Биодеградация лигнина

Биодеградация лигнина - это окислительный процесс, осуществляемый в первую очередь грибами бурой, мягкой и белой гнили. [c.409]

Грибы, 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]

Методы биодеградации лигнина пока еще не разработаны и поэтому из биомассы с высокой степенью лигнификации, например из древесины хвойных пород, лигнин удаляют полностью или частично с помощью процессов химической делигнификации. Если полученный целлюлозный остаток имеет хорошие бумагообразующие свойства, его обычно не применяют для получения глюкозы. Лабораторные эксперименты показывают, что в оптимальных условиях техническую целлюлозу можно полностью превратить в глюкозу ферментативным гидролизом, но в условиях применения этого процесса в практике выход продуктов намного ниже, достигая всего лишь 20—40 %. Кроме низкой доступности целлюлозы, практическому использованию этого способа препятствуют большая его продолжительность, ингибирование и инактивация ферментов продуктами, накапливающимися в гидролизатах, а также высокая стоимость ферментов и их регенерации [78]. [c.410]

Основная экологическая проблема, порождаемая целлюлозно-бумажной промышленностью,—это очистка сточных вод, а также обработка конденсатов, образующихся в испарителях и реакторах. Сточные воды осветляют путем нейтрализации и отстаивания, окисления в одно- и двухстадийных установках с активным илом, в аэрируемых отстойниках или путем сочетания биологических и химических способов окисления. Эти методы пригодны для эффективного удаления соединений, подверженных биодеградации, а также токсичных производных фенола, однако они оказываются дорогими и неэффективными в случае производных лигнина, с трудом поддающихся переработке. Отбеливатели, содержащие хлорпроизводные бифенилов, можно обесцвечивать с помощью грибов — возбудителей белой гнили. [c.279]

Хотя идея сбраживания в поле представляется многообещающей, большинство целлюлолитических штаммов способно утилизировать только легко доступную целлюлозу, содержащуюся в листьях и узлах соломы. Харпер и Линч [512] сообщают, что целлюлоза, содержащаяся в междоузлиях, с трудом усваивается целлюлолитическими грибами. Еще более устойчивой по отношению к целлюлолитической активности является, конечно, лигниновая фракция, которая останется неразложив-шейся к моменту использования образующегося продукта. Тем не менее уже существуют исследования, относящиеся к биодеградации лигнина соломы [513 514], даже эта трудная проблема может быть успешно решена в последующие годы. [c.264]

Лигнин — наиболее важный компонент растительной биомассы после целлюлозы и наиболее важный возобновляемый источник ароматических соединений углерода на Земле. Так как лигнин и целлюлоза вместе с гемицеллюлозой являются структурными компонентами высших растений, биодеградация их тканей [c.18]

Биодеградация лигнина — это окислительный процесс, осуществляемый в первую очередь грибами. Высвобождающейся пр этом энергии, по-видимому, недостаточно для обеспечения роста микроорганизмов. Сегодня изучению микробиологических и биохимических аспектов деградации лигнина уделяется все больше внимания. Показано, что в эксперименте внеклеточные ферменты гриба Phanero haete hrysosporium могут осуществлять деградацию лигниновых модельных субстратов, при этом в процессе окислительного расщепления пропильных боковых цепей лигнина участвует перекись водорода. [c.177]

Биодеградация лигнина имеет выраженно окислительный характер. Она происходит в боковых цепях, которые окисляются с образованием а-карбонильных и а-карбоксильных групп, и в ароматическом ядре, которое окисляется в результате деметилирования и введения гидроксильных групп в фенольные остатки с образованием 2,3- и (или) 3,4-дигидроксифенильных остатков (Higushi, 1982). Различные структуры лигнина деградируются внеклеточными ферментами, которые атакуют низкомолекулярные и полимерные субстраты. [c.50]

