ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Биодеградация лигнина из "Научные основы экобиотехнологии" Биодеградация лигнина - это окислительный процесс, осуществляемый в первую очередь грибами бурой, мягкой и белой гнили. [c.409] Если распадаются преимущественно целлюлоза и гемицеллюлозы, а лигнин клеточной стенки растений не разложен или разложен незначительно, древесина приобретает буроватую окраску. Красные, бурые деструктивные гнили, вызываемые, например, березовой губкой Pipioporus betulinus и др., приводят к распаду древесины как бы на кубики. Эти грибы относят к возбудителям бурой гнили. [c.409] Грибы белой гнили - единственная группа микроорганизмов, разлагающих все компоненты растительной массы, что обусловлено синтезом ими большого набора гидролитических и окислительных ферментов, а также высокой проникающей способностью мицелия в субстрат. Вначале грибы белой гнили разрушают лигноуглеводный комплекс, а затем разлагают лигнин и целлюлозу. Грибы белой гнили деполимеризуют полисахариды до простых сахаров, в результате утилизации которых получают дополнительную энергию для расщепления более стойкого лигнина. При окислении ими сахаров может также образовываться Н2О2, участвующая в деструкции растительных полимеров. Схема деструкции и минерализации макромолеку-лярного лигнина грибами базидиомицетами, разлагающими древесину и лесную подстилку, приведена на рис. 5.12. [c.410] В почве природный лигнин разлагается лигнолитическими микроорганизмами за несколько лет, частично минерализуясь, частично участвуя в образовании почвенных гуминовых и фульвокислот. В оптимальных условиях некоторые смешанные культуры микроорганизмов расщепляют лигнин на 40-55% через 15-20 суток. В аэротенке при очистке сточных вод, образующихся в производстве древесно-волокнистых плит, лигнин распадается в течение 3-5 суток. [c.411] разлагающие лигнин, могут деполимеризовать и гуминовые вещества. Вместе с тем промышленный лигнин, например лигносульфонат, труднее поддается биодеградации. Биодоступность лигнина можно повысить обработкой его, например озоном, пероксидом водорода или воздействием жесткого излучения. [c.411] В разложении лигнина участвуют следующие ферменты лигниназа (лигнинпероксидаза, LiP) Мп зависимая пероксидаза (марганцевая пероксидаза) лакказа (внеклеточная оксидаза), тирозиназа (фенолоксидаза) (см. рис. 5.12). [c.412] В качестве окислительных агентов они используют Н2О2, О2 и окисленные формы Мп. Эти ферменты непосредственно атакуют макромолекуляр-ные структуры (лигнин и гуминовые кислоты) с образованием радикалов и реакционных частиц - посредников разрушения. [c.412] Окислительное действие МпР/Мп можно существенно усилить, добавляя в реакционную среду определенные тиолы (например, восстановленный глутатион, L-цистеин), которые функционируют как вторичные медиаторы. Образующиеся тиильные радикалы агрессивны, способны окислять ароматические субстраты до СО2. [c.413] Для разрыва полимерных цепей и деструкции ароматических остатков чистого лигнина, выделенного из древесины, требуются высокие энергетические затраты, поэтому большинство грибов осуществляют его деструкцию только при наличии дополнительного источника углерода и энергии целлюлозы, гемицеллюлозы, сахаров или низкомолекулярных промежуточных продуктов их метаболизма. Лигнин разрушается одновременно с утилизацией полисахаридов, ингибирует ферментативное расщепление целлюлозы. [c.415] Свойство микроорганизмов деструктировать лигноуглеводную матрицу, разлагать фенолы и лигнин до СО2 можно использовать в целлюлозно-бумажном производстве с целью замены энергоемких механического и химического процессов делигнификации на биологический для получения высококачественных сортов бумаги, а также при производстве легко перевариваемых кормов для жвачных животных. Наибольший практический интерес представляют грибы белой гнили, избирательно (до 98%) делигни-фицирующие древесину. Однако микробиологическая делигнификация весьма длительный и недостаточно изученный процесс. Лигнин и полисахариды препятствуют проникновению лигнолитических и целлюлолитических ферментов в растительный субстрат и его модификации. Комплексный процесс, сочетающий последовательно химическую или иную обработку субстрата и биотехнологическую стадию может быть эффективным для модификации лигноцеллюлозных материалов. [c.415] Вернуться к основной статье