Биологические науки/9.Биохимия и биофизика

Сенько О.В., к.т.н. Степанов Н.А., к.х.н. Маслова О.В.,

д.б.н. Ефременко Е.Н.

Институт биохимии им. А.Н.Баха РАН, Россия

Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН, Россия

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Россия

Биоэтанол, полученный под действием иммобилизованных клеток мицелиальных грибов

рода Rhizopus

Использование возобновляемых источников сырья для получения биоэтанола в последнее десятилетние получило масштабное развитие. Однако, как правило, при реализации разрабатываемых процессов на практике возникает ряд трудностей. При использовании в качестве субстрата отходов лесозаготавливающей промышленности ингибирующее действие на микроорганизмы-продуценты оказывает присутствие ацетата в реакционной среде, при использовании биомассы макро- и микроводорослей – присутствие солей в высоких концентрациях. Применение иммобилизованных форм микроорганизмов позволяет снизить негативное воздействие этих, а также ряда других факторов [1,2].

Использование мицелиальных грибов для получения биоэтанола имеет существенное преимущество по сравнению с традиционными бродильщиками – дрожжами: возможность трансформировать пентозы [3]. Также они обладают целым спектром гидролитических ферментов [4,5]. Известно, что мицелиальные грибы рода Rhizopus способны в анаэробных условиях осуществлять процесс брожения [3]. Однако, в аэробных условиях, они также способны накапливать этанол в культуральной жидкости. Этот процесс сопряжен с процессом накопления органических кислот (молочной или фумаровой).

В данной работе исследовался процесс накопления этанола иммобилизованными клетками мицелиальных грибов рода Rhizopus (рисунок). В ходе первоначальных исследований было показано, что процесс целесообразно проводить в течение 24 ч.

Рисунок – Выход этанола от теоретически возможного уровня на 24ч культивирования в средах с различными источниками углерода (40 г/л) иммобилизованных клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae в анаэробных (черные столбики) и аэробных условиях (серые столбики).

Установлено, что не зависимо от условий проведения процесса, наибольшие концентрации этанола в культуральной жидкости под действием использованных иммобилизованных клеток мицелиальных грибов накапливались в случае использования гексоз (или ди и трисахаридов на их основе) в качестве субстрата.

При оценке ингибирующего воздействия солей на процесс получения этилового спирта под действием полученных гетерогенных биокатализаторов было показано, что присутствие в среде ацетата натрия в концентрации до 25 г/л не оказывает негативного воздействия в течение, как минимум 5 рабочих циклов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Президиума РАН (Программа «Энергетические аспекты глубокой переработки ископаемого и возобновляемого углеродсодержащего сырья») и Министерства образования и науки Российской Федерации (госконтракт № 14.512.11.0071).

Литература:

1. Степанов Н.А., Сенько О.В., Ефременко Е.Н. (2013) Трансформация возобновляемых источников энергии в виде целлюлозосодержащих отходов в биоэтанол под действием иммобилизованных клеток микроорганизмов. // Вестник Кузбасского государственного технического университета, №1, с.109-111

2. Efremenko E.N., Nikolskaya A.B., Lyagin I.V., Senko O.V., Makhlis T.A., Stepanov N.A., Maslova O.V., Mamedova F., Varfolomeyev S.D. (2012) Production of biofuels from pretreated microalgae biomass by anaerobic fermentation with immobilized Clostridium acetobutylicum cells.// Bioresource Technology, 114, с.342-348 DOI http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2012.03.049

3. Ефременко Е.Н., Сенько О.В., Степанов Н.А., Варфоломеев С.Д. Иммобилизованный биокатализатор для получения этанола из пентоз.// Патент РФ №2391402 от 10 июня 2010 г.

4. Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Гудков Д.А., Сенько О.В., Лозинский В.И., Варфоломеев С.Д. (2013) Иммобилизованные грибные биокатализаторы для получения комплекса целлюлаз, гидролизующего возобновляемое растительное сырьё.// Катализ в промышленности, № 1, с.68-77

5. Efremenko E.N., Senko O.V., Zubaerova D.H., Podorozhko E.A., Lozinsky V.I. (2008) Effective immobilized biocatalyst for the treatment of various food wastewaters.// Biotechnology: sate of the art and prospects for development, Nova Science Publishers, Inc., United States N.-Y, том11, с.103-110