Деструкция целлюлозы ферментативная

Важной особенностью процесса ферментативной деструкции целлюлозы и других полисахаридов является то, что он осуществляется на поверхности нерастворимого субстрата, причем реакционная способность субстрата является функцией ряда его физикохимических и структурных свойств, и, как правило, убывает в ходе деструкции Специфика в данном случае заключается в том, что субстрат имеет упорядоченную (кристаллическую) структуру, во многих случаях содержит в своем составе сопутствующие вещества (в первую очередь лигнин), которые служат физическим барьером, затрудняющим доступ ферментов к глюкозидным связям Важную роль играют размеры поверхности, доступной молекулам ферментов, а также адсорбционные и диффузионные процессы, предшествующие и сопровождающие гидролитическое превращение нерастворимых субстратов [c.5]

Эффективность процесса получения сахаров зависит от ряда других факторов и в значительной степени — от стабильности ферментов, роли ингибирующего влияния на них продуктов, а также конструкции установки, в которой процесс реализуется Поэтому возникает задача обобщения кинетических закономерностей ферментативной деструкции целлюлозы, разработки математических моделей, отражающих кинетику, механизм и количественные характеристики происходящих процессов, в том числе с учетом особенностей функционирования реакторов разной конструкции Решение этой задачи с применением методов математического моделирования на ЭВМ позволяет осуществлять оптимизацию биотехнологических процессов ферментативной конверсии полисахаридов, корректно и оперативно планировать и прогнозировать их результаты, учитьшать количественный вклад каждого из факторов, влияющих на эффективность процесса, определять пути воздействия на них, приводящих к положительным результатам [c.5]

Вилен Д. Ферментативный синтез и деструкция целлюлозы и крахмала.— В сб. Успехи химии целлюлозы и крахмала . М., Изд-во иностр. лит., [c.351]

В процессе ферментативного расщепления, как и при большинстве других методов деструкции целлюлозы, снижение СП целлю- [c.196]

К кислотному гидролизу близко примыкает ферментативный гидролиз, который имеет большое практическое значение, так как по этому механизму происходит в основном микробиологическая деструкция целлюлозы. Существует много обзорных работ по этому вопросу [69,132,133, 196, 314, 375, 376] изучение его важно для самых разнообразных областей, таких, как биология, а также пищевая, деревообрабатывающая, бумажная и текстильная промышленность [131]. [c.293]

Наряду с ферментативной деструкцией реакция кислотного гидролиза является наиболее важной и типичной реакцией деструкции гликозидов, дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов. Гидролиз полисахаридов древесины — целлюлозы и полиоз — проводят в технических процессах и при анализе древесины. При варке и отбелке целлюлозы в кислой среде гидролитическое воздействие нежелательно [72, 95], а при осахаривании древесины для получения высокого выхода глюкозы требуется полный гидролиз целлюлозы (см. 18.3). [c.216]

В заключение данной главы следует отметить, что в целом описанные в литературе математические модели позволяют достоверно предсказывать ход ферментативного гидролиза целлюлозы в условиях, использованных исследователями для осуществления процесса, и могут быть применены для его оптимизации. Однако практически все модели проверялись в лабораторных условиях. При масштабировании процесса могут возникнуть дополнительные сложности и, возможно, модели потребуют дальнейшей доработки. По-видимому, в особенности это будет касаться процессов гидролиза лигноцеллюлозного сырья, содержащего в своем составе значительное количество лигнина, поскольку в большинстве случаев моделирование проводилось на примере относительно чистой целлюлозы. Кроме того, следует ожидать, что с развитием знаний о механизме ферментативного гидролиза целлюлозы, свойствах ферментов, осуществляющих деструкцию лигноцеллюлозных материалов, и свойствах субстрата модели будут подвергаться дальнейшей детализации. [c.181]

Химическая деструкция напоминает некоторые окислительно-восстановительные процессы, иногда сопровождающиеся промежуточным образованием свободных радикалов, и гидролитические реакции, протекающие под действием биологических факторов (природные ферментативные системы, микроорганизмы) при этом существенное значение имеют состав и физико-химическая структура полимерного материала. В то время как многие высокомолекулярные соединения (нитраты целлюлозы, поливинилацетат, казеин, натуральный и некоторые синтетические каучуки) подвергаются биологической коррозии, полиэтилен, полистирол, тефлон и ряд других полимеров устойчивы к ней. [c.626]

Некоторые живые существа (например, жвачные и термиты) способны усваивать целлюлозу с помощью соответствующих микроорганизмов, обитающих в их пищеварительном тракте человек не в состоянии использовать целлюлозу в качестве пищи, так как в его организме отсутствуют необходимые гидролитические ферменты. Однако такие ферменты широко распространены в природе. Так, ухудшение качества целлюлозных материалов, например ткани, бумаги, древесины, вследствие ферментативной деструкции (типа сухой гнили) представляет собой экономическую проблему, которую до сих пор не удалось полностью разрешить. [c.564]

