Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология продуктов питания

Диссертационная работа:

Морозов Анатолий Михайлович. Разработка процесса ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья в аппарате колонного типа : ил РГБ ОД 61:85-5/3812

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Ферментативное получение глюкозы из целлюлозы: современное состояние научных и технологических

разработок 8

Глава I. Закономерности ферментативного гидролиза цел
люлозосодержащих материалов ....... 9

- I. Целлюлолитические ферменты и механизмы их
действия 9

2. Закономерности адсорбции целлюлаз на цел
люлозе ...... 12

3. Влияние структурных и физико-химических
факторов субстрата на эффективность ферментативного гид
ролиза 14

Глава П. Технологический процесс ферментативного гид
ролиза целлюлозосодержащих материалов 22

I. Выбор ферментных препаратов, пригодных для
промышленного использования 22

2. Влияние состава целлюлозосодержащвго сырья
и способа его предобработки на процесс ферментативного гид
ролиза 24

3. Тип реактора и способ проведения технологи
ческого процесса ферментативного гидролиза целлюлозосодер
жащих материалов 45

4. Известные технологические процессы ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих материалов и оценка

их экономической эффективности 55

ЭКСПЕРИМЁНТАЛШАЯ ЧАСТЬ

- - Стр.

Глава Ш. Объекты исследования и методики экспериментов

I. Исходные вещества ............. 67

2. Методы определения концентраций глюкозы,
целлобиозы, ксилозы, общих восстанавливающих Сахаров в
гидролизате ..... 70

3. Методы определения активности целлюлолити-
ческих ферментов . 72

4. Методы определения гидродинамического сопротивления в проточном реакторе колонного типа ....... .74

5. Методы статистической обработки эксперимен
тальных данных 78

6. Описание стендовой установки для непрерывно
го ферментативного осахаривания целлюлозосодержащих материа
лов 78

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Глава ІУ. Технические особенности противоточного реакто
ра колонного типа для ферментативного осахаривания целлюлозо-
содержащего сырья 97

I. Особенности гидродинамического расчета ап-
пара га ...... 87

2. Конструктивные особенности колонного аппа
рата НО

Глава У. Технологический процесс непрерывного фермента
тивного гидролиза целлюлозосодержащего сырья в противоточ
ном реакторе колонного типа . 115

I. Последовательность технологических операций JI5

2. Гидролиз различных видов целлюлозосодержаще
го сырья 122

3. Получение глюкозных сиропов в качестве ко-

Стр.

нечного продукта 131

4. Эффективность ферментативного гидролиза . . 134
Глава УІ. Продукт гидролиза и его дальнейшая перера
ботка 139

I. Состав ферментативных гидролизатов различ
ных видов целлюлозосодержащего сырья 139

2. Очистка и кристаллизация глюкозы 145

ВЫВОДЫ 152

Список литературы 154

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение I. Экспериментальные данные к расчету гидродинамического сопротивления реактора колонного типа для ферментативного осахаривания целлюлозосодержащего сырья.

Приложение П. Лабораторный регламент Л I на получение глюкозных сиропов путем ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья в аппарате колонного типа.

Приложение Ш. Лабораторный регламент $ 2 на получение кристаллической глюкозы путем ферментативного гидролиза целлюлозосодержащего сырья в аппарате колонного типа.

Приложение ІУ. Акты испытаний различных видов целлюло-зосодержащих материалов в качестве сырья для ферментативного осахаривания в аппарате колонного типа.

Введение к работе:

В декабре 1981 г. Постановлением ГКНТ СССР, Госплана СССР и Президиума АН СССР JK 520/278/180 утверждена целевая комплексная научно-техническая программа 0.Ц.043 с заданием: "Разработать эффективную технологию по получению глюкозного сиропа и кристаллической глюкозы из целлюлозосодержащих отходов и организовать их выпуск".

