Wiley жаңартылатын энергия

 
 
70 
процеске  жатады.  Алайда,  бұл  тарауда  ол  лигноцеллюлоза  биомассасынан  этанол  алудың 
биологиялық  әдісі.  Ферментация  реакциясы  қарапайым  қантпен  қоректенетін  ашытқы  немесе 
бактериялардың  әсерінен  болады.  Жоғарыда  сипатталған  гидролиз  нәтижесінде  алынған  глюкоза 
этанолды алу үшін ашытқылармен ашытылады. 
 
4.2.4.1 Бөлек гидролиз және ферментация (РГФ) 
 
Бұл  Saccharomyces  немесе  Zymomonas  пайдалана  отырып,  екінші  кезеңде  лигноцеллюлозаны 
қантты қалпына келтіру үшін бірінші сатыда және этанолда пайда болатын қантты ферментациялау 
үшін    ферменттердің  көмегімен  гидролиздейтін  кәдімгі  екі  сатылы  процесс  [117,  118].  БГФ 
процесінде  гидролиз  ферментациядан  бөлек  жүргізіледі,  бұл  ферментативті  гидролиз  үшін  де, 
ферментация  үшін  де  оңтайлы  температураны  қолдануға  болатынын  білдіреді.  БГФ  кемшілігі 
алынған  целлюлобиоз  целлюлазаның  ингибиторы  ретінде  әрекет  етеді  [119].  Сонымен  қатар,  β-
глюкозидаза  глюкозамен  тежелуі  мүмкін  екендігі  дәлелденді  [120].  Тағы  бір  кемшілік  бұл  БГФ 
процестің жалпы құнын арттыратын екі кезеңді процесс. 
 
4.2.4.2 Бір мезгілде қанттандыру және ферментация (
(БҚФ)
 
 
Бір  мезгілде  қанттандыру  және  ферментациялау  (БҚФ)процестерінде  бір  кезеңді  целлюлоза 
гидролизі  және  ферментациялайтын  микроорганизмдердің  қатысуымен  глюкозаны  ферментациялау 
жүзеге  асырылады.  Бұл  әдіс  процесс  кезеңдерінің  санын  қысқартады  және  целлюлозаны  этанолға 
түрлендірудің  перспективалы  тәсілі  болып  табылады  [121].  (БҚФ)  процесінде  целлюлазалар 
ферменттері  целлюлозаны  D-глюкозаға  дейін  гидролиздейді,  ол  өз  кезегінде  ашытқы  немесе 
бактериялардың  көмегімен  этанолға  ферменттеледі  [122].  PН,  температура  және  субстраттың 
концентрациясы  сияқты  әртүрлі  жағдайларға  қатысты  қантсыздандыру  және  ферментация 
процестерінің  үйлесімділігі  (БҚФ)процесінің  жетістігін  анықтайтын  маңызды  факторлар  болып 
табылады. Бұл ферменттер ферменттердің әсерінен гидролиз кезінде түзілетін қарапайым қанттармен 
қатты  тежеледі.  Этанолдың  биореактордағы  жиналуы  глюкозаның  жоғары  концентрациясы  сияқты 
целлюлазаны  баспайды  [123].  Этанолдың  биоконверсиясы  үшін  (БҚФ)процесінің  негізгі 
артықшылықтары  целлюлоза  белсенділігін  тежейтін  қантты  жоюдың,  ферменттің  аз  тиелуінің, 
өнімнің  жоғары  шығуының,  этанолды  үздіксіз  шығарып  алу  және  асептикалық  жағдайларда 
қажеттілік  төмендеген  жағдайда  ашытқылардың  ферментациясын  тежеудің  төмендеуі  арқасында 
лигноцеллюлоза  биомассасының  (целлюлоза  және  гемицеллюлоза)  биоконверсиясының  жоғары 
жылдамдығы  болып  табылады,    ол  экономикалық  жағдайларды  жақсартуға  әкеледі  [124-127]. 
Шикізат  гидролизі  процесінде  бірнеше  тежегіш  қосылыстар  пайда  болғандықтан,  гидролитикалық 
процесс  тежегіштің  түзілуін  барынша  азайтатындай  оңтайландырылуы  тиіс.  (БҚФ)  процесі 
лигноцеллюлозды  биомассадан  этанолды  коммерциялық  өндіру  үшін  ең  жақсы  нұсқасын  ұсынады. 
(БҚФ) процесі үшін Penicillium funiculosum целлюлаза және ашытқы жасушалары қолданылды [124]. 
(БҚФ)  процесінің  кемшілігі  целлюлаз  және  ферменттейтін  микроорганизмдер  үшін  оңтайлы 
температура  бірдей  емес,  сондықтан  таңдалған  температура  компромисс  болып  табылады,  бұл 
гидролиз де, ферменттеу де оңтайлы жағдайларда жүргізілмейтіндігін білдіреді. 
 