Процессы ферментативного расщепления, приводящие к резкому снижению комплекса практически важных свойств целлюлозных материалов (разрушение этих материалов в результате гниения или образования плесени), почти не изучены с химической точки зрения. В частности, не выяснен характер изменения СП целлюлозы в результате действия различных микроорганизмов и ферментов и не установлено влияние различных факторов и условий предварительной обработки целлюлозы на интенсивность процесса ферментативной деструкции. [c.196]

Как видно из данных, приведенных па рис. 58, СП исходной целлюлозы не влияет на значение предельной СП. Однако значение предельной СП целлюлозы после ферментативного расщепления (СП = 200) выше, чем после гидролитической деструкции, что, по-видимому, объясняется большими размерами молекулы фермента по сравнению с молекулами кислот, затрудняющими диффузию фермента в наиболее упорядоченные элементы надмолекулярной структуры. [c.197]

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]

На ферментативную деструкцию целлюлозы влияют присутствие моносахаридов и полиоз, а также система HiO. —Fe, которая может инициировать процесс разрушения кристаллической структуры (или способствовать ему) [57, 59, 60, 97]. Большинство грибов бурой гнили при росте на чистом целлюлозном субстрате не проявляют l-активности, в отличие от грибов белой гнили. Считают [124], что либо присутствие лигнина вызывает образование С,-целлюлазы, либо целлюлаза бурой гнили наиболее активна по отношению к лигнифицированной целлюлозе. [c.304]

Ферментативная деструкция целлюлозы происходит, как правило, под действием не отдельных ферментов, а полиферментных систем (комплексов). Ферментам, входящим в состав этих систем, присуща определенная специализация одни из них эффективно гидролизуют внутренние гликозидные связи между моносаха-ридными остатками, удаленными от концов полисахарида (их называют эндодеполимеразы, эндоглюканазы, эндоферменты) другие предпочтительно расщепляют внещние гликозидные связи, находящиеся на концах полисахаридной молекулы (экзодеполимеразы, экзоглюканазы, экзоферменты). Глюкозидазы осуществляют гидролиз гликозидных связей ди- и олигосахаридов [1]. [c.59]

Химические превращения лигнина в процессе биодеструкции и последующей органосольвентной делигнификации лиственной породы древесины Использование алифатических спиртов для делигнификации древесины все более привлекает внимание исследователей как экологически чистый метод получения целлюлозы В условиях водно-этанольной варки для того, чтобы достичь высокой степени делигнификации (например, 10 ед Каппа), требующейся для лучшей белимости целлюлозы, необходимо использовать высокие концентрации катализатора или увеличивать продолжительность варки Это приводит к гидролитической деструкции целлюлозы, тек потере выхода и снижению почти в 2 раза средней степени полимеризации целлюлозы При концентрации катализатора НС1 0,2% получается целлюлоза с выходом 52—53% и жесткостью 19—20 ед Каппа Сочетание органосольвентной варки (ОСВ) с биопредобработкой древесного сырья позволяет увеличить степень делигнификации Жесткость получаемой целлюлозы уменьшается на 8—9 ед Каппа, степень полимеризации увеличивается в 2 раза при сохранении выхода целлюлозы Ферментативная предобработка древесины позволяет сократить продолжительность водно-этанольной варки в 1,2 раза (120 мин) для получения полуфабрикатов той же степени делигнификации [354, 360] [c.189]

Термическая, химическая и ферментативная деструкция цечлю-лозы, так же как и гидролиз ее, основаны на разруш глпкТид-ных связей, расщеплении цеяеи и образовании большого числа реакционноспособных частиц. Гидролиз целлюлозы под действием Z-. лот пропдя через стадию гидроцеллюлозы, в конечном счете приводит к образованию глюкозы. Окисление также является деструктивным фавором и может носить в зависимости от окислителя избирате ный характер. Продуктом частичного окисления является окси-целлюлоза. Наличие нескольких реакционноспособных групп девает возможным окисление и в сравнительно мягких условиях Усиливается оно нагреванием и изменением пН -усили [c.158]

Первичная структура целлюлозы установлена в 1930-х годах. При анализе этого полисахарида методом метилирования образуется более 90 % 2,3,6-три-0-метил-Л-глюкозы следовательно, молекулы целлюлозы в основном линейны. Поскольку при частичном гидролизе целлюлозы образуется целлобиоза (6), этот полисахарид содержит р-(1->4)-связи, р-Конфигурация внутримолекулярных гликозидных связей подтверждена ферментативным анализом. Определение длины цепи по содержанию концевых групп в случае в основном линейных молекул неточно и дает очень низкие значения (- 200 моносахаридных звеньев) из-за деструкции в ходе анализа. Длина молекулы целлюлозы, определенная физическими методами, составляет до 10 000 остатков D-глюкозы. Изучение кинетики гидролиза целлюлозы показало, что свыше 99 % связей в ее молекулах имеет один и тот же характер (р-1,4-связи) [94]. Существование в молекулах целлюлозы связей другого типа не доказано. [c.239]

