Основы биотехнологической переработки растительного сырья
Биотехнология (биохимическая технология) – одна из самых старых и одновременно одна из самых молодых наук и отраслей промышленности. Такие процессы как хлебопечение, сыроделие, виноделие, известны человечеству с незапамятных времен. Термин «биотехнология» привился только с середины 70-х годов, когда биотехнология пережила свое второе рождение в связи с появлением генетической инженерии.
В настоящее время процессы биохимической технологии широко используются при производстве биологически активных веществ (ферменты, антибиотики, гормоны и др.), для предотвращения загрязнения окружающей среды, защиты растений от болезней и вредителей, в крупномасштабном производстве белков и аминокислот, предназначенных в качестве добавок к кормам в животноводстве.
Биотехнология – это любая технология, в которой используются катализаторы, исходные вещества или сорбенты биологического происхождения.
Все биотехнологические процессы можно разделить на группы:
1. Основанные на накоплении биомассы (культивировании) микроорганизмов (основной процесс – рост микроорганизмов);
2. Основанные на образовании продуктов метаболизма микроорганизмов (например этанола, лимонной или молочной кислот);
3. Связанные с ферментативными расщеплениями биополимеров.
Состав основной части растительного сырья (древесных и сельскохозяйственных отходов, крахмалсодержащего сырья) достаточно сложен и разнообразен. Растения содержат многочисленные органические соединения, образующиеся в результате обмена веществ, протекающего в растениях в процессе их роста и развития – целлюлозу, гемицеллюлозы, лигнин, гумми- и слизиевые вещества, пектиновые вещества, крахмал и т.д.
Для биохимической переработки применяются следующие виды растительного сырья: - древесные отходы
- отходы сельскохозяйственных растений
- крахмалсодержащее сырье
- сахаросодержащее сырье
Характеристика растительного сырья, применяемого в биотехнологических процессах
Древесное сырье
Представляет собой многолетние ткани, содержащие целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозы и некоторые другие вещества, образующие клеточный матрикс в растительной ткани. В этом виде сырья источником углерода для микроорганизмов могут быть гексозы, пентозы, органические кислоты. В свободном состоянии, доступном для усваивания микроорганизмами, они в сырье практически отсутствуют, поэтому сырье предварительно подвергают обработке: измельчению, гидролизу. При этом полисахариды древесины при высоких температурах в присутствии кислот или щелочей переходят в низкомолекулярные соединения. Содержание полисахаридов и редуцирующих веществ (РВ) при гидролизе различных пород древесины приведено в табл.
Таблица 1 - Химический состав древесного сырья
Порода |
Содержание РВ, % |
Содержание полисахаридов, % |
|||
общее |
пентоз |
гексоз |
легкогидролизуемых |
трудногидролизуемых |
|
Ель |
66…72 |
5…6 |
63…66 |
16…17 |
46…49 |
Сосна |
62…73 |
5…6 |
62…66 |
16…19 |
40…48 |
Лиственница |
69…73 |
8…9 |
51…54 |
21…28 |
37…41 |
Береза |
69…73 |
24…25 |
44…45 |
25…28 |
36…40 |
Осина |
70…71 |
18…19 |
50…51 |
20…21 |
40…44 |
Дуб |
64…70 |
18…19 |
44…49 |
20…21 |
37…42 |
Древесное сырье применяют в виде отходов. На рисунке 1 представлена общая схема образования гидролизного сырья.
Отходы сельскохозяйственных растений
Таблица 2 - Химический состав основных видов растительных отходов сельскохозяйственного производства, % от а.с.с.
Сырье
|
Содержание легкогидро-лизуемых |
Содержание трудногидро-лизуемых |
Содер-жание целю-лозы |
Содер-жание пенто-занов |
Выход РВ при полном гидро-лизе
|
Лигнин |
Зольные вещества |
Кукурузная кочерыжка |
37,9 |
33,4 |
31,5 |
34,8 |
79,3 |
15,2 |
1,1 |
Хлопковая шелуха |
24,9 |
34,2 |
31,4 |
21,4 |
65,8 |
30,6 |
2,5 |
Подсолнеч-ная лузга |
19,7 |
25,1 |
22,6 |
18,4 |
49,8 |
29,1 |
2,1 |
Рисовая лузга |
18,1 |
29,1 |
27,9 |
17,1 |
31,0 |
19,0 |
18,0 |
Солома пшеницы |
20,5 |
37,4 |
38,2 |
23,6 |
64,6 |
25,1 |
5,2 |