Производство бумаги для гофрирования и тарного картона из вторичного сырья

Kraussmaffei объединяет два важных отраслевых тренда – экономику замкнутого цикла и цифровизацию

KraussMaffei уже более трех десятилетий ведет активную работу в секторах вторичной переработки и вторичного компаундирования. Компания KraussMaffei Extrusion, базирующаяся в Ганновере (Германия), благодаря своим технологическим решениям помогает клиентам внедрять принципы экономики замкнутого цикла. Специалисты KraussMaffei Extrusion — Ральф Й. Даль, директор по продажам экструзионного оборудования, и Карл Филип Пепел, начальник отдела управления продукцией, — рассказали в интервью о вызовах, возникающих в сфере рециклинга, и об ориентированных на будущее стратегиях KraussMaffei в данной области

В широком смысле слова экономика замкнутого цикла означает экономику без потерь. Насколько эта идея стала реальной и насколько еще остается мечтой?

Карл Филип Пепел: Вторичная переработка уже давно является востребованной при производстве бумаги, изделий из металлов и стекла и принята потребителями. В полимерной индустрии этот процесс занял значительно больше времени, но давление со стороны политиков и общественности в настоящее время усилило его развитие. Сегодня цель состоит в создании в нашей отрасли замкнутой системы производства, сравнимой с уже существующими схемами переработки металлов, стекла и бумаги. Эта идея технически вполне осуществима: есть большой потенциал получения из использованных пластиков материалов, сравнимых по качеству с первичными.

Ральф Й. Даль: Вторичная переработка ресурсов всегда была естественной для всех отраслей промышленности. Однако в течение долгого времени из-за технических ограничений не было осуществимого способа превращения больших объемов отходов пластмасс с высоким уровнем загрязнения в материалы удовлетворительного качества. Кроме того, у предприятий отрасли было недостаточно мотивации для того, чтобы решать эти проблемы и внедрять вторичную переработку. Сегодня ситуация резко меняется.

Это может означать существенный рост рынка для Вашей компании?

Р. Й. Д.: Да, несомненно. Уже сегодня более 10% наших доходов от продаж оборудования связаны с деятельностью в секторе вторичной переработки пластмасс. И это при том, что наш основной бизнес базируется на технологиях переработки первичных пластиковых материалов.

Какие инвестиции вложены в данную область?

Р. Й. Д.: В прошлом году было принято решение об инвестировании более 2,5 млн евро в разработку специализированного оборудования, и к концу этого года в нашем техническом центре будет установлена новая система. Концепция, получившая название Edelweiss, предназначена исключительно для выполнения задач вторичной переработки и отвечает принципам экономики замкнутого цикла. Она позволит нашим заказчикам и отрасли в целом сертифицировать новые процессы и быть довольными результатами своей работы.

К. Ф. П.: Также мы вложили средства в расширение аналитической лаборатории, оснащенной самым современным оборудованием. Здесь мы можем проводить углубленный анализ свойств полимерных отходов, а затем и полученных конечных продуктов вторичной переработки. Зачастую качество исходных материалов существенно варьируется, так как зависит от типа и степени загрязнений, что в конечном счете влияет на особенности процесса переработки и достижение искомого качества рециклята.

Какие наиболее важные изменения произошли в индустрии переработки пластмасс за последние годы?

Р. Й. Д.: Наша индустрия постоянно развивается. Происходят многочисленные слияния компаний, занимающихся утилизацией мусора, с фирмами — специалистами по переработке полимерных отходов. С недавнего времени крупные химические группы стали приобретать предприятия по вторичной переработке. Все это оказывает сильное влияние на масштабы вторичной переработки. Объем сегодняшних потоков отходов вырос во много раз по сравнению с тем же показателем еще пару лет назад.

К. Ф. П.: Рынок в настоящее время необычайно динамичен: объемы задействованных материалов существенно растут по мере вступления в игру крупных межнациональных корпораций. Среди них не только владельцы брендов, но и практически все заинтересованные стороны цепочки поставок. А это значит, что сегодня требуется применять совершенно другие технологические подходы по сравнению с обычными системами переработки отходов, актуальными в недавнем прошлом.