Очевидно, ЧТО исходная молярная концентрация концевых групп полисахаридного субстрата прямо пропорциональна весовой концентрации (именно весовые концентрации, как правило, используются исследователями при изучении и описании ферментативной деструкции полисахаридов) и обратно пропорциональна его СП. Поэтому при прочих равных условиях Кскя уменьшается с увеличением весовой концентрации (что делает понятными Данные, полученные при изучении зависимости значения К кн от концентрации целлюлозы, приведенные на рис. 3.4) или с уменьшением его средней СП (см. рис. 3.5, а). [c.77]

Для возможного применен йя древесины в целях получения биопродуктов в настоящее время интенсивно разрабатываются различные технологии деструкции лигноцеллюлоз механические (размалывание), физические (гамма-облучение), физико-химические (паровой взрыв, или парокрекинг), химические (гидролиз), биологические (ферментативный гидролиз) и различные комбинации перечисленных методов. К наиболее перспективным следует отнести сочетание парокрекинга с ферментативным гидролизом — это предварительная обработка лигноцеллюлоз или гемицеллюлоз паром при высокой температуре и высоком давлении, при котором происходит взрыв кристаллических структур указанных субстратов и отделение лигнина от целлюлозы с последующим гидролизом клетчатки целлюлозолитическими ферментами. [c.629]

Основными типами деструкции, представляющими наибольший практический интерес, являются механическая, термическая, фотохимическая, химическая и ферментативная, деструкция под действием ионизирующих излучений. Все перечисленные методы предобработки изменяют физико-химические и механические свойства целлюлозы, в результате чего происходит более или менее значительное снижение степени полимеризации. Для увеличения реакционной способности сырья предварительная обработка должна приводить к деблокации лигнина, способствовать снижению индекса кристалличности це1Люлозы, увеличивать ее удельную поверхность, доступную для молекул белка (Жуков и др., 1985). [c.98]

Однако в процессе механической деструкции степень полимеризации целлюлозы снижается до определенных пределов. Поэтому измельчение — это только первая ступень предобработки лигноцеллюлозных субстратов, за которой следует вторая химическая, ферментативная обработка, рэдиолиз и др. Так как лигнин-основное преггятствие на пути широкой утилизации углеводов огромного числа лигноцеллюлозных отходов, решением проблемы является делигнификация. Техника делигнификации сельскохозяйственных отходов, в том числе и соломы, 1°/о-ным раствором NaOH была разработана в Японии (Лобанок и др., [c.99]

Предполагается, что в период 1986—1996 гг. в мире в промышленном масштабе будут реализованы такие процессы, как ферментативное получение из целлюлозосодержащих материалов глюкозы с последующим превращением ее в фруктозу, этанол, этилен, жидкое топливо, медицинские препараты и т. д. Соответствующих промышленных или опытно-промышленных технологий в мире нет. Эта задача может быть решена путем поиска целлюлаз в природе с помощью молекулярного скрининга , создания целлюлаз с заданными свойствами методами генетической или белковой инженерии, разработки оригинального аппарата для ферментативного гидролиза, способного в 5— 10 раз увеличить скорость и степень конверсии целлюлозы в глюкозу (Клесов, 1987). К 1990—2000 гг. возможно осуществление процесса деструкции растительной биомассы с целью повышения ее питательной ценности для сельскохозяйственных животных (в первую очередь для крупного рогатого скота). [c.136]

Экзоглюкозидазы образуют глюкозу в основном из промежуточных олигосахаридов, в то время как гидролиз промежуточной целлобиозы ферментом целлобиазой приводит к образованию лишь небольшого количества глюкозы. Первичная атака целлюлозы осуществляется по аморфным зонам цепей, после чего по мере разрыхления структуры кристаллических участков волокон ферменты диффундируют в эти участки. Именно поэтому индекс, характеризующий отношение аморфных участков к кристаллическим, является существенным показателем, определяющим скорость ферментативного гидролиза целлюлозы (Синицын, 1988). Природное целлюлозосодержащее сырье характеризуется не только высокой степенью кристалличности, но и содержанием значительного количества примесей (главным образом лигнина, ге-мицеллюлоз), затрудняющих доступ целлюлолитических ферментов к реакционноспособным связям субстрата, поэтому для повышения эффективности деструкции необходима предварительная обработка — прежде всего механическое измельчение и делигнификация (Fan et al 1982). [c.15]