Различные подходы к накоплению биомассы микроводорослей Chlorellavulgaris и к процессам её биокаталитической трансформации (1105654), страница 27
Текст из файла (страница 27)
в-в биомассы клеток бактерий A. succinogenes: для процессовконверсии гидролизатов пшеничной соломы - с 12,7 до 165 г ЯК/г сух. в-в биомассы, то естьв 13 раз, а для процессов конверсии гидролизатов багассы - с 22,5 до 116 г ЯК/г сух. в-вбиомассы, то есть в 5 раз.142Таблица 32 - Характеристики процессов трансформации гидролизатов различных видов возобновляемого сырья в ЯК под действием ИБК(СИБК=20 г сух. в-в/л) на основе клеток бактерий A.
succinogenes, включенных в криогель ПВСГидролизат143СВС0, г/лΔСВС, %Пшеничная соломаРисовая соломаБагассаСвекловичный жомОсиновые опилкиБерезовые опилкиСосновые опилкиКлубни топинамбураСтебли топинамбура66,4±2,666,5±2,132,0±1,344,2±1,864,2±2,958,4±2,564,8±2,374,6±3,262,2±1,974,8±1,978,8±2,196,2±3,095,2±1,378,3±1,486,8±2,175,8±1,351,6±1,057,1±1,2Arthrospira platensisCosmarium sp.Dunaliella salinaNannochloropsis sp.Nostoc sp.36,7±1,152,5±1,762,3±2,151,1±1,947,3±1,182,3±2,189,7±2,557,8±0,888,9±2,672,1±1,8Laminaria saccharinaAsparagopsis taxiformisUlva lactuca36,6±1,156,0±1,524,1±0,882,8±2,870,2±2,385,5±1,8СЯК, г/лYЯК/ВСЦСО33,7±1,30,68±0,0231,4±1,50,60±0,0319,7±0,70,64±0,0223,9±1,20,57±0,0329,6±1,60,59±0,0330,8±1,30,61±0,0329,4±1,20,60±0,0316,2±1,10,42±0,0115,3±0,90,43±0,02Фототрофные микроорганизмы18,7±0,70,62±0,0231,1±1,30,66±0,0229,9±1,00,51±0,0120,1±1,30,66±0,0215,4±0,60,59±0,02Макроводоросли15,7±0,70,52±0,0121,6±1,30,55±0,0210,1±0,40,49±0,01QЯК, г/л/чПП ИБК, чП ИБК,г ЯК/ч/кг ИБК1,06±0,031,08±0,030,70±0,011,01±0,011,08±0,031,04±0,021,07±0,030,63±0,010,70±0,0260042060041039642039659647652,8±2,553,9±2,335,2±1,450,3±2,154,2±2,552,2±2,353,7±2,631,5±1,134,9±1,60,66±0,011,11±0,030,66±0,011,07±0,030,77±0,0242453649040843233,0±1,155,5±2,133,0±1,053,5±2,238,7±1,60,61±0,010,77±0,020,44±0,0155260050430,3±1,338,6±1,721,9±0,9Таким образом, из полученных результатов следуют выводы:- разработанный ИБК на основе иммобилизованных в криогель ПВС клеток бактерийA.
succinogenes может применяться для биотрансформации в ЯК широкого спектравозобновляемого сырья (показано на 18 видах субстратов), включая биомассу C. vulgaris, приэтом в зависимости от сырья при СИБК=20 г сух. в-в/л, основные показатели процесса за 1цикл лежат в диапазонах: СЯКмакс = 10÷34 г/л, YЯК/ВС = 0,42÷0,68, QЯК = 0,44÷1,11 г/л/ч,ПИБК = 21,9÷55,5 г ЯК/ч/кг ИБК;- возможность эффективной реализации биотехнологического процесса получения ЯКиз гидролизатов биомассы фототрофных микроорганизмов, макроводорослей и некоторыхвидов ЦСО (свекловичного жома, древесных опилок, клубней и стеблей топинамбура) прииспользовании клеток бактерий A. succinogenes продемонстрирована в данной работевпервые;- разработанный ИБК может длительно использоваться в периодическом процессеполучения ЯК из возобновляемого сырья, период его полуинактивации в зависимости отисходногосырьясоставляетППИБК=396÷600ч,длительностьегоэффективногофункционирования многократно превышает лучшие из известных аналогов;- предложенная в данной работе стратегия получения ЯК из различных видоввозобновляемого сырья с использованием ИБК, заключавшаяся в создании в реакционнойсреде высоких концентраций биомассы продуцента (3 г сух.