4.2.4.3 Бір мезгілде қанттану және коферментация (БМҚЖКФ) 
 
Қанттандыру  мен  коферментацияның  бір  мезгілде  процестері  целлюлозаның  ферментативті 
гидролизін  оның  негізгі  қант  туындысын  (глюкоза)  этанолға  бір  мезгілде  ферменттеумен 
ұштастырады. Бұл процесте кезеңдер гидролиз бен ферментацияның жеке жүйесіндегідей іс жүзінде 
бірдей  алайда  бұл  процесте  екі  процесс  бір  биореакторда  орындалады.  Осылайша, 
целлюлолитикалық  ферменттік  кешенмен  бірге  ашытқылардың  болуы  реакторда  ингибациялаушы 
қанттардың  жиналуын  төмендетеді,  осылайша  қанттың  шығуы  мен  жылдамдығын  арттырады.  Бұл 
тәсілдің  басқа  артықшылығы-бұл  барлық  процесс  үшін  бір  биореактор  пайдаланылады,  бұл 
инвестициялық  шығындарды  төмендетеді.  БМҚЖКФ  құрамында  ксилоза  жоғары  лигноцеллюлоза 
материалдарынан этанол өндірісінің іс жүзінде жүзеге асырылған нұсқасы болып танылды. Жақында 
гендік-инженерлік  ашытқылары  бар  бірнеше  зерттеушілер  БМҚЖКФ  әртүрлі  шикізат  түрлерінде 
пайдаланды [128-130]. 
 
 

 
 
71 
4.2.4.4 Біріккен биоөңдеу (ББӨ) 
 
Жақында  целлюлаза  өндірісін,  гидролизді  және  ферментацияны  бір  кезеңге  біріктіруге  әрекет 
жасалды.  Бұл  тұжырымдама  біріккен  биоөңдеу  деп  аталады  (ББӨ),  мақсат-бір  мезгілде  осы  үш 
қадамды  орындауға  қабілетті  микроорганизм  құру  [121].  Алдын  ала  өңделген  лигноцеллюлоза 
биомассасы ББӨ кезінде бейтараптандырылады және целлюлоза мен гемицеллюлозаны ашытылатын 
қантқа гидролиздеуге және этанолға қантты ашытуға қабілетті микроорганизмдердің тікелей әсеріне 
ұшырайды.  Қазіргі  уақытта  лигноцеллюлоза  биомассасын  тиімді  ыдыратуға  және  сонымен  бірге 
этанол  түзілетін  биомассадан  босатылатын  барлық  қанттарды  тұтынуға  болатын  ББӨ  үшін  тамаша 
микроағзалар  жоқ.  Дегенмен,  биоэтанолды  тиімді  өндіру  үшін  (s.  cerevisiae)  шығаратын,  олар  өз 
кезегінде  целлюлаза/гемицеллюлаза  және  лигноцеллюлозаны  ыдырататын  бактерияларды  (C. 
thermocellum)  шығаратын,құру  әрекеттері жасалуда  [121].  ББӨ  үшін  микроорганизмдерді жасаудың 
екі  түрлі  стратегиясы  бар.  Табиғи  целлюлолитикалық  микроорганизм  этанолдың  жоғары  шығуын 
беру қабілеті сияқты маңызды қасиеттерді алу үшін 1 гендік инженериямен өзгертілуі мүмкін немесе 
2  гетерологиялық  целлюлаздарды  экспрессиялау  үшін  гендік  инженериямен  өзгертуге  болатын 
этанолдың  жоғары  шығуымен  болатын  целлюлолитикалық  емес  микроорганизмдер  арқылы  іске 
асыруға болады [131 ]. Ашытқы геномының биотехнологиялық инженерия және протопласт біріктіру 
әдістері  арқылы  жоғарыда  аталған  жол    көп  үміт  күттіретін  нәтижелерді  көрсететін  штаммдарды 
әзірлеуге  мүмкіндік  берді  [131].  С.phytofermentans  геномы  (ATCC  700394)  жүйелі  клостридиальді 
геномдар  арасында  лигноцеллюлоза  биомассасын  ыдырату  үшін  ферменттердің  ең  көп  санын 
кодтайды [132]. Бұл технология экономикалық тиімділік көрсеткіштері, шығару және өңдеу уақытын 
қысқарту бойынша ББӨ процесінен асып түседі [121, 127, 133]. Этанолға қатысты төмен төзімділік 
осы  процестің  негізгі  кемшілігі  болып  табылады.  Этанологиялық  ашытқылар  үшін  10%  -  бен 
салыстырғанда  3,5%  -  ға  жуық  шекті  мәні  төмен  рұқсат  етілген  екендігі  хабарланады.  Көміртектің 
елеулі  мөлшерін  пайдаланатын  осы  процесте,  сірке  қышқылы  және  сүт  қышқылы  жанама  өнімдер 
ретінде қалыптасады. 
 

жүктеу/скачать 4,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: