Wiley жаңартылатын энергия
жүктеу/скачать 4,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| 4.2.3 Детоксикация
Көптеген процестер алдын ала өңдеуде және лигноцеллюлоза биомассасының гидролизінде ашытылатын гидролизат алу үшін қолданылады [9, 36, 98–100]. Алдын ала өңдеудің жалпы мақсаты келесі гидролизді целлюлозаға ұшырату, лигноцеллюлоза биомассасын қарапайым қантқа айналдыру және лигнинді жою [9]. Физикалық және химиялық алдын ала өңдеу және гидролиз кезінде ферментацияға кедергі келтіретін түрлі уытты қосылыстар жасалады. Уытты тежегіш қосылыстардың пайда болуы шикізатқа, гидролиз әдісіне және гидролиз жағдайларына қатты байланысты. Ингибиторлар ретінде әрекет етуі мүмкін қосылыстардың төрт тобы фенолды қосылыстар, алифатикалық қышқылдар және фуран альдегидтері болып табылады. Фенолдық қосылыстардың көп мөлшері қышқылмен сұйылтылған гидролиз кезінде лигноцеллюлоза биомассасынан түзіледі [101, 102]. Кең таралған фенолды қосылыстар болып ванилин, дигидрокониферил спирті, кониферил альдегид, ванил қышқылы, гидрохинон, катехол, ацетогвайакон, гомованил қышқылы және 4- гидроксибензой қышқылы табылады [103]. Фенолды қосылыстар функцияға әсер ететін және 69 ақуыздың липидке арақатынасын өзгертетін жасушалық мембранамен кездеседі, бұл жасушалардың өсуі мен этанол өнімділігінің бәсеңдетеді [104]. Лигноцеллюлозаның гидролизаттарындағы қарапайым алифатикалық қышқылдар олар-сірке қышқылы,құмырсқа қышқылы және левулин қышқылы. Осы үш қышқылдың ішінде ең ингибитаторы - құмырсқа қышқылы содан кейін левулин және сірке қышқылы [105]. Алифатикалық қышқылдар лигноцеллюлоза биомассасының қышқыл гидролизінде полисахаридтердің ыдырау өнімдерінен құралады. Бұл алифатикалық қышқылдар жасуша мембранасы арқылы диффузия жолымен жасушаға түседі және жасушаішілік рН төмендеуіне әкеледі. Плазмалық мембрана арқылы протондарды сору арқылы тұрақты жасушаішілік рН ұстау қосымша АТФ талап етеді, бұл метаболикалық белсенділікке теріс әсер етеді және жасушалардың өлуіне әкелуі мүмкін [106]. Синергетикалық әсер осы қосылыстар лигниннің ыдырауы кезінде пайда болатын бірнеше басқа қосылыстармен біріктіріледі. Экстрактивтік заттар (қышқыл шайырлар, танин және терпен қышқылдары), сондай-ақ гемицеллюлоздағы ацетильді топтардан сірке қышқылы гидролитикалық процестер кезінде босатылады. Уыттылық көрсеткіштері бойынша сығынды заттар сірке қышқылына қарағанда микроорганизмдердің өсуі үшін аз уытты болып саналады. Ингибиторлардың басқа түрлері қышқыл гидролизімен алдын ала өңдеу кезінде реактордың коррозиясы нәтижесінде түзілетін ауыр металдардың иондары (темір, хром, никель және мыс) болып табылады.Олардың уыттылығы ферменттің белсенділігін бәсеңдетіп, метаболикалық жолдар деңгейінде әсер етеді [107]. Алдын ала өңдеу және гидролиз процесінде пайда болатын уытты қосылыстар ферментация процесіне теріс әсер етеді. Тежегіштер жасайтын проблемаларды болдырмау үшін бірнеше балама қолдануға болады. Процесс кезінде тежегіштерді жоюға немесе олардың түзілуін азайтуға болады. Қант гидролизаттарындағы ингибиторлардың түрі мен концентрациясы гидролиз жағдайларына байланысты. Алайда, ингибитор түзілмеген қанттың жоғары шығуына, әсіресе қышқылмен сұйылтылған гидролизде қол жеткізу қиын. Ингибирленудің ықтимал проблемаларына байланысты қант пен этанолдың нашар шығуымен келісу қиын. Ингибиторлардың жағымсыз әсерлерін азайту үшін детоксикацияның бірнеше физика-химиялық және биологиялық әдістері әзірленді. Детоксикация әдістемесінің тиімділігі гидролизаттың химиялық құрамына, сондай- ақ биоэтанолды алу үшін таңдалған микроорганизмдерге байланысты [30, 107, 108]. Осы себепті детоксикация әдістерін тікелей салыстыруға болмайды, себебі уыттылықты тежеу механизмдері мен бейтараптандыру дәрежесі мүлдем әртүрлі [98]. Осындай уыттылығы жоғары қосылыстар өндірісін азайту үшін айтарлықтай күш салынды. Булану және вакуумдық булану гидролизатта болатын ұшпа қосылыстардың (сірке қышқылы, фурфурол және формальдегид сияқты) концентрациясын төмендету және қант концентрациясын ұлғайту үшін детоксикацияның физикалық әдістері болып табылады. Алайда, бұл әдістер сондай-ақ сығынды заттар мен лигнин туындылары сияқты ұшпайтын уытты қосылыстардың құрамын арттырады. Химиялық детоксикация улы қосылыстардың шөгуін және кейбір ингибиторлардың рН белгілі бір мәндерінде иондалуын қамтиды, әрі соңғылары қосылыстардың уыттылық дәрежесін өзгертуге қабілетті [109]. Уытты қосылыстар белсендірілген көмірмен [110, 111] және ион алмасу шайырлармен [103, 112] адсорбциялануы мүмкін. Сілтілі өңдеу детоксикацияның ең көп таралған әдісі болып табылады және ең үздік технологиялардың бірі болып саналады. Бұл әдіс уытты қосылыстарды тұндыру үшін натрий немесе калий гидроксиді сияқты әкті немесе басқа сілтілі қосылыстарды қосудан тұрады [110–114]. Сірке қышқылы, фурфурол, ОМФ, еритін лигнин және фенол қосылыстары негізінен гидролизаттардың ашуын арттыратын сілтімен өңдеу жолымен жойылады. Trametes versicolor лигнолитикалық грибоктан алынған пероксидаза мен лакказаның ферменттерімен өңдеу гемицеллюлоза гидролизатында этанолдың максималды өнімділігін арттыратыны дәлелденді [115]. Бұған дейін хабарланғандай, жұмсақ шірікті Trichoderma reesei-дің жіпті саңырауқұлағы гемицеллюлоза гидролизатындағы алдын ала бумен өңдегеннен кейін алынған ингибиторларды ыдыратады. Сірке қышқылы, фурфурол және бензой қышқылы туындылары гидролизаттан Trichoderma reesei өңдеу арқылы шығарылды [116]. Экзоцеллюлаза эндоцеллюлазамен өңделетін ашық тізбектердің артынан екі-төрт буынға дейін ыдыратады, ал - глюкозидаза экзоцеллюлаза өнімін жеке моносахаридке гидролиздейді. Осылайша, глюкоза ферментативті жолмен ыдырамайды. жүктеу/скачать 4,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|