в-в/л) за счет иммобилизации вкриогель ПВС и реализуемая возможность длительного ее использования, позволила в 5-13разинтенсифицироватьбиотехнологическийпроцессполученияЯКизцеллюлозосодержащего сырья по показателю суммарного количества ЯК, которое можнополучить при использовании 1 г сух. в-в биомассы клеток бактерий A. succinogenes всравнении с известными из литературы данными (Таблица 6).3.4.3 Подходы к утилизации биокатализаторов в виде иммобилизованных клетокмицелиальных грибов, использованных в процессах получения органических кислот изферментолизатов биомассы микроводорослей C.
vulgarisПри проведении процессов конверсии ВС, содержащихся в ферментолизатахбиомассы C. vulgaris, в органические кислоты образуется ряд нерастворимых твердыхотходов:негидролизуемыеостаткибиомассымикроводорослей,отделяемыеотферментолизатов, а также использованные ИБК на основе клеток бактерий и мицелиальныхгрибов.Ранее в лаборатории экобиокатализа МГУ имени М.В. Ломоносова, где былавыполнена эта работа, была продемонстрирована возможность реутилизации ИБК на основе144бактериальных клеток и криогеля ПВС путем нагрева гранул при 108оС в течение 20 мин длярасплавления криогеля, термолиза иммобилизованных клеток и получения раствора ПВС,обогащенного остатками термолизованных бактериальных клеток [206]. Было показано, чтотакой раствор полимера может быть успешно использован вновь для иммобилизации клетокбактерий.Ранее также было показано, что утилизация остатков биомассы фототрофныхмикроорганизмов может быть реализована в процессе метаногенеза.
При этом процентконверсии такой биомассы в метан может достигать 55÷69% [13, 207, 208].Чтокасаетсяутилизациибиомассыгрибногомицелия–отходамногихбиотехнологических производств, то эта проблема остаётся на сегодняшний деньпрактически нерешённой [209]. Известно, что свободный грибной мицелий послеспециальной предобработки может быть использован в качестве сорбента для ионовразличных металлов, удобрения в сельском хозяйстве [210-212].Что касается утилизации иммобилизованной биомассы мицелиальных грибов, тоздесьпредложенийкрайнемало.Так,ранеебылоустановлено,чтобиомассаиммобилизованных клеток мицелиальных грибов после применения в процессах очисткисточных вод может быть использована для получения метана, при этом процент конверсииможет достигать 31,4 % [111].
Таким образом, применение процесса метаногенеза дляутилизации биомассы мицелиальных грибов оказалось возможным, но существенно менееэффективным, чем в случае биомассы клеток микроводорослей.Здесь следует отметить, что в ходе разработанных в данной работе процессовполучения МК и ФК из ферментолизатов биомассы микроводорослей C. vulgaris поддействием ИБК на основе клеток разных штаммов мицелиальных грибов R.