Есть ли у вас постоянные партнеры в проектах вторичной переработки? Сотрудничаете ли вы с кем-нибудь?

К. Ф. П.: Мы ведем сотрудничество с Университетом Лейбница в Ганновере. Созданный недавно на его базе Институт пластмасс и экономики замкнутого цикла (IKK), возглавляемый профессором Хансом-Йозефом Эндресом, предлагает нам уникальную возможность получить научную поддержку наших разработок.

Р. Й. Д.: Насколько нам известно, этот институт является первым и пока единственным учреждением, работающим преимущественно над внедрением принципов экономики замкнутого цикла в полимерную индустрию. Он служит важным связующим звеном между теорией и практикой и позволяет нам опробовать новые научно-исследовательские идеи в промышленном масштабе. Помимо этого мы осуществляем индивидуальное сотрудничество с нашими заказчиками, а также поставщиками и технологическими партнерами в Европе.

В каких сферах рециклинга пластмасс вы отмечаете наибольший подъем?

К. Ф. П.: Что касается основных потоков отходов, быстрорастущим сегментом я бы назвал вторичную переработку полиолефинов, получаемых прежде всего из упаковочных материалов. Но проекты вторичной переработки для других отраслей, например автомобилестроения и строительства, сегодня также чрезвычайно интересны.

Отмечаете ли вы какие-то особые взгляды или опасения, которые негативно влияют на ваш бизнес?

Р. Й. Д.: В нашей отрасли крайне важно избегать эмоций. Обсуждать тему обращения пластмасс необходимо по факту задействованных технологий и физических процессов. Мы призываем потребителей собирать полимерные отходы и доставлять их туда, где управление ими могут вести самые передовые предприятия. Необходимые технологии переработки отходов и апсайклинга уже внедрены. Остается лишь вопрос волевых усилий, принятия надлежащего законодательства и его соблюдения. Если должным образом контролировать данные материальные потоки, вторичные пластики можно использовать для производства чего-то полезного и благодаря этому сокращать объемы мусора.

К. Ф. П.: Лучше всего это можно показать на примере вторичной переработки двух материалов. Одним из них является ПЭТ, используемый для изготовления бутылок для питьевой воды и напитков. В Западной Европе уже перерабатывается до 95% ПЭТ-бутылок в результате раздельного сбора отходов, инициированного самими потребителями. Второй пример касается ПВХ-отходов, поступающих из строительного сектора, и является в большей степени проблемой промышленной вторичной переработки. Подавляющее большинство данных изделий из ПВХ полностью подвергается вторичной переработке уже на протяжении нескольких десятилетий по принципу экономики замкнутого цикла. Оба примера показывают, что такой подход может успешно работать и быть прибыльным во всех отношениях.

Какие существенные вызовы стоят перед сектором вторичной переработки?

Р. Й. Д.: Наибольшую проблему представляют собой композитные материалы, поскольку они состоят из разных, но при этом неразделимых типов пластмасс. Для работы с ними используются новые химические процессы на основе растворителей, позволяющие прицельно отделять тот или иной материал. Ряд таких процессов сегодня все еще находится на стадии разработки, но первые опытные системы уже существуют. Мы убеждены, что эта область обладает огромным потенциалом, и можем предложить решения, основанные на наших технологиях. Кроме того, упаковочная индустрия работает над созданием упаковки нового принципа, которая специально ориентирована на облегчение вторичной переработки и позволит избегать использования композитных пленок по мере возможности.

К. Ф. П.: Перечислю три области рециклинга, в которых мы предлагаем решения. В первую очередь, это механическая вторичная переработка, затем переработка на основе растворителей и, наконец, химическая переработка. В последнем случае полимеры разделяются на исходные мономеры, что дает материал, похожий на сырую нефть. Помимо механического рециклинга основное внимание мы уделяем переработке на основе растворителей — этот молекулярный процесс дает продукт, сравнимый с первичным пластиком.

