ВОПРОС №2. ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ. ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕРЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Возобновляемым называется сырье, полный цикл получения которого можно осуществить за краткий (в шкале человеческой жизни) промежуток времени, не превышающий нескольких лет. Различают первичное возобновляемое сырье (биомасса) и вторичное (отходы сельского хозяйства, деревообработки и ЦБК).

Биоконверсия возобновляемого растительного сырья в топливо, кормовые и пищевые продукты, полупродукты для химической и микробиологической промышленности рассматривается в настоящее время как одна из ключевых отраслей биотехнологии. Одно из направлений этой отрасли предусматривает способы превращения непищевого сырья (отходы целлюлозно-бумажной промышленности и сельского хозяйства) с помощью ферментов и микроорганизмов для получения углеводов и биологически активных веществ.

Ферментативное превращение целлюлозы перспективно не только с точки зрения создания самостоятельных малоотходных технологий, но и с позиции снижения экологической опасности различных производств целлюлозно-бумажной промышленности и других производств, перерабатывающих растительное сырье и образующих большое количество отходов. Ежегодное производство древесины для изготовления бумаги достигает 150 млн. тонн и постоянно возрастает, создавая тем самым мощное давление на окружающую природную среду. Таким образом, невостребованные сырьевые ресурсы для ферментативного получения углеводов из целлюлозы огромны и постоянно возобновляются.

Биоконверсия отходов лесопромышленных предприятий и предприятий переработки сельскохозяйственного сырья (целлолигнина) является новой технологией, не имеющей аналогов в отечественном и зарубежном промышленных производствах. Однако на практике, особенно отечественной, широко распространена технология химической конверсии целлолигнина, преследующая те же цели, что технология биоконверсии - превращение целлюлозы в сахаристые вещества. Технология химической конверсии предполагает перколяционный гидролиз целлюлозосодержащих материалов горячей разбавленной серной кислотой при температуре 150 - 180°С и при избыточном давлении. Основными недостатками процесса перколяционного гидролиза древесины являются образование крупнотоннажного отхода - лигнина и низкое качество гидролизата с точки зрения микробиологического синтеза, а именно наличие в смеси и пентоз, и гексоз, заметных количеств ингибирующих примесей, ограничивает применение гидролизата только производством белково-витаминного концентрата (гидролизные дрожжи). Во всех остальных биотехнологических производствах это сырье оказывается неприемлемым. Тем не менее, производительность гидролизных аппаратов при химической конверсии составляет 6 – 20 г/л в час, что на порядок выше, чем при биоконверсии – 0,5 - 1 г/л в час при одинаковом выходе. Но сравнение обеих технологий по некоторым показателям (качественная характеристика получаемого продукта, отход лигнина и влияние на окружающую природную среду) выдвигает биоконверсию как наиболее перспективную технологию.

Однако, несмотря на многочисленные исследования, в настоящее время ни в одной стране мира пока нет промышленных установок для ферментативного гидролиза целлюлозосодержащих материалов. Одной из основных причин того, что процесс ферментативного гидролиза целлюлозы пока не удается перевести на промышленный уровень, является отсутствие высокопроизводительных и экономически эффективных аппаратов и технологий для ферментативного гидролиза, сопоставимых с уровнем аппаратов традиционной химической технологии.

Для того чтобы технологии биоконверсии растительного сырья экономически были выгодны для использования их в промышленном производстве, исследователи ориентируются на получение продуктов, которые невозможно получить традиционными химическими технологиями переработки растительного сырья. Описано немало технологий биоконверсии растительного сырья с использованием многостадийных процессов для удешевления нерентабельного процесса ферментативного гидролиза, являющегося основным в технологии биоконверсии. При этом экономическая характеристика той или иной технологии сильно зависит от рентабельности сопутствующих процессов и способов их использования. Так, например, сегодня рентабельными являются технологии, предусматривающие:

- ферментативный гидролиз растительного сырья микроорганизмами, продуцирующими внеклеточные целлюлазы и накапливающими белок за счет своего развития для получения кормового и пищевого продукта;

- совместное культивирование микроорганизмов, продуцентов внеклеточных целлюлаз для ферментативного гидролиза целлюлозы, и микроорганизмов, продуцентов целевого продукта (кормовой белок, этанол, ферментные препараты и др. продукты) на углеводах после ферментативного гидролиза.