До сих пор роль фенолоксидаз в биодеградации лигнина остается невыясненной, ибо, по данным ряда авторов, как де-структирующие лигнин грибы белой гнили, так и неразруша-ющие лнгнин грибы бурой гнили продуцируют фенолокисляю-Шие ферменты, причем некоторые грибы бурой гнили выделяют больше фенолоксидаз, чем некоторые грибы белой гнили. Все это указывает на то, что в процессе деградации лигнина принимают участие и другие энзиматические системы. Установлено, что деструкция лигнина грибами приводит к уменьшению количества метоксильных групп и увеличению содержания общих и фенольных гидроксильных, карбонильных и карбоксильных групп. [c.126]

Анализируя литературные данные о роли лакказы при биодеградации лигнина и его модельных соединений, Озолиня и Сергеева (1987) отмечают, что мнения исследователей по этому вопросу расходятся. Одни считают, что при действии лакказы на лигнин наблюдается незначительная потеря метоксильных [c.126]

Природную целлюлозу можно разделить на два типа лигно-целлюлоза (древесина, кустарники, листья и трава, морские и речные макро- и микроводоросли и т д ) и чистая целлюлоза (хлопок и его отходы, лен) Оба типа природной целлюлозы обладают кристаллической структурой и биодеградация такой целлюлозы затруднена Кроме того, находящийся в составе лигноцеллюлозы лигнин, затрудняет их доступность для молекул ферментов [1] Реакционная способность природного целлюлозосодержащего сырья (ЦСС) при ферментативном гидролизе, как правило, невелика [2-7], поэтому возникает необходимость предварительной обработки 11СС с целью увеличения реакционной способности Смысл предобработки заключается в разрушении кристаллической структуры целлюлозы и (или) удалении лигнина Происходит также увеличение поверхности целлюлозы, что оказывает дополнительное положительное влияние на скорость гидролиза [c.35]

Как конденсационная гипотеза не исключает участия высокомолекулярных фрагментов в процессе гумификации, так и деградаци-онная гипотеза не исключает реакций конденсации как одного из механизмов трансформации преимущественно высокомолекулярных соединений. Можно предположить, что оба пути гумификации реально сосуществуют, а преобладание одного из них должно зависеть от факторов, управляющих процессом гумусообразования Представленные модели могут быть оценены на основе тщательного исследования молекулярного строения ГВ Поэтому главной фундаментальной задачей, стоящей перед спектроскопией ЯМР в исследовании как ГВ, так и углей, можно назвать решение проблем генезиса этих объектов Это, естественно, требует накопления обширного и надежного материала по строению различных типов ГВ, углей, продуктов биодеградации древесины, лигнинов итд Только завершение такого этапа позволит перейти к адекватному моделированию процессов [c.349]

Многие исследователи, основываясь на экспериментальных данных, считают, что отрицательным воздействием на почвы обладают следзлющие ингредиенты трудноокисляемая органика, тяжелые металлы, минеральные соли. В составе последних особенно выделяются такие наиболее токсичные солевые компоненты как ионы натрия, калия, хрома, гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты. Полимерные реагенты являются безвредными благодаря высокой молекулярной массе. Вещества на основе полисахаридов склонны к быстрому биохимическому разложению, в то же время гуминовые кислоты, лигнин и лигносульфонаты довольно устойчивы к биодеградации. Хром в органических соединениях мало токсичен, а в свободном состоянии — токсичен. Так, биологи Техасского университета США изучали токсичность разных фракций бурового раствора на основе лигносульфонатов с добавкой хрома для морских беспозвоночных. При этом установлено, что фильтрат таких буровых растворов вызывает гибель 32 — 100 % подопытных гидробионтов в течение 96 ч. [c.653]

