GRAIN CROPS STRAW PREPARING FOR BIOTECHNOLOGICAL PROCESSING

УДК 633.584.1(047.31)

  • Сергеенко Лидия Александровна – магистр технических наук кафедры химической переработки древесины. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: sjargejenka.lidziya@yandex.by

  • Логвинова Анна Сергеевна – магистр технических наук, инженер-технолог. ООО «Фермент» (220140, г. Минск, ул. Матусевича, 35, п. 4). E-mail: irulent@tut.by

  • Болтовский Валерий Станиславович – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры химической переработки древесины. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова. 13а, Республика Беларусь). E-mail: v-boltovsky@rambler.ru

Ключевые слова: солома зерновых культур, гидротермическая предобработка, термокаталитическая предобработка, автогидролиз, СВЧ-обработка.

Для цитирования: Сергеенко, Л. А Подготовка соломы зерновых культур к биотехнологической переработке / Л. А. Сергеенко, А. С. Логвинова, В. С. Болтовский // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. - Минск : БГТУ, 2020. - № 1. – С. 173-182.

Аннотация

Приведены результаты исследований по предварительной обработке соломы зерновых культур (пшеницы яровой и тритикале) гидротермическим, термокаталитическим, автокаталитическим методами и под воздействием электромагнитного поля СВЧ. Полученные результаты свидетельствуют о возможности их применения для предварительной подготовки соломы перед дальнейшей биотехнологической переработкой.

Для практической реализации в кормопроизводстве и при микробиологической переработке соломы в этанол целесообразно использование предварительной гидротермической обработки пропариванием. При переработке с целью получения этилового спирта гидротермическая предобработка соломы может быть проведена аналогично стадии разваривания зернового сырья перед «осахариванием». Предварительная обработка соломы повышает ее перевариваемость и эффективность применения при силосовании, например, смесей зеленой массы растений и соломы.

