы 2, при уменьшении концентрации кислоты с 4% до 3% окислительный гидролиз растительного сырья (ПОО и М) не обеспечивает необходимого удаления из продукта обработки нецеллюлозных компонентов (лигнина, пентозанов), в частности, ЛЦМ ПОО характеризуется неудовлетворительными характеристиками м.д. лигнина 28-30% против 14-15% и м.д. пентозанов 25-30% против 8-9%, ЛЦМ М - м.д. лигнина 24-26% против 8-9% и м.д. пентозанов 18-22% против 4-5% соответственно.
Увеличение концентрации кислоты с 6% и более обеспечивает необходимые характеристики продукта обработки сырья, но сопровождается снижением выхода целевого продукта на примере ПОО с 50-52% до 43-49%, в случае М с 58-60% до 54-56%. Это связано с частичным кислотным гидролизом и потерей целевой целлюлозы, кроме того, могут образовываться токсичные для биоконверсии вещества: оксиметилфурфурол, фурфурол и его производные, а также производные конденсации низкомолекулярных фрагментов лигнина и пентозанов, следовательно, повышение концентрации кислоты приводит к процессам, негативно сказывающимся на дальнейшем использовании целевых ЛЦМ в ферментативном гидролизе.
Обработка сырья 4-6% растворами азотной кислоты при температуре 98-100°C, приближающейся к температуре кипения при нормальном давлении, обеспечивает нитрацию лигнина и его окисление азотной кислотой, а также удаление части гемицеллюлоз за счет гидролиза. Понижение температуры обработки сырья с 98°C до 90°C и ниже не обеспечивает образование окислов азота, способствующих окислительному нитрованию лигнина - основного нецеллюлозного компонента сырья и гидролизу пентозанов. В результате обработка кислотой сырья при температуре ниже 98°C обеспечивает неудовлетворительные характеристики образцов ЛЦМ, а именно в случае ПОО значение м.д. лигнина высокое 21-30% против 14-15%, в случае М - м.д. лигнина 14-25% против 8-9%.
В таблице 3 приведены характеристики ЛЦМ, полученные обработкой 4%-ным раствором азотной кислоты в зависимости от температуры процесса продолжительностью 4 ч.
| Таблица 3 | ||||
| Температура, °С | Выход, % | М.д. лигнина, % | М.д. α-целлюлозы, % | М.д. пентозанов, % |
| Плодовые оболочки овса | ||||
| 77 | 75-80 | 28-30 | 52-65 | 20-25 |
| 80 | 75-80 | 28-30 | 52-65 | 20-25 |
| 90 | 70-75 | 21-25 | 60-65 | 15-20 |
| 98 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 100 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| Мискантус | ||||
| 77 | [85-87 | 21-25 | 58-71 | 21-25 |
| 80 | 85-87 | 21-25 | 58-71 | 21-25 |
| 90 | 72-77 | 14-18 | 65-70 | 14-19 |
| 98 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 100 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
Следует отметить, что при проведении процесса при более низкой температуре (ниже 98°C) более продолжительное время, чем 4 ч, не приводит к требуемым характеристикам продуктов обработки кислотой, это связано с отсутствием окислов азота, обеспечивающих нитрование и окисление лигнина - основного нецеллюлозного компонента сырья, следовательно, указанная температура (98-100°C) является основным параметром успешной обработки сырья кислотой.
Повышение температуры выше 100°C требует особого оборудования для проведения процессов под давлением.
Продолжительность (выдержка) обработки сырья азотной кислотой в течение 2-5 ч необходима для всех массообменных процессов, сопровождающихся активным выделением жидких и газообразных продуктов кислотного гидролиза и окислительного нитрования в гетерофазной среде. Минимальное время обработки - 2 ч, обеспечивающее необходимую степень превращения растительного сырья в ЛЦМ - субстрат для успешного ферментативного гидролиза.
| Таблица 4 | ||||
| Выдержка, ч | Выход, % | М.д. лигнина, % | М.д. α-целлюлозы, % | М.д. пентозанов, % |
| Плодовые оболочки овса | ||||
| 1 | 75-80 | 28-30 | 52-65 | 20-25 |
| 2 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 3 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 4 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 5 | 50-56 | 14-15 | 70-75 | 8-9 |
| 6 | 40-43 | 14-15 | 70-75 | 7-8 |
| 7 | 37-40 | 14-15 | 70-75 | 7-8 |
| Мискантус | ||||
| 1 | 85-87 | 21-25 | 58-71 | 21-25 |
| 2 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 3 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 4 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 5 | 60-62 | 8-9 | 75-80 | 4-5 |
| 6 | 48-52 | 8-9 | 75-80 | 3-4 |
| 7 | 46-50 | 8-9 | 75-80 | 3-4 |
Увеличение времени обработки более 5 ч приводит к нежелаемому снижению выхода целевого продукта ЛЦМ, поэтому не рекомендовано продолжать процесс более 5 ч.