На выставке К-2021 компания KraussMaffei представила производственный процесс, позволяющий перерабатывать стандартные упаковочные ведра в компоненты передних стоек автомобильного кузова. Что движет вами при разработке таких сложных решений?

Р. Й. Д.: Для нас важно показать, на что мы способны. Сила наших инноваций, касающихся сферы вторичной переработки и экономики замкнутого цикла, еще не общеизвестна. Выставка дала нам возможность продемонстрировать все это перед аудиторией специалистов. Наше кросс-функциональное моделирование процесса охватывает литье под давлением и экструзию, позволяя представить себе производство и жизненный цикл высокотехнологичной автомобильной детали, произведенной из простого упаковочного изделия. В основе нашего подхода — использование проверенных технологий по-новому и для новых целей, чтобы дать ответы на вызовы отрасли вторичной переработки.

К. Ф. П.: На нашем выставочном стенде мы объединили два важных отраслевых тренда — внедрение принципов экономики замкнутого цикла и применение технологий цифровизации. С одной стороны, мы используем для этого высокотехнологичные средства автоматизации и прослеживания партий продукции, а также контроля качества непосредственно на линии. С другой, наш новый проект polymore.com предлагает цифровую платформу для производителей компаундов, поставщиков вторичного сырья и переработчиков, позволяющую вести прямую и безопасную торговлю пластиковыми продуктами. Это воодушевляющее решение ориентировано на будущее, потому что эффективное функционирование нашей отрасли зависит от надежных поставок сырья. Платформа может использоваться для продажи как первичного, так и рециклированного сырья. KraussMaffei использует свое глубокое знание технологий, свойств продуктов, особенностей производства, рынков и клиентов, чтобы открыть участникам индустрии новые каналы закупок.

Давайте попробуем заглянуть в будущее. Какой статус будет иметь экономика замкнутого цикла в ближайшие годы в отрасли в целом и конкретно для KraussMaffei?

К. Ф. П.: Полагаю, к 2030 году экономика замкнутого цикла станет стандартом в индустрии переработки пластмасс, и необходимости в какой-либо серьезной дискуссии по этому поводу нет. Я твердо верю, что это будет так, и KraussMaffei сыграет ключевую роль в этом процессе.

Р. Й. Д.: Я полностью согласен. Очевидно, что в будущем мы не сможем обходиться без пластмасс, поэтому жаркие споры по поводу актуальности применения полимеров должны прекратиться. Пластик — это жизненно важный и ценный материал, без которого наш современный мир не мог бы существовать. Нам нужно лишь научиться относиться к этому ресурсу ответственно и перестать смотреть на полимерные изделия как на одноразовые. Крайне важно, чтобы ценность пластика в глазах общественности выросла до того уровня, которого он заслуживает, и когда это произойдет, мы безболезненно придем к четко функционирующей экономике замкнутого цикла.

Приглашаем вас 29.01 посетить специальный проект Recycling Solutions в павильоне 8.1. В 12:00 будет доклад компании KraussMaffei