Получение глюкозы из практически неисчерпаемых возобновляемых запасов целлюлозосодержащего непищевого сырья может удовлетворить самые разнообразные потребности пищевой, микробиологической, химической отраслей промышленности, энергетики, медицины и животноводства. С этой точки зрения процесс получения "универсального" продукта, глюкозы, из целлюлозы является центральным, ключевым в комплексной проблеме утилизации промышленных и сельскохозяйственных целлюлозосодержащих отходов. Ферментативный гидролиз целлюлозы является перспективным процессом, обладающим рядом преимуществ: процесс протекает в мягких условиях с высоким выходом Сахаров при отсутствии токсичных отходов.

Современное состояние научно-технических разработок в области ферментативного гидролиза целлюлозы уже позволяет создать технологию получения "целлоглюкозы", однако, по ряду причин технического и экономического характера процесс в промышленном масштабе не был реализован ни в одной стране. Основной общей причиной этого является отсутствие завершенных комплексных разработок, охватывающих всю сложную технологическую цепочку получения глюкозы из целлюлозосодержащих материалов. Технологическая цепочка получения глюкозы с помощью ферментативного гидролиза включает как новые биотехнологические стадии производства, так и известные технологические стадии. К био технологическим стадиям отно-

сятся получение ферментов-целлюлаз, ферментативный гидролиз, регенерация ферментов, обработка гидролизата иммобилизованной цел-лобиазой для увеличения выхода глюкозы. К технологическим стадиям относятся предобработка сырья, очистка сиропа, упаривание сиропа до нужной концентрации, кристаллизация, если конечным продуктом является кристаллическая глюкоза. Даже известные технологические стадии требуют обработки на новом .для технологии полупродукте: ферментативном гидролиза те целлюлозосодержащего сырья. Стадии же предобработки сырья, получения ферментов-целлюлаз и, особенно, ферментативного гидролиза и регенерации ферментов являются ключевыми технологическими стадиями и именно здесь встречаются наибольшие трудности, связанные с низкой удельной активностью ферментных препаратов целлюлаз, низкой реакционной способностью сырья, сложностью и дороговизной традиционных методов регенерации ферментов.

В настоящей работе мы предлагаем использовать для ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих отходов промышленности и сельского хозяйства новую технологию, позволяющую обойти большую часть этих затруднений, а именно биотехнологию непрерывного ферментативного получения глюкозы из целлюлозосодержащего сырья с использованием противоточного аппарата колонного типа.

Целью работы являлось: разработка эффективной технологии ферментативного получения глюкозы из различных видов целлюлозосодержащего сырья, отработка по стадиям режима процесса получения глюкозы из целлюлозы, получение 10-20 кг кристаллической глюкозы для проведения биологических испытаний.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана эффективная технология ферментативного осаха-ривания различных видов целлюлозосодержащих материалов с исполь-

зованием только прочно сорбирующихся на целлюлозе ферментов-цел-люлаз и с авторегенерацией ферментов непосредственно на стадии гидролиза в реакторе колонного типа;

показана возможность получения по разработанной технологии высококачественных ферментативных гидролизатов при использовании технических ферментных препаратов без их предварительной очистки и концентрирования;

показана возможность получения в реакторе колонного типа гидролизатов целлюлозы содержащих только глюкозу в качестве конечного продукта гидролиза без использования иммобилизованной целлобиазы на отдельной стадии процесса;

изучены гидродинамические особенности колонного реактора для ферментативного осахаривания целлюлозосодержащего сырья.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

создан стендовый аппарат колонного типа и стендовая установка для непрерывного ферментативного осахаривания целлюлозы;

на стендовой установке в качестве потенциального сырья для ферментативного получения Сахаров испытаны 5 видов целлюло-зосодержащих отходов промышленности и сельского хозяйства, представленных организациями, заинтересованными в утилизации этих отходов;

получены первые 10 кг кристаллической глюкозы из целлюло-зосодержащих отходов промышленности для биологических испытаний нового продукта;