В таблице 4 приведены характеристики ЛЦМ, полученные обработкой 4%-ным раствором азотной кислоты при температуре процесса 98-100°C, в зависимости от продолжительности.
После обработки сырья раствором азотной кислоты суспензию ЛЦМ фильтруют на вакуум-воронке, застеленной фильтрующей тканью (полипропиленовое полотно), отжимают, промывают водой до нейтральной реакции и направляют на ферментативный гидролиз во влажном состоянии (влажность 70-77%).
В качестве целлюлозосодержащего сырья в предлагаемом способе используется мискантус - род многолетних травянистых растений семейства злаков. В настоящее время за рубежом активно ведутся исследования по переработке различных видов мискантуса (М.): в основном, М. гигантского {Miscanthus giganteus), М. китайского {Miscanthus sinensis) и М. сахароцветкового {Miscanthus sacchariflorus), который является технической культурой, и отводить под его плантации плодородные пахотные земли нет необходимости. Нетребовательность к почвам - его безусловное преимущество.
В России в Институте цитологии и генетики СО РАН выведена авторская форма М. китайского (веерника китайского Miscanthus sinensis Andersson) с измененной структурой корневой системы, образующей длинные побеги с ростовыми почками и быстро колонизирующей почвенное пространство, создавая сплошную и ровную (без кочек) плантацию мискантуса. Данный сорт мискантуса получил название СОРАНОВСКИЙ, данная техническая культура рекомендована для выращивания в России в областях рискованного земледелия, поскольку является жароустойчивым, морозоустойчивыми неприхотливым растением. Это многолетний злак, который, начиная с третьего года культивирования, может ежегодно, на протяжении 15 лет, продуцировать на одном поле 10-15 т/га сухой биомассы, что соответствует 4-6 т/га чистой целлюлозы высокого качества. После 15 лет вегетация плантации прекращается, и закладывается новая. Расчет сделан, исходя из минимальной продуктивности мискантуса в условиях Западной Сибири (10 т/га/год), начиная с третьего года существования плантации. Продуктивность плантации второго года принята 5 т/га/год.
Таким образом, за 15 лет продуктивность плантации мискантуса составит 185 т с га, накопление биомассы лиственных пород за этот же период составляет 54-68 т с га. Мискантус признан лидером по производству биомассы и может заменить древесину как источник целлюлозы во многих областях промышленности, включая производство биотоплива второго поколения. Результаты определения химического состава подтверждают содержание целлюлозы в пределах 44%, лигнина 20%, гемицеллюлозы 20%.
Около 1/20 общей продуктивности биосферы составляют продукты сельскохозяйственного производства, которые ежегодно дают 8,7 млрд т органического вещества. В настоящее время особую группу возобновляемого сырья составляют так называемые «концентрированные» отходы сельхозпереработки (солома и плодовые оболочки злаковых культур). Годовой сбор соломы может составлять 3-5 т/га на очень больших площадях под зерновыми культурами. Этот урожай эквивалентен по сухому веществу годовому приросту деловой древесины в естественных лесах. Относительная легкость химической переработки и исключительно низкая стоимость сырья позволили включить солому злаковых культур и природный тростник в современный перечень перспективного волокносодержащего сырья.
Плодовые оболочки (шелуха, лузга) овса составляют 28% от массы зерна и при низкой удельной плотности 0,2 т/м3 и отсутствии схемы их утилизации являются нерешенной проблемой для зерноперерабатывающих заводов со средней производительностью 1400 т овса в месяц. В то же время в связи с высоким содержанием целлюлозы (до 35%) ПОО можно рассматривать как концентрированный вид недревесных целлюлозосодержащих отходов, потенциальный источник целлюлозы.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. 10 кг ПОО с влажностью 5% сгружают в аппарат объемом 250 л, заливают 180 л 4%-ного раствора азотной кислоты, включают перемешивание и нагрев рубашки аппарата, подключают обратный холодильник над аппаратом для конденсации паров воды и азотной кислоты. Нагревают содержимое аппарата до 98°C, выдерживают в течение 4 ч при постоянном перемешивании, охлаждают содержимое аппарата до 40°C. Суспензию ЛЦМ фильтруют на вакуум-воронке, отжимают, промывают водой до нейтральной реакции и направляют на ферментативный гидролиз во влажном состоянии (влажность 70-77%). Выход ЛЦМ абсолютно сухого от абсолютно сухого сырья составил 54%. Характеристики ЛЦМ: м.д. лигнина 14%, м.д. α-целлюлозы 75%, м.д. пентозанов 9%.