Источники

  • Бернс, Роберт И. (1996), «Бумага приходит на Запад, 800–1400», Линдгрен, Ута (ред.), Europäische Technik im Mittelalter. 800 бис 1400. Традиции и инновации (4-е изд.), Берлин: Gebr. Манн Верлаг, стр. 413–422, ISBN 3-7861-1748-9
  • Хантер, Дард (1930), Производство бумаги через восемнадцать веков , Нью-Йорк
  • Хантер, Дард (1943), Изготовление бумаги, история и техника древнего ремесла , Нью-Йорк
  • Лукас, Адам Роберт (2005), «Промышленное фрезерование в древнем и средневековом мире. Обзор свидетельств промышленной революции в средневековой Европе», Технология и культура , 46 (1): 1–30, doi : 10.1353 / tech .2005.0026 , S2CID  109564224
  • Томпсон, Сьюзан (1978), «Производство бумаги и ранние книги», Анналы Нью-Йоркской академии наук , 314 (1): 167–176, Bibcode : 1978NYASA.314..167T , doi : 10.1111 / j.1749- 6632.1978.tb47791.x , S2CID  85153174
  • Чудин, Питер Ф. (1996), “Werkzeug und Handwerkstechnik in der mittelalterlichen Papierherstellung”, в Линдгрене, Ута (ред.), Europäische Technik im Mittelalter. 800 бис 1400. Традиции и инновации (4-е изд.), Берлин: Gebr. Манн Верлаг, стр. 423–428, ISBN 3-7861-1748-9
  • Штромер, Вольфганг фон (1960), “Das Handelshaus der Stromer von Nürnberg und die Geschichte der ersten deutschen Papiermühle”, Vierteljahrschrift für Sozial und Wirtschaftsgeschichte , 47 : 81–104
  • Штромер, Вольфганг фон (1993), “Große Innovationen der Papierfabrikation in Spätmittelalter und Frühneuzeit”, Technikgeschichte , 60 (1): 1–6

Особенности применения микробиальных ферментов в отраслях производственной сферы

DOI: https://doi.Org/10.23670/IRJ.2020.98.8.013

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБИАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ В ОТРАСЛЯХ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЫ

Обзорная статья

Лукин А.А.1′ *, Данилов М.Б 2, Пирожинский С.Г. 3

1 ORCID: 0000-0003-4753-3210;

1 3 Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия;

2 Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Улан-Удэ, Россия

* Корреспондирующий автор (lukin3415[at]gmail.com)

Аннотация

Ферменты сегодня нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Рассвет биотехнологии сыграл решающую роль в этом процессе. Микроорганизмы являются основными источниками получения ферментов для биотехнологической промышленности. Микробиологические ферментные препараты все чаще заменяют обычные химические катализаторы в ряде промышленных процессов. В данной статье рассмотрены отрасли производственной сферы, где активно используются ферментные препараты, в том числе в инновационных сферах производства -биосинтез и получение биотоплива. Даны характеристики некоторых микробных ферментов и рассмотрены взаимодействия ферментов с обрабатываемым сырьем.

Ключевые слова: ферменты, микробиальные ферменты, промышленность, биотопливо, биосинтез, производственная отрасль.

APPLICATION FEATURES OF MICROBIAL ENZYMES IN INDUSTRIAL SECTORS

Review article

Lukin A. A.1, *, Danilov M. B2, Pirozhinskiy S. G.3

1 ORCID: 0000-0003-4753-3210;

1 3 South Ural State University, Chelyabinsk , Russia;

2 East Siberian State University of Technology and Management Ulan-Ude, Russia

* Corresponding author (lukin3415[at]gmail.com)

Abstract

Enzymes are now put to good use in many industrial sectors. Flourishing biotechnologies played the crucial part in that process. Microorganisms are the primary source of enzymes for the biotechnological industry. Microbiologic enzyme products increasingly take the place of the traditional chemical catalysts in a number of industrial processes. This article looks into the industrial sectors using enzyme products, including innovation sectors: biosynthesis and biofuel generation. It describes some microbal enzymes and considers the cooperation of the enzymes and the feedstock used.

Keywords: enzymes, microbial enzymes, industry, biofuel, biosynthesis, industrial sector.

Введение

Классифицирует 3 вида ферментов для промышленных целей: технические ферменты, пищевые ферменты и кормовые ферменты. Технические ферменты, включая протеазу, амилазу и целлюлазу, составляют самую высокою долю этого рынка. Эти ферменты широко используются в производстве моющих средств, крахмала, текстиля, кожи, бумаги, целлюлозы. Второй по величине сегмент на рынке – это пищевые ферменты. В эту группу входят ферменты, используемые в молочной, пивоваренной, винодельческой и соковой промышленности [1], [2], [3]. Последняя область — это область кормовых ферментов, включающая такие ферменты, как фитазу, ксиланазу и р-глюканазу.

