Аннотация

Введение. Фундаментальным и перспективным направлением биотехнологии является получение биологического этанола из целлюлозосодержащего сырья травянистых растений как альтернативного источника энергии. С целью совершенствования технологии получения биоэтанола из биомассы мискатуса китайского были проведены исследования по созданию консорциума микроорганизмов, осуществляющих одновременное осахаривание – сбраживание исходного субстрата и оптимизации режимов их культивирования. Объекты и методы исследования. Техническая целлюлоза, полученная из мискатуса китайского (Miscanthus sinensis) гидротропной делигнификацией в условиях окисления пертрифторуксусной кислотой. Содержание этанола в культуральной жидкости по окончании культивирования определяли, используя газовый хроматограф Agilent 7890B с пламенно-ионизационным детектором. Определение биосовместимости штаммов проводили методом прямого совместного культивирования на плотной питательной среде. Результаты и их обсуждение. С целью создания консорциума микроорганизмов и выбора оптимальных продуцентов для одностадийного получения биоэтанола из целлюлозы мискантуса китайского проводили исследования биосовместимости изучаемых штаммов и условий их культивирования. Выбор оптимальных составов питательных сред для культивирования двух изучаемых консорциумов микроорганизмов осуществляли путем варьирования соотношения компонентов и измерения выхода этилового спирта в полученной культуральной жидкости. Выводы. Установлены оптимальные параметры для получения этилового спирта из технической целлюлозы мискантуса китайского с использованием консорциума, состоящего из Pichia stipites Y7124, Candida shehatae NCL3501, Kluyveromyces marxianus Y-4290 и Zymomonas mobilis 113 в соотношении 1:1:1:1: температура 35 ± 1 °С, рН 5,2, продолжительность 16 ± 1 ч с применением питательной среды для культивирования консорциума следующего состава (г/л): глюкоза – 5,0; пептон – 5,0; дрожжевой экстракт – 0,4; К2HPO4 – 1,5; (NH )2 HPO4 – 1,5; MgSO4 – 0,5.

Ключевые слова

Биоэтанол, биоконверсия, консорциум, Miscanthus, техническая целлюлоза, одностадийная ферментация

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Makarova EI, Budaeva VV. Bioconversion of non-food cellulosic biomass. Part 1. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2016;6(2)(17):43–50. (In Russ.). https:/doi.org/10.21285/2227-2925-2016-6-2-43-50.
2. Tsapko YuL, Kholodnaya AS. Changes of biological activity of degraded chernozems in Kharkiv region due to giant miscanthus cultivation. Colloquium-journal. 2017;10(10):9–11. (In Russ.).
3. Skiba EА, Gladysheva EK, Golubev DS, Budaeva VV, Aleshina LА, Sakovich GV. Self-standardization of quality of bacterial cellulose produced by Medusomyces gisevii in nutrient media derived from Miscanthus biomass. Carbohydrate Polymers. 2021;252. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117178.
4. Redcay S, Koirala A, Liu J. Effects of roll and flail conditioning systems on mowing and baling of Miscanthus × giganteus feedstock. Biosystems Engineering. 2018;172:134–143. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.06.009.
5. Gismatulina YuA. Comparison of quality of paper specimens derived by the combined method from miscanthus leaf and stem. Fundamental research. 2016;(8–2):243–247. (In Russ.).
6. Gismatulina YuA, Sevastyanova YuV, Budaeva VV, Zolotukhin VN. Structural-dimensional characteristics of miscanthus pulp. Fundamental research. 2015;(2–16):3523–3526. (In Russ.).
7. Purente N, Li Q, Cui L, Zhang J, Peng J, He M. The influence of morphological and geographical traits on yield of Miscanthus sinensis during the first two years. Emirates Journal of Food and Agriculture. 2019;31(1):22–28. https://doi.org/10.9755/ejfa.2019.v31.i1.1896.
8. Dyshlyuk L, Babich O, Prosekov A, Ivanova S, Pavsky V, Yang Y. In vivo study of medical and biological properties of functional bakery products with the addition of pumpkin flour. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre. 2017;12:20–24. https://doi.org/10.1016/j.bcdf.2017.09.001.
9. Babich O, Dyshlyuk L, Noskova S, Sukhikh S, Prosekov A, Ivanova S, et al. In vivo study of the potential of the carbohydrate-mineral complex from pine nut shells as an ingredient of functional food products. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre. 2019;18. https://doi.org/10.1016/j.bcdf.2019.100185.
10. Voronova MI, Surov OV, Rubleva NV, Kochkina NE, Prusova SM, Gismatulina YuA, et al. Properties of nanocrystalline cellulose obtained from celluloses of annual plants. Liquid Crystals and their Application. 2017;17(4):97–105. (In Russ.). https://doi.org/10.18083/LCAppl.2017.4.97.
11. Baibakova OV, Skiba EA. Biotechnological view of ethanol biosynthesis from miscanthus. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014;18(3):564–571. (In Russ.).
12. Brosse N, Dufour A, Meng X, Sun Q, Ragauskas A. Miscanthus: A fast-growing crop for biofuels and chemicals production. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. 2012;6(5):580–598. https://doi.org/10.1002/bbb.1353.
13. Tamura K-I, Uwatoko N, Yamashita H, Fujimori M, Akiyama Y, Shoji A, et al. Discovery of natural interspecific hybrids between Miscanthus sacchariflorus and Miscanthus sinensis in southern Japan: Morphological characterization genetic structure and origin. Bioenergy Research. 2016;9(1):315–325. https://doi.org/10.1007/s12155-015-9683-1.
14. Denisova MN, Pavlov IN. Sposob polucheniya tsellyulozy mnogokratnoy varkoy lekgovozobnovlyaemogo syrʹya v gidrotropnom rastvore [A new method of obtaining cellulose by multiple boiling of light-renewable raw materials in a hydrotropic solution]. Polzunovskiy Vestnik. 2015;(4–2):131–134. (In Russ.).
15. Babich OO, Krieger OV, Chupakhin EG, Kozlova OV. Miscanthus plants processing in fuel, energy, chemical, and microbiological industries. Foods and Raw Materials. 2019;7(2):403–411. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2019-2-403-411.
16. Kriger O, Budenkova E, Babich O, Suhih S, Patyukov N, Masyutin Ya, et al. The process of producing bioethanol from delignified cellulose isolated from plants of the miscanthus genus. Bioengineering. 2020;7(2). https://doi.org/10.3390/bioengineering7020061.
17. Serba EM, Tadzhibova PYu, Rimareva LV, Overchenko МB, Ignatova NI, Volkova GS. Bioconversion of soy under the influence of Aspergillus oryzae strains producing hydrolytic enzymes. Foods and Raw Materials. 2021;9(1):52–58. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-1-52-58.