Скачать

Список литературы

  1. Синицын А. П., Гусакова А. В., Черноглазов В. М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. М.: Изд. Моск. ун-та, 1995. 217 с.
  2. Шишонок М. В. Высокомолекулярные соединения. Минск: Выш. шк., 2012. 535 с.
  3. Заяц Е. М. Основы электротехнических методов обработки влажных кормов. Минск: Ураджай, 1977. 216 с.
  4. Родькин О. И. Экологическая оценка и потенциал использования соломы зерновых культур в качестве биотоплива // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия Экономика и экологический менеджмент. 2013. № 3 (14). URL: http://economics.ihbt.ifmo.ru/file/article/11347.pdf. (дата обращения: 25.10.2019).
  5. Новый справочник химика и технолога. В 12 томах. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ: в 2 ч. Ч. II / под ред. В. А. Столяровой. СПб.: АНОНПО «Профессионал», 2007. 1142 с.
  6. Глубокая переработка биомассы и отходов сельскохозяйственного производства: научный аналитический обзор / В. С. Тихонравов [и др.]. М.: ФГБНУ «Росинформаагротех», 2014. 252 с.
  7. Перспективы использования биотехнологий в аграрной сфере Единого Экономического Пространства / Э. Ф. Мустафина [и др.]. М.: ООО «Угрешская типография», 2014. 136 с.
  8. Lynd L. R., Wyman C. E., Gerngross T. U. Biocommodity Engineering // Biotechnology Progress. N. Y.: American Institute of Chemical Ingeneers. 1999. No. 15. P. 777–793.
  9. The realm of cellulases in biorefinery development / A. K. Chandel [et al.] // Сritical Reviews in Biotechnology. BPCA Raton, Fla.: CRC Press. 2012. No. 32 (3). Р. 187–202.
  10. Применение соломы зерновых культур на удобрение в Томской области / И. Б. Сорокин [и др.] // Рекомендации / ГНУ СибНИИТ СО РАСХН. Департамент социально-экономического развития села Томской области. Томск, 2004. 10 с.
  11. Малков М. Солома – один из резервов в условиях недостатка кормов // Белорусское сельское хозяйство. 2015. № 8 (160). URL: http://agriculture. by/articles/zhivotnovodstvo/soloma-odin-iz-rezervovv-uslovijah-nedostatka-kormov (дата обращения: 25.10.2019).
  12. Каткевич Р. Г., Каткевич Ю. Ю., Лиепиня Д. Э. Ферментативный гидролиз полисахаридов древесины и соломы. 5. Сравнение ферментативной гидролизуемости соломы, предварительно обработанной водяным паром и растворами щелочей // Химия древесины. 1980. № 4. С. 47–56.
  13. Xylan derivatives from steam exploded lignocellulosic resourses – structure and properties / N. Raushenberg [et al.] // Polym. Prepr. Amer. Chem. Soc. 1990. Vol. 31, no. 1. P. 650–652.
  14. Коваленко В. И. Кристаллическая целлюлоза: структура и водородные связи // Успехи химии. 2010. Т. 79, № 3. С. 261–272.
  15. Enhanced enzymatic hydrolysis of poplar bark by combined use of gamma ray and dilute acid for bioethanol / Chung Byung Yeoup [et al.] // Radiat. Phys. And Chem. 2012. Vol. 81, no. 8. P. 1003–1007.
  16. Ультрамикростроение и надмолекулярная структура древесной матрицы / К. Г. Боголицын [и др.] // Химия растительного сырья. 2012. № 3. С. 37–44.
  17. Харина М. В., Терехова Л. М., Емельянов В. М. Состав, структура и перспективы энергоресурсосберегающей переработки соломы злаковых культур // Вестник технологического университета. 2014. № 12. С. 170.
  18. Калунянц К. А., Шаненко Е. Ф., Зайцев Л. В. Современные способы ферментатиного гидролиза целлюлозсодержащих материалов // Итоги науки и техники. 1981. Т. 1. 185 с.
  19. SubhedarPreeti B., GogateParag R. Intensification of enzymatic hydrolysis of lignocellulose using ultrasound for efficient bioethanol production: a review // Ind. and Eng. Chem. Res. 2013. No. 34. P. 11816–11828.
  20. Пономарев А. В., Ершов Б. Г. Фундаментальные аспекты радиационно-термических превращений целлюлозы и растительной биомассы // Успехи химии. 2012. № 10 (81). С. 918–935.
  21. Коротченко К. А., Шарпатый В. А. Свободнорадикальные механизмы радиационной деструкции соломы // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2007. Т. 50, № 5. С. 97–102.
  22. Bussemaker Madeleine J., Mu Xindong, Zhang Dongke. Ultrasonic pretreatment of wheat straw in oxidative and nonoxidative conditions aided with microwave heating // Ind. and Eng. Chem. Res. 2013. No. 35. P. 12514–12522.
  23. Zhang Sheng-yan, Liu Guo-yin. Study on saccharification of cotton straw by dilute acid hydrolysis assisted with microwave // Yingyong Huagong = Appl. Chem. Ind. 2014. Vol. 43, no. 11. P. 2065–2068.
  24. Wang X.-j., Feng H., Li Z.-y. Effects of Electrolyzed Water Pretreatment on Hydrolysis of Corn Stove and Switchgrass // Journal Chem. Eng. Chin. Univ. 2012. Vol. 26, no. 1. P. 169–174.
  25. Optimization of hot-commressed water pretreatment of bagasse and characterization of extracted hemicelluloses / Sukhbaatar Badakhand [et al.] // Carbohydr. Polym. Scientific and Technological aspects of industrially important Polysaccarides. 2014. Vol. 101. P. 196–202.