Основная часть

Ферменты микробиального происхождения доминируют в классе трансфераз, в то время как изомеразы имеют исключительно грибковое происхождение. Большинство протеолитических ферментов широко используются в легкой и пищевой промышленности (рис. 1).

Легкая промышленность Пищевая промышленное Производство кормов Рис. 1 – Распределение ферментов в промышленных масштабах в зависимости от цели применения

Следует отметить, что многие ферменты предназначены для различных промышленных применений. С точки зрения продаж, ферменты для технических отраслей (моющие средства, текстильное производство, производство этанола, кожевенная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность) составляют основную часть продаж (рис. 2).

Рис. 2 – Распределение продаж ферментных препаратов в зависимости от отрасли

На сегодняшний день на рынке реализуется свыше 260 ферментных препаратов для различных целей применения.

Получение ферментных препаратов экономически сопоставимы с получением химических реагентов для всех сфер человеческой детальности. Следовательно, снижение стоимости производства ферментов является положительным стимулом для коммерциализации процессов, основанных на производстве данных препаратов [4]. Протеолитические ферменты являются одной из наиболее важных групп промышленных ферментов и составляют почти 60 % от общего объема продаж ферментов. Согласно отчету о мировом рынке пищевых ферментов, ожидается, что к 2020 году мировой рынок пищевых ферментов достигнет 2,3 млрд. долл., и ожидается, что лидером на этом рынке будет Северная Америка, за которой последуют Европа и Азиатские страны.

В таблице 1 представлен список микробиальных ферментных препаратов и сферы их применения [5].

Таблица 1 – Микробиальные препараты и сферы их применения

Фермент, класс (ЕС) Источник получения Сфера применения

Глюкозооксидаза (EC 1.1.3.4) Aspergillus spp. Моющие средства, хлебопекарное производство

Лакказа (EC 1.10.3.2) Myceliophthora spp., Trametes spp., Thielavia spp. Моющие средства, текстильная промышленность

Каталаза (EC 1.11.1.6) Aspergillus spp., Scytalidium spp., Thermoascus spp. Текстильная промышленность

Липаза (EC 3.1.1.3) Aspergillus spp., Candida spp., Fusarium spp., Humicola spp., Rhizomucor spp., Thermomyces spp. Моющие средства, кожевенная промышленность, целлюлозно-бумажная промышленность, биокатализ, хлебопекарная промышленность, молочная и масложировая промышленности

Пектиназа (EC 3.1.1.11; EC 3.2.1.15; ЕС 4.2.2.10) Aspergillus spp. Производство соков и вин

Фосфолипаза (EC 3.1.1.32; EC 3.1.4.1) Aspergillus spp., Fusarium spp., Thermomyces spp. Модификация жиров

Гемицеллюлаза (EC 3.1.1.73) Aspergillus spp. Производство соков и вин

Фитаза (ЕС 3.1.3.8; ЕС 3.1.3.26) Aspergillus spp., Peniophora spp. Производство кормов

а-амилаза (ЕС 3.2.1.1) Aspergillus spp., Thermoactinomyces spp. Целлюлозно-бумажная промышленность, хлебопекарная промышленность, пивоваренная промышленность, производство соков и вин

Амилоглюкозидаза, глюкоамилаза (EC 3.2.1.3) Aspergillus spp., Talaromyces spp., Trichoderma spp. Моющие средства, производство биотоплива, производство подсластителей, производство соков и вин

Целлюлаза (EC 3.2.1.4; EC 3.2.1.91) Humicola spp., Myceliopthora spp., Thielavia spp. Моющие средства, текстильная промышленность, производство биотоплива, целлюлозно-бумажная промышленность

ß-глюканаза (EC 3.2.1.6) Thermoascus spp., Trichoderma spp. Производство кормов, производство биотоплива, пивоваренная промышленность

Ксиланаза (EC 3.2.1.8) Actinomadura spp., Aspergillus spp., Thermomyces spp., Trichoderma spp. Целлюлозно-бумажная промышленность, хлебопекарная промышленность, пивоваренная промышленность, производство кормов

