Лігноцелюлозні відходи як сировина для синтезу бутанолу клостридіями

Abstract

В останні роки бутанол, отриманий мікробіологічним способом, розглядають як перспективне біопаливо. Бутанол може стати альтернативою викопному паливу у разі його отримання з використанням поновлювальних та економічно вигідних джерел. В цьому відношенні таким джерелом є лігноцелюлозні матеріали, як основні компоненти органічних відходів сільського та лісового господарств, целюлозно-паперової, деревообробної та харчової промисловості, а також побутових відходів. Оскільки для отримання біобутанолу в основному використовують представників роду Clostridium, метою даного огляду є аналіз сучасної наукової літератури щодо отримання бутанолу на лігноцелюлозних відходах з використанням клостридій. У статті наведено узагальнений матеріал щодо джерел вуглецю та енергії для виробництва бутанолу мікробіологічним способом. Розглянуті різні способи гідролізу та зброджування лігноцелюлозних відходів. Наведено дані наукових досліджень останніх восьми років щодо різних способів попередньої обробки вказаної сировини, ферментативного гідролізу та концентрації бутанолу за культивування клостридій на целюлозовмісних субстратах. Показано можливість використання у біотехнології бутанолу генетично модифікованих клостридій, що здатні до одночасного споживання глюкози і ксилози та зброджування субстрату з високим виходом бутанолу. Також наведені дані щодо природніх немодифікованих продуцентів, які мають такі ж властивості, а також можуть споживати лігноцелюлозні відходи без попередньої обробки та ферментативного гідролізу. Для широкомасштабного виробництва біобутанолу за допомогою клостридій з використанням лігноцелюлозних відходів потрібно вирішити ряд проблем. Зокрема розробити ефективні методи попередньої обробки вихідного субстрату. Застосувавши методи метаболічної і генної інженерії, вдосконалити існуючі продуценти з метою синтезу ними целюлолітичних ферментів, міксотрофного споживання суміші вуглеводів, синтезу великої кількості бутанолу та відсутності ацетону в процесі бродіння як побічного продукту. Також необхідно оптимізувати існуючі технології з метою отримання високого виходу бутанолу та розробити альтернативні способи його виділення.