Отработанный по завершению одного цикла обработки порции сырья раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 4% и используют вновь для обработки свежей порции сырья. Таким образом, 4%-ный раствор азотной кислоты может быть использован многократно. В финале (20-25 циклов) отработанный раствор нейтрализуют аммиаком до нейтральной реакции и получают раствор нитрата аммония - классического широко распространенного удобрения. Данный раствор может быть использован в качестве жидкого комплексного (лигногуминового и минерального) удобрения для выращивания культурных растений.
Пример 2. 10 кг мискантуса с влажностью 6% сгружают в аппарат объемом 250 л, заливают 180 л 4%-ного раствора азотной кислоты, включают перемешивание и нагрев рубашки аппарата, подключают обратный холодильник над аппаратом для конденсации паров воды и азотной кислоты. Нагревают содержимое аппарата до 98°C, выдерживают в течение 4 ч при постоянном перемешивании, охлаждают содержимое аппарата до 40°C. Суспензию ЛЦМ фильтруют на вакуум-воронке, отжимают, промывают водой до нейтральной реакции и направляют на ферментативный гидролиз во влажном состоянии (влажность 70-77%). Выход ЛЦМ абсолютно сухого от абсолютно сухого сырья составил 62%. Характеристики ЛЦМ: м.д. лигнина 9%, м.д. α-целлюлозы 80%, м.д. пентозанов 5%.
Отработанный по завершению одного цикла обработки порции сырья раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 4% и используют вновь для обработки свежей порции сырья. Таким образом, 4%-ный раствор азотной кислоты может быть использован многократно. В финале (20-25 циклов) отработанный раствор нейтрализуют аммиаком до нейтральной реакции и получают раствор нитрата аммония.
Пример 3. 10 кг мискантуса с влажностью 6% сгружают в аппарат объемом 250 л, заливают 180 л 5%-ного раствора азотной кислоты, включают перемешивание и нагрев рубашки аппарата, подключают обратный холодильник над аппаратом для конденсации паров воды и азотной кислоты. Нагревают содержимое аппарата до 99°C, выдерживают в течение 5 ч при постоянном перемешивании, охлаждают содержимое аппарата до 40°C. Суспензию ЛЦМ фильтруют на вакуум-воронке, отжимают, промывают водой до нейтральной реакции и направляют на ферментативный гидролиз во влажном состоянии (влажность 70-77%). Выход ЛЦМ абсолютно сухого от абсолютно сухого сырья составил 60%. Характеристики ЛЦМ: м.д. лигнина 8%, м.д. α-целлюлозы 78%, м.д. пентозанов 5%.
Отработанный по завершению одного цикла обработки порции сырья раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 5% и используют вновь для обработки свежей порции сырья. Таким образом, 5%-ный раствор азотной кислоты может быть использован многократно. В финале (18-23 циклов) отработанный раствор нейтрализуют аммиаком до нейтральной реакции и получают раствор нитрата аммония.
Ферментативный гидролиз осуществляют коммерчески доступными ферментными препаратами. Результаты ферментации субстратов - ЦСС (ПОО и М) и полученных из него обработкой раствором азотной кислоты образцов ЛЦМ - представлены в таблице 5.
| Таблица 5 | ||
| Субстрат | Выход редуцирующих веществ, % | |
| на массу субстрата | на гидролизуемые компоненты | |
| ПОО без обработки | 12 | 15 |
| ЛЦМ ПОО | 77 | 92 |
| М без обработки | 11 | 14 |
| ЛЦММ | 81 | 95 |
Как видно из результатов таблицы 5, реакционная способность сырья в процессе обработки раствором азотной кислоты возрастает для ПОО в 6,4 раза, для М - в 7,4 (на массу субстрата), для ПОО - в 6,1 раза, для М - в 6,8 раза (на гидролизуемые компоненты).
Предлагаемый способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья (плодовых оболочек овса и мискантуса) для ферментативного гидролиза при многократном использовании раствора азотной кислоты с получением субстратов и жидкого удобрения практически реализован на опытно-промышленном производстве ИПХЭТ СО РАН. Способ реализован на имеющемся стандартном оборудовании. Необходимость в применении предлагаемого способа предварительной обработки ЦСС очевидна.