Лактаза (EC 3.2.1.23) Aspergillus spp., Kluyveromyces spp. Молочная промышленность

Пуллуланаза (EC 3.2.1.41) Hormoconis spp. Производство биотоплива, производство спирта

Протеаза (EC 3.4.2x.xx) Aspergillus spp., Cryphonectria spp., Fusarium spp., Rhizomucor spp., Trichoderma spp. Мясная и молочная промышленность, кожевенная промышленность

Текстильная промышленность

Ферменты нашли широкое применение в текстильной промышленности. Хлопок является доминирующим текстильным волокном, и его волокна представляют собой отдельные клетки. Внутренняя часть волокна представляет собой почти чистую целлюлозу, тогда как наружная первичная клеточная стенка содержит воски и гемицеллюлозы. Собранные волокна механически очищают от растительных остатков, затем изготавливают пряжу и делают ткани. Нити тканей часто покрывают крахмалом, чтобы предотвратить его разрыв во время плетения [5]. Использование а-амилаз (ЕС 3.2.1.1) для удаления крахмала, является первым и одним из старейших применений ферментов в текстильной обработке. Используемые ферменты в основном имеют бактериальное происхождение, чаще всего в текстильной промышленности для этих целей применяют Bacillus spp.

Чистка – это процесс удаления нецеллюлозных соединений из волокна, чтобы сделать его более гидрофильным перед окрашиванием. Пектатлиаза (ЕС 4.2.2.2) из Bacillus оказалась наиболее эффективной для разложения пектина в хлопке и, таким образом, наиболее эффективна для удаления восков, масел и других примесей. Вычищенную хлопчатобумажную ткань нужно отбелить перед окрашиванием. Отбеливание можно проводить с использованием

перекиси водорода, но данный метод требует дополнительных технологических операции. Наиболее перспективным методом отбеливание тканей является использование грибных каталаз (EC 1.11.1.6), полученных из Aspergillus, Scytalidium и Thermoascus spp [6].

Целлюлазы (ЕС 3.2.1.4) также часто используются в текстильной промышленности. Они предотвращают истирание тканей и сохраняют яркость цвета. Грибная целлюлаза из Trichoderma reesei оказалась очень эффективной для этих целей.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Бумагу производят из древесины. Три полимера составляют основу компонентов древесины: целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Первым шагом производства бумаги является формирование целлюлозы, содержащей свободные волокна. Целлюлозу необходимо подвергнуть процессу отбеливания, прежде чем ее можно будет использовать для производства бумаги. Само отбеливание обычно основано на использовании химических отбеливающих агентов, но предварительная обработка целлюлозы ксиланазами оказывает усиленное отбеливающее действие. Ксиланазы открывают структуру гемицеллюлозы и, таким образом, высвобождают связанные лигнин и лигнин-углеводные комплексы. Таким образом, становится возможным удалять больше лигнина, и древесина становится более восприимчивой к отбеливающим компонентам. В промышленном масштабе используется несколько ксиланаз (ЕС 3.2.1.8) грибкового происхождения, например Trichoderma spp., Aspergillus spp. и Thermomyces spp.

Бумага также может быть покрыта крахмалом для улучшения глянца, гладкости и печатных свойств. В этом процессе используется модифицированный раствор крахмала низкой вязкости. Пониженная вязкость может быть получена с использованием а-амилаз (ЕС 3.2.1.1). Амилазы могут также применяться в процессе переработки бумаги [7]. Они эффективно разлагают крахмальное покрытие и тем самым высвобождают частицы краски с поверхности волокна. Целлюлазы (ЕС 3.2.1.4) также повышают эффективность удаления краски путем дефибрилляции микрофибрилл, прикрепленных к чернилам.

Кожевенная промышленность

Ферменты всегда были неотъемлемой частью при изготовлении кожи и изделий из кожи.