oryzae накаждую тонну МК и ФК, соответственно, накапливается до 100-110 кг (по сухому весу)использованных ИБК на основе клеток мицелиальных грибов в виде отходов, подлежащихутилизации. В этой связи вопрос утилизации иммобилизованной биомассы мицелиальныхгрибов после получения МК и ФК является актуальным.Анализ литературы показал, что сорбционная способность поверхности клетокмицелиальных грибов довольно высока по отношению к разным химическим соединениям, атакже к отдельным видам клеток микроорганизмов [213]. На предположение о том, чтоклетки мицелиальных грибов, в том числе находящиеся в иммобилизованном состоянии,могут обладать хорошей сорбционной способностью и по отношению к клеткаммикроводорослей, натолкнул тот факт, что отдельные грибы способны вступать вформированиесложныхсимбиотическихвзаимоотношенийсмикроводорослямиидлительно сосуществовать с ними в таких отношениях, формируя в том числе лишайники, а145начало этих взаимоотношений начинается c адсорбции клеток микроводорослей наклеточной стенке грибов [213].
Исходно предполагалось при этом, что сорбировавшиеся намицелии клетки микроводорослей могли, таким образом, «обогатить» грибные отходыбиоорганическими веществами (прежде всего липидами), которые бы способствовалиповышению уровня выхода метана в случае утилизации биомассы мицелиальных грибов.В этой связи в данной работе впервые была исследована возможность биосорбцииклеток микроводорослей C. vulgaris с использованием в качестве «сорбента» гранул ИБК наоснове клеток мицелиальных грибов, «отработанных» в процессах получения органическихкислот (Рисунок 45).Иммобилизованныймицелий грибовпосле полученияорганических кислотСточные воды +накопленнаябиомасса клетокC.
vulgarisБиосорбция клеток C. vulgaris на гранулахиммобилизованного мицелияПолучение метанаПолучение продуктов пиролизаРисунок 45 – Схема получения сорбированной на иммобилизованном грибном мицелиибиомассы клеток C. vulgaris и ее конверсии в различные виды биотопливаВ исследованиях применялись ИБК на основе клеток мицелиальных грибов R. oryzae,которые до этого использовались в процессах получения органических (молочной ифумаровой) кислот из ферментолизатов биомассы микроводорослей C. vulgaris (Рисунок 46).Были протестированы оба штамма мицелиальных грибов на способность сорбировать клеткимикроводорослей, поскольку они отличались морфологией мицелия.
Для этого в сточныеводы с накопленной биомассой клеток C. vulgaris вносились гранулы ИБК на основеиммобилизованных клеток мицелиальных грибов так, что концентрация биомассымикроводорослей и гранул ИБК была по 1,7 г сух. в-в/л. Процесс биосорбции проводилсяпри 28°С и 180 об/мин в течение 24 ч.Очевидно, что основной процесс сорбции клеток микроводорослей C. vulgarisпроходил в течение первых 6 ч, к 12-ому часу он практически завершался.146Рисунок 46 – Изменение концентрации биомассы клеток микроводорослей C. vulgaris в средесточных вод № 2 (см. п. 2.2.1) в процессе их сорбции ИБК на основе клеток мицелиальныхгрибов (▲) R.
oryzae F-814 (продуцент МК) и (■) R. oryzae F-1032 (продуцент ФК)Расчет сорбционной ёмкости гранул иммобилизованного мицелия на 20-ом часу,показал, что наиболее эффективным было использование для этих целей гранул ИБК наоснове клеток мицелиального гриба R. oryzae F-1032 (после получения ФК), сорбционнаяёмкость которых составила 0,82 ± 0,03 г/г по сух. в-вам (аналогичная характеристика дляR.
oryzae F-814 - 0,71 ± 0,03 г/г по сух. в-вам). Очевидно, это было связанно с тем, что даннаякультура обладает более «рыхлым» по морфологии мицелием.При этом необходимо отметить, что использование «отработанного» в процессахполучения органических кислот свободного грибного мицелия для целей биосорбции клетокмикроводорослей было практически невозможным вследствие того, что к окончаниюпроцесса получения кислот из различных возобновляемых источников сырья наблюдалсялизис и деструкция неиммобилизованного грибного мицелия.Следует отметить, что хотя пустые гранулы (без клеток мицелиальных грибов)криогеля ПВС способны сорбировать клетки микроводорослей C.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