  26. Гравитис Я. А. Теоретические и прикладные аспекты метода взрывного автогидролиза растительной биомассы // Химия древесины. 1987. № 5. С. 3–21.
  27. Ефремов А. А., Кротова И. В. Комплексная переработка древесных отходов с использованием метода взрывного автогидролиза // Химия растительного сырья. 1999. № 2. С. 19–39.
  28. Putnina A. Kukle S., Gravitis J. Steam explosion as the pretreatment method of lignocellulosic biomass // Sci. Journal RTU. Ser. Mater. Scu. Textand Cloth. Technol. 2012. No. 7. P. 80–83.
  29. Просвирников, Д. Б. Ахметшин И. Р., Гайнуллина Д. Ш. Способы получения порошковой целлюлозы с использованием паровзрывного метода: доклады Междунар. науч.-техн. конф. «Техника и технологии – мост в будущее», Воронеж 10–12 дек. 2014. № 5, ч. 4. С. 252–256.
  30. Синицын А. П., Ковалев В. Г., Месса-Манресса С. Р. Сравнительное изучение влияния различных видов предобработки на скорость ферментативного гидролиза природных целлюлозосодержащих материалов // Химия древесины. 1984. № 5. С. 60–71.
  31. Методы подготовки растительного сырья к биоконверсии в кормовые продукты и биоэтанол / В. И. Сушкова [и др.] // Химия растительного сырья. 2016. № 1. С. 93–119.
  32. Способ ферментативного осахаривания лигноцеллюлозных материалов: пат. 2514408 РФ, МПК 13К 1/02 (2006. 01) / А. Л. Бычков, О. И. Ломовский. Журнал ИХТТМ СО РАН. № 2012136770/13; заявл. 28. 08. 2012; опубл. 27. 04. 2014. Бюл. № 4. 8 с.
  33. Key drivers influencing the commercialization of ethanol-based biorefineries / A. K. Chandel [et al.] // Journal Comm Biotechnol. 2010. No. 16. Р. 239–257.
  34. Харина М. В. Предобработка и ферментативный гидролиз лигноцеллюлозосодержащих отходов сельского хозяйства: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05. 21. 03. Казань, 2013. 20 с.
  35. Предварительная обработка растительного сырья и отходов сельскохозяйственного производства с целью повышения выхода редуцирующих веществ / Р. М. Нуртдинов [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 9. С. 264–267.
  36. Низкотемпературный гидролиз растительного сырья / Р. М. Нуртдинов [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 15. С. 150–153.
  37. Enhancement of cellulose hydrolysis in sugarcane bagasse by the selective removal of lignin with sodium chlorite / Siqueira Germano [et al.] // Appl. Energy. 2013. Vol. 102. P. 399–402.
  38. From biomass to feedstock: one-step fractionation of lignocelluloses components by selective organic acid-catalysed depolymerisation of hemecellulose in a biphasic system / Thorsten vom Stein [et al.] // Green Chem.: An International Journal and Green Chemistry Resource. 2011. Vol. 13, no. 7. P. 1772–1777.
  39. Способ предварительной обработки целлюлозосодержащего сырья для ферментативного гидролиза: пат. 2533921, РФ, МПК С13К1/02 (2006. 01) / В. В. Буджаева, Е. И. Макарова, Е. А. Скиба, В. Н. Золотухин, Г. В. Сакович. ИПХЭТСОРАН. № 2013140699 / 13; заявл. 03.09.2013; опубл. 27.11.2014. Бюл. № 5. 6 с.
  40. Improved enzyme efficiency of rapescedsnraw through the two-stade fractionation process using sodium hydroxide and sulfuric acid / Choi Chang [et al.] // Appl. Energy. 2013. Vol. 102. P. 640–646.
  41. Saccharification of wheat-struw cellulose by enzimatic hydrolysis following fermentativ and chemical pretreatment / R. W. Detroy [et al.] // Biotechnol. and Bioeng. 1980. No. 10. P. 135–148.
  42. Каткевич Р. Г., Вевере П. Я. Ферментативный гидролиз полисахаридов древесины и соломы // Химия древесины. 1984. № 5. С. 51–59.
  43. Исследование влияния предобработки древесных опилок глицерином на их ферментативный гидролиз / Л. Х. Халимова [и др.] // Башкирский химический журнал. 2012. Т. 19, № 4. С. 10–12.
  44. Pretreatment of wood by VCT-solvent for the enzymatic hydrolysis / H. Ooshima [et al.] // Appl. Biochem. and Biotechnol. 1992. Vol. 37, no. 2. P. 165–176.
  45. Будаева В. В., Митрофанов Р. Ю., Золотухин В. Н. Исследование ферментативного гидролиза отходов переработки злаков // Ползуновский вестник. 2008. № 3. С. 322–327.
  46. Болтовский В. С. Теория и технология комплексной гидролитической переработки растительной биомассы. Минск: БГТУ, 2014. 267 с.
  47. Тимофеев М. М., Козакевич С. В., Зарудняк И. Н. Перспективы широкомасшабной рециркуляци биофильных элементов //Аграрная наука. 2010. № 6. С. 12–14.
  48. Cолома – отход агропромышленного комплекса как перспективное сырье для получения кормовых и белковых препаратов / Р. Т. Валеева [и др.] // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 9. № 6. С. 137–140.
  49. Оболенская А. В., Ельницкая З. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.
Поступила 11.11.2019