Ключевые слова
щелочная делигнификация
азотная кислота
ферментативный гидролиз
биоэтанол
бактериальная наноцеллюлоза
молочная кислота
Как цитировать
Аннотация
Рентабельность трансформации целлюлозосодержащего сырья в продукты с высокой добавленной стоимостью достижима только при условии получения коммерческой продукции из всех его компонентов. В данной работе представлен расчет материальных потоков при полной переработке мискантуса гигантского в продукты биотехнологического синтеза с выпуском двух групп платформенных (промежуточных) соединений: С6-сахаров и лигнина. Внутри С6-платформы методами биотехнологии получено два платформенных химических соединения, являющимися базовыми в современной технической химии: биоэтанол и молочная кислота, кроме того, получен важнейший биополимер – бактериальная наноцеллюлоза. С целью обеспечения доброкачественности питательных сред из мискантуса гигантского, продукты биотехнологического синтеза получены через стадию ферментативного гидролиза. Для каждого продукта биотехнологического синтеза исследовано четыре авторских способа предварительной химической обработки мискантуса гигантского, проводимых при атмосферном давлении с использованием разбавленных растворов азотной кислоты и гидроксида натрия. Показана высокая эффективность трансформации мискантуса гигантского в продукты биотехнологического синтеза, достигнуты выходы, близкие к мировым лидерам. Наиболее целесообразным методом предварительной обработки мискантуса гигантского является одностадийная обработка разбавленным раствором азотной кислоты, этот способ позволяет повысить выход биоэтанола на 12-40 %, бактериальной наноцеллюлозы – на 13-30 %, молочной кислоты на 13-28 % по сравнению с другими авторскими способами предварительной обработки.
Литература
2. Padella M., O’Connell A., & Prussi M. (2019). What is still limiting the deployment of cellulosic ethanol? Analysis of the current status of the sector // Applied Sciences. 2019. 9(21). 4523. https://doi.org/10.3390/app9214523
3. Zhou, Z., Liu, D., & Zhao, X. (2021). Conversion of lignocellulose to biofuels and chemicals via sugar platform: an updated review on chemistry and mechanisms of acid hydrolysis of lignocellulose // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. 146. 111169. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111169
4. Srivastava, R. K., Nedungadi, S. V., Akhtar, N., Sarangi, P. K., Subudhi, S., Shadangi, K. P., & Govarthanan, M. (2023). Effective hydrolysis for waste plant biomass impacts sustainable fuel and reduced air pollution generation: A comprehensive review // Science of The Total Environment. 2023. 859. 160260. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160260
5. Gani, R., Bałdyga, J., Biscans, B., Brunazzi, E., Charpentier, J. C., Drioli, E., ... & Woodley, J. M. (2020). A multi-layered view of chemical and biochemical engineering // Chemical Engineering Research and Design. 2021. 155., A133-A145. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2020.01.008
6. Skiba E.A., Ovchinnikova E.V., Budaeva V.V., Banzaraktsaeva S.P., Kovgan M.A., Chumachenko V. A., Mironova G.F., Kortusov A.N., Parmon V.N., Sakovich, G. V. Miscanthus bioprocessing using HNO3-pretreatment to improve productivity and quality of bioethanol and downstream ethylene // Industrial Crops and Products. 2022. 177. 114448. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114448
7. Skiba E.A., Gladysheva E.K., Golubev D.S., Budaeva V.V., Aleshina L.A., Sakovich G.V., Self-standardization of quality of bacterial cellulose produced by Medusomyces gisevii in nutrient media derived from Miscanthus biomass // Carbohydrate Polymers. 2021. 252. 117178, https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117178
8. Shavyrkina NA, Skiba EA. Obtaining lactic acid from oat husks // Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021. 11 (1). 99–106. (In Russian) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-99-10621
9. Skiba E.A., Skiba M.A., Pyatunina O.I. Nitric acid solution after treating miscanthus as a growth regulator of seed peas (Pisum sativum L.) in vitro // Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021. 11(3). 413-420. (In Russian) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-3-413-420
10. Makul N. Modern sustainable cement and concrete composites: Review of current status, challenges and guidelines // Sustainable Materials and Technologies/ 2020. 25. e00155. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2020.e00155
11. Brienza, F., Cannella, D., Montesdeoca, D., Cybulska, I., & Debecker, D. P. (2024). A guide to lignin valorization in biorefineries: traditional, recent, and forthcoming approaches to convert raw lignocellulose into valuable materials and chemicals. RSC Sustainability, 2(1), 37-90. https://doi.org/10.1039/D3SU00140G
12. Zhang Y., Oates L.G., Serate J., Xie D., Pohlmann E., Bukhman Y.V., Karlen S.D., Young M.K., Higbee A., Eilert D., Sanford G.R., Piotrowski J.S., Cavalier D., Ralph J., Coon J.J., Sato T.K., Ong R.G. Diverse lignocellulosic feedstocks can achieve high field-scale ethanol yields while providing flexibility for the biorefinery and landscape-level environmental benefits // GCB Bioenergy. – 2018. – Р. 1-16. https://doi.org/10.1111/gcbb.12533
13. Son, J., Lee, K.H., Lee, T., Kim, H.S., Shin,W.H., Oh, J.-M., Koo, S.-M., Yu, B.J., Yoo, H.Y., Park, C. Enhanced Production of Bacterial Cellulose from Miscanthus as Sustainable Feedstock through Statistical Optimization of Culture Conditions. Int. J. Environ. Res. Public Health 2022, 19, 866. https://doi.org/10.3390/ijerph19020866
14. Gunes K, Sargin S, Celiktas MS (2023) Investigation of lactic acid production by pressurized liquid hot water from cultivated Miscanthus × giganteus. Prep Biochem Biotechnol 53:22–30. https://doi.org/10.1080/10826068.2022.2035745
15. Chung, M. R. W. Y., Tan, I. S., Foo, H. C. Y., Lam, M. K., & Lim, S. (2023). Potential of macroalgae-based biorefinery for lactic acid production from exergy aspect. Biomass Conversion and Biorefinery, 13(4), 2623-2653. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01375-3
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.