Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Также следует отметить,что предложенный авторами [74] процесс очистки растворов с использованием ионнообменной хроматографии характеризуется высокой себестоимостью.Термолиз в сочетании с ферментативным гидролизом обеспечивает выходы иконечные концентрации ВС, сопоставимые с наилучшими показателями, полученными при103осуществлении кислотного гидролиза. Следует отметить, что термолиз, осуществляемыйперед ферментативной обработкой биомассы С.
vulgaris, приводит к увеличению начальнойскорости гидролиза в 5,2 раза по сравнению со скоростью гидролиза непредобработаннойбиомассы.Механическая деструкция биомассы с последующим ферментативным гидролизомобеспечивает возможность накопления ВС и глюкозы в реакционных средах в максимальныхконцентрациях и с максимальным выходом. При этом увеличение начальной скорости исредней продуктивности процесса достигается увеличением начальной концентрациибиомассы (вплоть до 100 г сух. в-в/л), вводимой в среду ферментативного гидролиза.При сравнении результатов, полученных в ходе исследований ферментативногогидролиза биомассы микроводорослей C.
vulgaris (Таблица 17), с известными из литературы(Таблица 5), с точки зрения получения максимальных концентраций и выходов глюкозы иВС, можно утверждать, что использование оптимизированных в ходе проведенияисследования условий позволило в 3 раза быстрее получать из биомассы микроводорослейС.vulgaris (при исходной концентрации 20 г сух.
в-в/л) выходы и концентрации ВС иглюкозы, сопоставимые с наилучшими из известных.При сравнении полученных результатов с литературными данными можноутверждать, что при выполнении данной работы впервые было проведено объемноеполноценноеисследованиеразличныхподходовкпредобработкебиомассымикроводорослей С. vulgaris, накопленной на сточных водах, с точки зрения получениямаксимальной концентрации ВС и глюкозы из углеводных компонентов биомассы.Полученные результаты могут быть использованы при планировании и проведенииразличных процессов предобработки биомассы микроводорослей.В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы:-длядостижениявысокихзначенийцелевыхпоказателей(максимальнойконцентрации ВС и глюкозы) при предобработке биомассы микроводорослей С.
vulgaris,накопленной на сточных водах, рекомендуется использовать сочетание нескольких методов,один из которых направлен на дезинтеграцию клеток и повышение реакционной способностибиоорганических компонентов биомассы;- максимальные значения средней продуктивности процесса предобработки биомассыпо ВС и глюкозе (QВС=20,12±0,64 г/л/ч и QГЛ=10,83±0,29 г/л/ч) достигаются прииспользованииподхода,сочетающегопоследовательнометодеемеханическойдезинтеграции в течение 4 минут на шаровой мельнице и метод последующего ее кислотногогидролиза при одновременном термолизе при 121°С (1 ати) в течение 25 минут с104использованием 1,2н H2SO4. Полученный гидролизат содержит соединения (муравьинуюкислоту, оксиметилфурол и фурфурол), обладающие токсичностью в отношении клеток, номожет быть рекомендован для использования в процессах химической конверсии вразличные конечные продукты;- оптимальным, с точки зрения получения растворов с максимальной концентрациейВС и глюкозы (СВС=45,19±1,69 г/л и СГЛ=33,87±1,15 г/л) из биомассы микроводорослейC.
vulgaris, накопленной на сточных водах, можно считать подход, сочетающийпоследовательно метод её механической деструкции в течение 4 минут на шаровой мельницеи метод её ферментативной обработки при рН 5,5, 37 °С в течение 28 ч с использованиемкомплекса ферментов класса целлюлаз (8 мг/г сух. в-в биомассы) и амилаз (2 мг/г сух. в-вбиомассы) при исходной концентрации биомассы 100 г сух. в-в/л.Среды, полученные в результате ферментативного гидролиза, содержащие ВС иглюкозу в высоких концентрациях, являются перспективными с точки зрения ихдальнейшегоиспользованиядляполучениякаких-либоценныхпродуктовбиотехнологическим способом.Ранееужебылапоказанавозможностьбиотрансформациибиомассымикроводорослей C.
vulgaris в такие коммерчески значимые продукты как молочная ифумаровая кислоты - мономеры для получения биоразлагаемых полимеров [111]. В связи сэтим представляло определенный интерес, с научной и практической точки зрения,исследованиевозможностипримененияферментативныхгидролизатовбиомассымикроводорослей C. vulgaris, накопленной на сточных водах, для получения другойорганической кислоты, а именно янтарной, также являющейся мономером для получениябиоразлагаемых полимеров. Кроме того интересно было сравнить результаты конверсии вмолочную и фумаровую кислоты ВС, входящих в состав ферментативных гидролизатовбиомассы микроводорослей C. vulgaris, полученных в этой работе, с ранее предложенными влитературе процессами получения молочной и фумаровой кислот из термолизованнойбиомассы тех же клеток [111].
Именно этому был посвящен следующий этап работы.3.3ТрансформацияферментативныхгидролизатовбиомассымикроводорослейC. vulgaris в органические кислоты – мономеры для получения биоразлагаемыхполимеров, и биополимеры - полигидроксиалканоатыНа данном этапе работы были изучены возможности и оптимизированы условия дляпроведения процесса биотрансформации ВС, содержащихся в ферментативных гидролизатахбиомассы микроводорослей C. vulgaris, в различные органические кислоты (молочную,105фумаровую и янтарную), являющиеся потенциальными мономерами для получениябиопластиков, и биополимеры в виде полигидроксиалканоатов (ПГА).3.3.1 Получение молочной и фумаровой кислот с использованием биокатализаторов ввиде иммобилизованных в криогель ПВС клеток мицелиальных грибов вида Rhizopusoryzae3.3.1.1Получениемолочнойкислотысиспользованиемиммобилизованногобиокатализатора (ИБК) на основе клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-814Ранее в лаборатории экобиокатализа Химического факультета МГУ имениМ.В.Ломоносовабылразработанвысокоэффективныйбиокатализаторввидеиммобилизованных в криогель ПВС клеток мицелиального гриба Rhizopus oryzae F-814[169].
