истки

Нефть и газовый конденсат

Нефть и конденсат

Минеральные точники сырья

То же

Источник углерода, энергии, минеральных солей

Содержит лигнин, сахара, уксусную и муравьиную кислоты, а также SCb, подлежащий удалению. Применяют, например, для получения этанола с помощью кормовых дрожжей

Побочный продукт в производстве сахара-сырца и рафинированного сахара

Ячмень

Древесина, побочный продукт ее переработки Продолжение табл. 1

Субстрат

Назначение

Краткая характеристика

Сырье для получения субстрата

Гидролизаты,

древесины, соломы и др.

Растительные масла и животные жиры

Дрожжевой экстракт

Соевая мука

Источник

углерода, энергии, минеральных солей

Источники углерода и энергии

Источник углерода, энергии, азота, минеральных солей

То же

Состав зависит от вида сырья и условий гидролиза, среди Сахаров преобладают пентозы, что благоприятствует росту кормовых дрожжей

Метабол изируются многими микроорганизмами, служат высокоэффективными источниками энергии

Смесь аминокислот, липидов, витаминов и Сахаров

Богата белками, фосфорными соединениями, жирами

Древесина, травяная масса и т. д. Мягкий гидролиз. Геми-целлюлозы распадаются до моно- и оли-госахаридов

Растительное и животное сырье

Получают из пивных или пекарских дрожжей путем автолиза

Получают из соевых бобов после удаления масла

в последние годы спрос на мелассу значительно превышает имеющиеся ресурсы, поэтому ее стремятся заменить другими органическими субстратами (В. Sikyta, 1984а). Распространенными источниками углерода и энергии являются компоненты нефти и природного газа. В состав сырой нефти входит большое количество разнообразных органических (предельные, непредельные, ароматические углеводороды и их производные) и неорганических (соединения серы) веществ, микроорганизмы обычно не способны усваивать все фракции одновременно, хотя, как отмечалось, выведен штамм псевдомонад, утилизирующий основные компоненты сырой нефти. Это обусловливает необходимость разделения нефти на фракции, что достигается путем ее перегонки или крекинга (превращения длинноцепочечных углеводородов в короткоцепо-чечные).

Если компоненты нефти служат сырьем для получения пищевого (кормового) белка или препаратов медицинского назначения, необходима их тщательная очистка от канцерогенных веществ. Наилучшим субстратом из числа компонентов нефти являются м-алканы, особенно жидкие с числом углеродных атомов от 10 до 20, к их утилизации способно большинство бактерий и дрожжевых грибков. Практически все сказанное о нефти относится и к природному газу — сложной смеси органических (углеводороды и их производные) и неорганических (С02, СО, Н2, H2S, S02, NH3) веществ. В его составе имеются пары углеводородов Сю—С20, отделяемых в виде газового конденсата.

Однако ограниченность ресурсов нефти и газа вынуждает биотехнологов изыскивать иные, в первую очередь возобновляемые источники сырья. Большое внимание уделяют различным видам растительной массы: плодам, сокам, клубням, травяной массе, древесине. Применяют отходы сельского хозяйства, деревообрабатывающей и бумажной промышленности, что позволяет реализовать с помощью биотехнологии принцип безотходного производства.

Половину высушенной растительной массы составляет целлюлоза — самый распространенный биополимер (P. J. Weimer, W. М. Weston, 1985). Как полисахарид, целлюлоза представляет собой ценный источник углерода и энергии. Необходимым этапом подготовки этого сырья к биотехнологическому использованию является гидролиз до простых водорастворимых Сахаров (глюкоза, целлобиоза), что до сих пор представляет сложную задачу. Наибольшие трудности возникают при утилизации древесины, где целлюлоза образует комплекс с гемицеллюлозами и лигнином. Лигнин сильно затрудняет и химический, и ферментативный гидролиз целлюлозы, так как препятствует доступу к ней реагентов и катализаторов, в случае ферментативного гидролиза лигнин активно адсорбирует целлюлозолитические ферменты, выводя их из строя (А. А. Клесов и др., 1985; В. И. Огарков и др., 1985; P. J. Weimer, W. М. Weston, 1985)'.

Поэтому целесообразно отделять гемицеллюлозы и лигнин от целлюлозы введением этапа предгидролиза. Дополнительной задачей этого этапа является разрыхление целлюлозы, разрушение ее кристаллической структуры, что значительно облегчает ее последующее расщепление. Предгидролиз осуществляют обработкой растительного материала щелочами или кислотами в низких концентрациях, в том числе угольной кислотой; гидролиз ведут в атмосфере паров воды и СО2 при 200°С. Получаемый на этом этапе предгидролизат сам по себе представляет ценный субстрат для биотехнологичеЬких целей. Широко распространенным методом отделения лигнина (делигнификации древесины) служит обработка S02, при этом образуется побочный продукт, так называемые сульфитные щелока, которые используются как субстрат в микробиологическом производстве (табл. 1).

Последующий гидролиз целлюлозы проводят с