БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

РОЗДІЛ 10. ЗАСТОСУВАННЯ ІММОБІЛІЗОВАНИХ ФЕРМЕНТІВ У БІОТЕХНОЛОГІЇ

10.3.БІОТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ГЛЮКОЗИ Й ЕТАНОЛУ З ЦЕЛЮЛОЗИ

Розробка цієї технології в масштабах крупнотоннажного виробництва має виняткове народногосподарське значення. Інтенсивна дослідницька робота з вивчення ферментативного гідролізу целюлози проводиться в США, Японії, Швеції, Фінляндії, Італії; у менших обсягах - у Польщі, Чехії, Словаччині та Болгарії. Провідним напрямом є пошук економічно вигідних шляхів одержання, в першу чергу, етанолу як джерела енергії, а не харчової глюкози, що пов’язано зі сформованою енергетичною ситуацією. Розробка високорентабельної технології одержання етилового спирту з поновлюваних ресурсів (рослинної біомаси, відходів сільського і лісового господарств, а також промисловості) дозволить зменшити енергетичний голод.

При розробці технології виробництва харчової глюкози нездоланні поки що труднощі, пов’язані з вибором джерел, якістю целюлозовмісної сировини і ферментних препаратів, що входять у целюлозний комплекс. їхнє співвідношення й активність повинні бути в такий спосіб збалансованими, щоб кінцевим продуктом гідролізу була харчова глюкоза, а не суміш глюкози з іншими ді- та олігоцукрами, непридатними для використання у харчовій промисловості. Гідролітична деградація целюлози здійснюється не менш ніж чотирма ферментами, що складають так званий целюлозний комплекс. Слід зазначити факт існування у природних умовах іммобілізації ферментів або автоіммобілізації. Міцно адсорбувавшись на субстраті, ферменти целюлозного комплексу здійснюють свою каталітичну функцію. Продуктами гідролітичної реакції є глюкоза (20-40 %), дисахарид целобіоза і певна кількість більш складних олігоцукрів. Склад кінцевих продуктів визначається видом целюлозовмісної сировини, складом і співвідношенням ферментів у целюлозному комплексі.

Цукри, що утворюються при гідролізі целюлози, можуть у реакційній суміші зброджуватись ферментами дріжджових клітин з утворенням етанолу. Через те, що целюлозні комплекси, які каталізують утворення з целюлози глюкози, ще не отримані, практичні зусилля спрямовані на створення технологій виробництва етанолу, який використовується як енергетичне джерело.

Усі виробники етанолу використовують целюлозний комплекс мікробного походження.

Одна з установок з переробки целюлозної сировини знаходиться в США і працює у пілотному режимі. Тут одержують целюлозний комплекс ферментів і потім використовують його для переробки паперової макулатури у вуглеводи, які за допомогою целюлозного комплексу мікробного походження зброджуються з утворенням етанолу. На другій пілотній установці (у її створенні на кооперативних засадах брали участь компанія «Голф Ойл», університети Пітсбурга і Канзаса (США) та японська компанія «Ниппон Майнинг») проходить відпрацювання біотехнологія виробництва етанолу з паперової макулатури і відходів сільськогосподарського виробництва.

Гідроліз целюлози у глюкозу можна провести за допомогою продуцента Trichoderma reesii, целюлаза якої руйнує кристалічну і нерозчинну целюлозу. У США (С. Альбер, 1987) одержали мутант T. reesii, який продукує у 2-4 рази більше целюлази, ніж штам дикого типу. Процес гідролізу целюлози дуже простий. Гриб вирощують у середовищі, яке містить відходи деревини і мінеральні солі. Потім культура фільтрується. До фільтрату з ферментом додається подрібнений папір. Усе поміщають в реакційний чан та інкубують за температури 50 ^оС й певного атмосферногоу тиску. Під час реакції гідролізу утворюється неочищений глюкозний сироп, а негідролізована целюлоза і фермент використовуються повторно. Вихід глюкози складає 50 % вихідної целюлози. На думку американських фахівців, процес перетворення відходів целюлози на спирт більш перспективний ніж одержання спирту із крохмалю кукурудзи.