Claims (1)
- Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза, включающий приготовление суспензии сырья и обработку раствором кислоты, отличающийся тем, что в качестве раствора кислоты используют раствор азотной кислоты концентрацией 2,8…6,5%, производят нагрев до Т=98…100°C, осуществляют выдержку в течение 1…5 часов, полученный продукт фильтруют, промывают, а в качестве целлюлозосодержащего сырья используют мискантус или плодовые оболочки злаков; отработанный по завершению одного цикла раствор кислоты укрепляют концентрированной азотной кислотой до концентрации раствора 2,8…6,5% и многократно используют вновь, отработанный 18-25 циклов раствор нейтрализуют аммиаком с получением раствора нитрата аммония, который используют в виде удобрения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013140699/13A RU2533921C1 (ru) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013140699/13A RU2533921C1 (ru) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2533921C1 true RU2533921C1 (ru) | 2014-11-27 |
Family
ID=53382881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013140699/13A RU2533921C1 (ru) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2533921C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU777121A1 (ru) * | 1975-10-13 | 1980-11-07 | Предприятие П/Я А-7594 | Способ получени порошковой целлюлозы |
| US4652341A (en) * | 1980-08-07 | 1987-03-24 | Prior Eric S | Accelerated pulping process |
| SU1504249A1 (ru) * | 1987-07-15 | 1989-08-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Биотехнологии | Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырь дл ферментативного гидролиза |
| RU2432368C2 (ru) * | 2005-07-19 | 2011-10-27 | Инбикон А/С | Способ превращения целлюлозного материала в этанол |
-
2013
- 2013-09-03 RU RU2013140699/13A patent/RU2533921C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU777121A1 (ru) * | 1975-10-13 | 1980-11-07 | Предприятие П/Я А-7594 | Способ получени порошковой целлюлозы |
| US4652341A (en) * | 1980-08-07 | 1987-03-24 | Prior Eric S | Accelerated pulping process |
| SU1504249A1 (ru) * | 1987-07-15 | 1989-08-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Биотехнологии | Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырь дл ферментативного гидролиза |
| RU2432368C2 (ru) * | 2005-07-19 | 2011-10-27 | Инбикон А/С | Способ превращения целлюлозного материала в этанол |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Palamae et al. | Cellulose and hemicellulose recovery from oil palm empty fruit bunch (EFB) fibers and production of sugars from the fibers | |
| Zeng et al. | Tissue‐specific biomass recalcitrance in corn stover pretreated with liquid hot‐water: Enzymatic hydrolysis (part 1) | |
| Kuglarz et al. | Ethanol production from industrial hemp: effect of combined dilute acid/steam pretreatment and economic aspects | |
| KR101662744B1 (ko) | 바이오에탄올 제조를 위한 리그노셀룰로스 물질의 전처리 방법 및 바이오에탄올 제조 방법 | |
| CN103597085A (zh) | 用于将木质纤维素材料转化为有用产品的方法 | |
| RU2012108372A (ru) | Способ получения продуктов расщепления углеводов из лигноцеллюлозных метариалов | |
| KR20090030967A (ko) | 초임계수를 이용한 목질계 바이오매스의 당화방법 | |
| JP2013541950A (ja) | 高い酵素アクセシビリティを有する前処理バイオマス | |
| US20140171664A1 (en) | Furfural production from biomass | |
| Ansanay et al. | Niobium oxide catalyst for delignification of switchgrass for fermentable sugar production | |
| JP2011529685A (ja) | リン酸と硫酸とを含む酸混合物を用いたセルロース系バイオマスの脱結晶化 | |
| Mamudu et al. | Effects of chemical and biological pre-treatment method on sugarcane bagasse for bioethanol production | |
| JP2012055302A (ja) | エタノール製造方法 | |
| RU2581799C1 (ru) | Способ получения биоэтанола из лигноцеллюлозного сырья | |
| MX2014007487A (es) | Un paso de prehidrolisis mejorado que involucra vacio. | |
| US20190144954A1 (en) | Solid catalysts | |
| JP2009183264A (ja) | 稲わらの糖化法 | |
| RU2533921C1 (ru) | Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза | |
| JP2015519916A (ja) | リグノセルロース系バイオマスのための酵素の産生 | |
| KR101395053B1 (ko) | 식물성 바이오매스로부터 글루코오스의 생산 방법 | |
| Aguiar et al. | Evaluation of commercial cellulolytic enzymes for sugarcane bagasse hydrolysis | |
| JP5711566B2 (ja) | エタノール製造方法 | |
| JP4886074B2 (ja) | バイオマス糖化の前処理方法及びその前処理方法を用いた糖化方法 | |
| RU2593724C1 (ru) | Способ получения биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья | |
| TW201805275A (zh) | 用於製備5-(氯甲基)糠醛的方法 |