Было показано, что данный ИБК может быть эффективно использован для полученияМК из глюкозы, гидролизатов крахмала [169] и из гидролизатов различных ЦСО [111].КрометогобылаустановленапринципиальнаявозможностьполученияМКизпредварительно предобработанной методом термолиза биомассы микроводорослей [111],однако условия предобработки биомассы и проведения биотехнологического процессаполучения МК не были оптимизированы.В связи с этим при исследовании и оптимизации процесса получения МК изферментативных гидролизатов биомассы микроводорослей C. vulgaris было решеноиспользовать тот же биокатализатор. При этом использовался ферментативный гидролизатмеханически дезинтегрированной биомассы C.
vulgaris, полученный в ранее подобранныхусловиях (см. п. 3.2.2), и только жидкая фаза указанного выше ферментативногогидролизата, отделенная от осадка центрифугированием (6000 об/мин, 10 мин). Припроведении эксперимента была выбрана исходная концентрация биомассы C. vulgaris – 50г сух. в-в/л, в ферментативных гидролизатах которой содержались ВС в концентрации24,1±0,8 г/л.
Получение МК проводилось в аэробных условиях при 280С в течение 40 ч спостоянным перемешиванием (180 об/мин), при исходной концентрации биокатализатора всреде СИБК=30 г сух. в-в/л [111], значение рН 6,6±0,2 поддерживалось на постоянном уровнеза счет периодической подтитровки среды 2,5 М раствором NH4OH. Полученные результатыпредставлены на Рисунке 27.Из полученных результатов следует, что для осуществления биоконверсиипредобработанной биомассы C. vulgaris в МК более эффективным оказалось использование вкачестве питательной среды только жидкой фазы ферментативного гидролизата биомассыC.vulgaris.Именнотакаясредаиспользовалась106далееприпроведениивсехэкспериментальных исследований по получению МК. Рисунок 27 – Кинетика накопления МК в среде, представляющей собой ферментолизатбиомассы C.
vulgaris (Δ) и только жидкую фазу ферментативного гидролизата (□) поддействием ИБК (СИБК=30 г сух. в-в/л) на основе клеток мицелиального гриба R. oryzae F-814.Исходная концентрация ВС в ферментолизате - 24,1±0,8 г/лС целью выбора наиболее благоприятных условий проведения эксперимента былорассмотрено влияние исходной концентрации ВС в составе ферментативных гидролизатов,полученных при обработке биомассы C. vulgaris, взятой в разной концентрации: 50, 70 и 100г сух. в-в/л, на эффективность процесса накопления МК под действием ИБК в видеиммобилизованных клеток мицелиального гриба R.
oryzae F-814 (Рисунок 28, Таблица 18).Установлено, что при проведении биотехнологического процесса с использованиемИБК на основе клеток мицелиального гриба R. oryzae F-814 в исследуемом диапазонезначений показателя СВС0 24,1÷45,2 г/л за 40 ч происходит практически полное потреблениеклетками присутствующих в растворе ВС.
При этом 65÷68% ВС конвертируется именно вМК. Увеличение исходной концентрации ВС в среде культивирования иммобилизованныхклеток мицелиальных грибов в целом приводило к повышению эффективности процессаполучения МК по следующим показателям: QМК, СМК макс и ПИБК – на 76% (Таблица 18).107Рисунок 28 – Кинетика потребления ВС (черные символы) и накопления в среде МК (белыесимволы) в процессе конверсии ВС, содержащихся в ферментолизатах биомассы C.
vulgaris,под действием ИБКна основе клеток мицелиального гриба R. oryzae F-814 (СИБК=30г сух. в-в/л) при варьировании исходной концентрации ВС, полученных при ферментативномгидролизе биомассы C. vulgaris, СБМ0: 50 (■, □), 70 (♦, ◊), 100 (●, ○) г сух. в-в/лСравнительный анализ полученных результатов (Таблица 18) позволяет сделатьвывод о том, что, с точки зрения получения максимальных значений целевых параметровQМК, СМКмакс и ПИБК наиболее целесообразно для получения ферментативных гидролизатовиспользовать биомассу в начальной концентрации 100 г сух. в-в/л, при этом более 50%углеводов, входящих исходно в ее состав, удается направленно конвертировать в МК спомощью иммобилизованных в криогель ПВС клеток мицелиального гриба R. oryzae F-814.При анализе литературных данных стало очевидным, что только один источниксодержитинформациюотносительнополученияМКизгидролизатовбиомассымикроводорослей C.
vulgaris c использованием клеток мицелиальных грибов ([111], Таблица7). В данной работе в результате проведенной оптимизации процессов ферментативнойпредобработкибиомассымикроводорослейC.vulgarisибиотрансформацииВС,содержащихся в полученных ферментативных гидролизатах, в МК с помощью ИБК наоснове клеток мицелиального гриба R. oryzae F-814 удалось в 142 раза увеличить показателиСМКмакс и QМК.Былапродемонстрированавозможностьмногократногоиспользованияиммобилизованных клеток мицелиального гриба R.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