Среди побочных продуктов сульфитного процесса получения целлюлозы преобладают химически модифицированные лигнины, образующиеся во многих реакциях между активным сульфитом и каким-либо сложным природным полимером. Структура лигносульфонатов в деталях неизвестна. Они представляют собой гетерогенную смесь соединений с широким спектром молекулярных масс (300—100ООО) состав смесей определяется природой перерабатываемой древесины. Образование сульфонатов приводит к частичной солюбилизации лигниновых фрагментов. Сложность структуры лигносульфонатов затрудняет изучение их биодеградации. Для упрощения задачи обычно используют модельные соединения, например дегидрополимеры кониферилового спирта или другие низкомолекулярные продукты. Низкомолекулярные лигносульфонаты чувствительнее к биодеградации, чем высокомолекулярные с другой стороны, производные лигнина, видимо, устойчивее к разрушению, чем сам лигнин. Следовательно, образование сульфопроизводных затрудняет переработку. В таких сопряженных окислительно-деградативных процессах почвенные грибы и бактерии более эффективны, чем гнилостные грибы для осуществления этих процессов требуется также дополнительный источник углерода. Распад лигносульфонатов нередко сопровождается полимеризацией, в результате чего наблюдается сдвиг в распределении полимеров по молекулярным массам. Эти изменения могут коррелировать с присутствием внеклеточных фенолоксидаз (например, лакказы), физиологическая роль которых остается неизвестной. Фенолы превращаются в соответствующие хиноны и фенокси-радикалы, которые спонтанно полимеризуются. Таким [c.279]

В начальной стадии катаболизма твердых отходов, сопровождаемого физическими и химическими процессами, преобладают аэробные процессы, в ходе которых наиболее лабильные молекулы быстро разрушаются рядом беспозвоночных (клещи, двупароногие, равноногие, нематоды) и микроорганизмов (грибы, бактерии и актиномицеты) — см. главу 8. Утилизация миксо-трофных субстратов затем сменяется последующим катаболизмом макромолекул, таких как лигноцеллюлозы, лигнин, танины и меланины, которые способны только к медленной биодеградации, что приводит к тому, что кислород перестает быть лимитирующим субстратом. Продолжительность этого периода сильно варьирует и частично зависит от предобработки, которая может менять степень доступности кислорода. Наиболее удачный метод оценки степени биодеградации основан на различиях в скорости разложения целлюлозы и лигнина [240]. Отношение содержания целлюлозы к лигнину составляет 4,0 0,9—1,2 и 0,2 соответственно для непереработанных твердых отходов, активно перерабатываемых или частично стабилизированных отходов на свалке и полностью стабилизированных отходов, так как лигнин постепенно все хуже поддается переработке. Ксенобиотики [c.147]

Ткани живых и мертвых растений составляют основной компонент почвы и являются главным источником органического вещества для биодеградации. Основные компоненты растений, которые попадают в почву, — это целлюлоза (40%), гемицеллюлоза (30%) и лигнин (25%), остальное приходится на белки, жиры, нуклеиновые кислоты и т. д. Эти вещества в конце концов разрущаются под действием биологических и химических процессов с образованием множества простых и сложных химических соединений, часть из которых неблагоприятно влияет на рост растений. Первоначально исследования были в основном связаны с изучением возможного влияния растительных отходов и продуктов их распада на плодородие почвы. Пикеринг одним из первых обнаружил, что продукты распада токсичны для растений. Впоследствии многие исследователи подтвердили н расширили эти данные. В своем превосходном обзоре Патрик с сотр. 485] обобщили эти ранние исследования по определению и испытанию фитотоксинов, их специфическому действию на растения и специфичности отдельных фитотоксинов по отношению к определенным видам растений. Они установили, что пшеничная солома, оставленная на поверхности земли, иногда вызывает снижение урожая при следующем посеве пшеницы. Было показано, что этот негативный эффект частично связан с фитотоксичными веществами, образующимися при гниении растительных остатков [486, 487]. Более того, водные кислотные экстракты соломы злаков обладали умеренной ростоподавляющей активностью по отношению к корням и побегам пшеницы, кукурузы и сорго [488]. В Австралии Кимбер [489] обнаружил краткосрочное влияние гниющей пшеничной соломы на прорастание зерен пшеницы и овса. Он отметил, что в асептических условиях, исключающих влияние патогенной микрофлоры, степень ингибирования зависит от времени гниения. В ходе эксперимента измерялся рост корней и побегов в течение различных промежутков времени. Начальный рост корней при проращивании [c.258]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология