Разработка методов механической, химической и физико-химической предобработки биомассы мискантуса

Что важно для проведения качественной предобработки:

• А) Понимать и уметь использовать особенности выбранного процесса. Например, такие методы предобработки, как варка с гидроксидом кальция, аммиачный взрыв волокна (AFEX) и аммиачная перколяция хорошо подходят для переработки сельхозотходов, но малоэффективны в работе с хорошо структурированными волокнами высших растений (Chandra, R.P., Bura, R., Mabee, W.E., Berlin, A., Pan, X., Saddler, J.N., 2007. Substrate pretreatment: the key to effective enzymatic hydrolysis of lignocellulosics? Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 108, 67−93). Кислотные обработки дают хороший результат на любом субстрате, но выход за рамки оптимальных условий чреват образованием ингибиторов ферментных реакций.
• Б) Стремиться к получению легкоусвояемого ферментами целлюлозного волокна, способного при загрузке фермента не более чем 10 FPU/г целлюлозы к переработке не менее чем на 90% по крайней мере, за 5 дней, а лучше за три (Yang, B., Wyman, C.E., 2008. Pretreatment: the key to unlocking low-cost cellulosic ethanol. Biofuels Bioprod. Bior. 2, 26−40).
• В) Сводить к минимуму образование в процессе предобработки токсичных соединений, а также обладающих ингибиторными свойствами в отношении используемых ферментов. Такими соединениями являются продукты дегидратации углеводов — фурфурол и 2-гидроксиметилфурфурол (Palmqvist, E., Hahn-Hдgerdal, B., 2000. Fermentation of lignocellulosic hydrolysates II: inhibitors and mechanism of inhibition. Bioresour. Technol. 74, 25−33), слабые кислоты типа муравьиной, уксусной и левулиновой, а также различные фенолы, образующиеся при разложении лигнинов (Klinke, H.B., Ahring, B.K., Schmidt, A.S., Thomsen, A.B., 2002. Characterization of degradation products from alkaline wet oxidation of wheat straw. Bioresour. Technol. 82, 15−26).
• Г) иметь в виду, что стремление к максимальному измельчению лигноцеллюлозных материалов должно подкрепляться расчетом экономической целесообразности этого процесса.
• Д) организуя производственный процесс, не забывать о пожаро-, взрывои коррозионной опасности используемых и получаемых соединений.
• Е) Комплексность переработки подразумевает максимально полное использование всех образующихся продуктов (Yang, B., Wyman, C.E., 2008. Pretreatment: the key to unlocking low-cost cellulosic ethanol. Biofuels Bioprod. Bior. 2, 26−40). Необходимо исключить появление проблем, связанных с утилизацией отходов производства.
• Ж) Сложение операций предобработки и ферментативного гидролиза должно приводить к растворам с концентрацией сахаров не менее 10%; использование более разбавленных растворов не оптимально для производства.
• З) Лигноцеллюлозный материал перед предобработкой должен быть высушен, отделен от чужеродных и некондиционных включений и, после механической предобработки, сведен к унифицированным фракциям — уменьшая, таким образом, расход химикатов и снижая уровень загрязнения сточных вод (Cappelletto, P., Mongardini, F., Bilancini, L., 1998. Nonwood fibers: Miscanthus sinensis. Industria della Carta 2, 56−60).