получены исходные данные для проектирования опытно-промышленной установки.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ФЕРМЕНТАТИВНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

РАЗРАБОТОК

Получение глюкозы из целлюлозы ферментативным путем является оптимальным во многих отношениях. Поэтому понятен интерес, проявляемый в течение последних 20-30 лет практически во всех промышленно развитых странах к ферментам, способным превращать целлюлозу в глюкозу; к целлюлозосодержащим материалам, которые могут стать сырьем для промышленного процесса? к самому процессу ферментативного гидролиза в аспекте технологии, оборудования и экономики.

Научное изучение ферментативного гидролиза целлюлозы началось более 100 лет назад. После того, как было открыто и многократно подтверждено активное участие самых различных микроорганизмов в разложении целлюлозы, многие видные микробиологи в разных странах изучали их морфологию, систематику, физиологию и распространение в природе. Конечным результатом этого периода, который условно можно назвать микробиологическим, явилось создание фундаментальных работ по микробиологии целлюлозы [цит. по Ї] .

Второй период в изучении данной проблемы можно назвать биохимическим; он начался с конца 40-х годов. Исследования целлюлолитических ферментов развивались по следующим основным направлениям: I) разработка методов определения активности целлюлазных препаратов; 2) сопоставление активности целлюлаз-ных препаратов из различных источников; 3) разработка методов очистки целлюлолитических ферментов; 4) изучение влияния условий среды на активность и стабильность целлюлазных препаратов; 5) идентификация продуктов ферментативного гидролиза

целлюлозосодержащих субстратов? б) изучение влияния физических свойств целлюлозы на скорость и глубину ферментативного гидролизаj 7) изучение кинетических закономерностей ферментативного гидролиза целлюлозы^].

Результаты исследований, проведенных в последние годы, позволяют сделать вывод, что мы уже находимся на подступах к детальному пониманию основных закономерностей ферментативного гидролиза целлюлозы. На очереди - технологический этап, который включает практическую реализацию процесса ферментативного получения глюкозы из целлюлозосодержащих материалов. Рассмотрение научно-технических достижений в этой области по проблемам: сырье, ферменты, процесс, аппаратурное оформление, и является предметом настоящего раздела. Сначала, естественно, целесообразно рассмотреть общие закономерности ферментативного гидролиза целлюлозы и целлюлозосодержащих материалов.

Подобные работы
Никонович Сергей Николаевич
Разработка новых типов растительных масел и биологически активных добавок для функционального питания
Цаплин Евгений Борисович
Обоснование и разработка высевающего аппарата катушечного типа для высева средних и крупных лесных семян
Никифоров Аркадий Олегович
Разработка аппарата роторно-статорного типа для эмульгирования и перекачивания проклеивающих составов
Мурадова Мадина Миязуллаховна
Исследование и разработка полупроводниковых термоэлектрических полупроводниковых теплообменных аппаратов проточного типа
Шевич Юрий Артемьевич
Разработка и исследование высокоэффективных теплообменных аппаратов матричного и планарного типов для компактных низкотемпературных систем и установок
Альхаф М. Надер
Разработка программно-алгоритмического обеспечения для оценивания движения и характеристик аппаратов баллистического типа по результатам летных испытаний
Альхаф М. Надер
Разработка программно-алгоритмического обеспечения для оценивания движения и характеристик аппаратов баллистического типа по результатам летных испытаний
Легаев Александр Иванович
Исследование и разработка реакторов шнекового типа для процесса твердофазного карбоксиметилирования целлюлозы
Лебедев Дмитрий Владимирович
Проектирование и разработка технологического процесса намотки сложнопрофильных конструкций типа воздухозаборника двигателя самолета
Лавриненко Владислав Юрьевич
Разработка методики автоматизированного проектирования процессов высадки поковок типа стержня с шаровой головкой с направленным волокнистым строением

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net