Сырая шкура подготавливается к дублению с помощью ряда подготовительных этапов. Ферменты играют важную роль в некоторых из этих процессов.

Грибные протеазы используется на стадии мягчения в кожевенном производстве для повышения поглощение воды кожевенным материалом. Липаза используется для диспергирования жира, обеспечивая тем самым синергетический эффект, их вводят на стадии обезжиривания [8], [9].

Производство кормов

Добавление в корм ферментов повышает их усвояемость скотом. Зерновые культуры составляют основной компонент в корме для животных, но кишечная флора нежвачных животных, например свиней и птицы не производят эндогенных ферментов, необходимых для разложения содержащихся в них волокон. Кроме того, присутствие некрахмальных полисахаридов препятствует пищеварению, и их удаление, таким образом, повышает усвояемость корма. Ксиланазы (ЕС 3.2.1.8; рис. 3) являются широко используемыми кормовыми ферментами и разлагают ксилановую структуру клеточных стенок растений до короткоцепочечных сахаров [10].

Ксиланазы вырабатывают из Trichoderma spp. и Aspergillus spp. ß-глюканазы (EC 3.2.1.6, рис. 4) разрушают структуру ß-глюкана, содержащегося в некоторыо зерновых культурах, с образованием свободной глюкозы и олигосахаридов. ß-ßjD-кансОы гриГгового происхождения (Trichoderma spp. и Aspergillus spp.) также часто используются в технологии производства кормов [Ы1 ], [12].

егер егыс

hoh с

1,3-ß-D-gluccn OH

OH

OH ß-gluccncse

Рис. 4 – Эндогидролиз 1,3^-Б-глюканах под действием ß-глюканазы [11]

Для повышения усвояемости фосфора в кормах используют фитазы. Фосфор используется для формирования и поддержания скелета и участвует во многих обменных процессах. Два типа фитаз (рис. 5), 3-фитаза (ЕС 3.1.3.8) и 6-фитаза (ЕС 3.1.3.26), получают из мицеальных грибов – Aspergillus spp., Peniophora spp.

Производство биотоплива

На сегодняшний день разрабатываются многочисленные технологии, которые позволят получать энергию из возобновляемых источников. Примером является получение этанола из биомасс. Процесс преобразования биомассы в биотопливо включает в себя применение различных бактериальных и грибных ферментов [13].

Сырьем для производства биотоплива может являться крахмал, получаемый из зерновых культур.

Крахмал традиционно подвергается «горячей обработке», которая позволяет обычным ферментам расщеплять крахмал на декстрины. Недавно был разработан альтернативный процесс «холодной варки» или процесс гидролиза сырого крахмала, названный Broin Project X (BPX), который исключает энергозатратный процесс высокотемпературной варки крахмала. В этом процессе гидролиза используется синергетический эффект между глюкоамилазами (ЕС 3.2.1.3) и а-амилазами.

Обработанный крахмал затем подвергают осахариванию, в результате чего декстрины разлагаются до сбраживаемых сахаров, таких как глюкоза и мальтоза. Реакция катализируется глюкоамилазой и пуллуланазой (ЕС 3.2.1.41) бактериального или грибного происхождения с выходом продукта – 95-97 %. Во время ферментации сахара превращаются в спирт дрожжами [14].

Одной из серьезных задач на сегодняшний день является разработка биотоплива второго поколения, получаемого из целлюлозной биомассы. Существует большой потенциал в использовании этой растительной биомассы для производства жидкого биотоплива. Растительная биомасса состоит в основном из клеточных стенок растений, как правило, 75 % из них представлены полисахаридами. Эти полимерные углеводы содержатся в сложной матрице, включающей не только кристаллическую целлюлозу, но также гемицеллюлозу и лигнин. Гемицеллюлозы и лигнин (вместе лигноцеллюлозы) препятствуют доступу целлюлолитических ферментов, что снижает эффективность производства этанола. Поэтому для производства биотоплива второго поколения потребуется большой спектр новых ферментов, включая целлюлазу и гемицеллюлазу. Значительная часть исследований направлена на разработку ферментативных и микробных препаратов для разложения лигноцеллюлозы, для повышения уровня сбраживаемых сахаров и увеличения конечного выхода этанола. Таким образом, этанол может быть получен из непищевой части биовозобновляемых источников, и он послужит альтернативой современным источника топлива [15], [16].

Биокатализ и органический синтез

Применение ферментов в органическом синтезе привело к созданию новых технологии в химической промышленности.

Наиболее распространенными ферментами для органического синтеза являются различные гидролазы, особенно липазы. Также используют и другие гидролазы в органическом синтезе – нитрилазы, эстеразы, амидазы и протеазы [17], [18].

Заключение

Для получения ферментов часто используют различные микроорганизмы и мицеальные грибы, среди которых можно выделить грамположительные бактерии рода Bacillus, нитчатые грибы рода Aspergillus, и другие виды микрорганизмов, такие как Streptomyces, Trichoderma и Penicillium. Микробиальные ферменты имеют ряд преимуществ, по сравнению с ферментами, полученными из растений или животных, например, широкий спектр каталитических активностей, недорогое производство, биоразлагаемость и высокая воспроизводимость. Нет сомнений в том, что в ближайшем будущем использование ферментов значительно расширится в таких областях, как биотехнология, переработка сельскохозяйственной продукции, производство биотоплива, производство кормовых добавок для животных.

Финансирование Funding

Статья выполнена при поддержке Правительства The work was supported by Act 211 of the

РФ (Постановление № 211 от 16.03.2021 г.), Government of the Russian Federation, contract №

соглашение № 02.A03.21.0011 02.A03.21.0011.

Конфликт интересов Conflict of Interest

«Не указан» «None declared»

Список литературы / References

1. Martinez-Anaya M.A. Enzymes and bread flavor / Martinez-Anaya M.A. // Journal of Agricultural and Food Chemistry.

– 1996. – v. 44. – P. 2469-2480.

2. Bamforth C.W. Current perspectives on the role of enzymes in brewing / Bamforth C.W. // Journal of Cereal Science. -2009. – v. 50. – P. 353-357.

3. Mamo J. The role of microbial aspartic protease enzyme in food and beverage industries / Mamo J., Assefa F. // Journal of Food Quality. – 2021. – v. 2021. – 15 p.

4. Souza P.M. A biotechnology perspective of fungal proteases / Souza P.M., Bittencourt M.L., Caprara C.C., Freitas M., et al. // Brazilian Journal of Microbiology. – 2021. – v. 46(2). – P. 337-346.

5. Bhat M.K. Cellulose degrading enzymes and their potential industrial applications / Bhat M.K., Bhat S. // Biotechnology Advances. – 1997. – v.15. – P. 583-620.

6. Mienda B.S. An overview of microbial proteases for industrial applications / Mienda B.S., Yahya A., Galadima I.A., Shamsir M.S. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. – 2021. – v. 5(1). – P. 388-396.

7. Adrio J.l. Microbial enzymes: tools for biotechnological processes / Adrio J.l., Demain A.l. // Biomolecules. – 2021. – v. 4. – P. 117-139.

8. Mikhailova R.V. Proteolytic enzymes of mycelial fungi / Mikhailova R.V. // Microbiology and Biotechnology. – 2021. -v. 3. – P. 47-62.

9. Gupta R. Molecular and functional diversity of yeast and fungal lipases: their role in biotechnology and cellular physiology / Gupta R., Kumari A., Syal P., Singh Y. // Progress in Lipid Research. – 2021. – v. 57. – P. 40-54.

10. Van den Brink J. Fungal enzyme sets for plant polysaccharide degradation / Van den Brink J., De Vries R.P. // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2021. – v. 91. – P. 1477-1492.

11. Lei X.G. Phytase, a new life for an «old» enzyme / Lei X.G., Weaver J.D., Mullaney E., Ullah A.H., Azain M.J. // Annual Review of Animal Biosciences. – 2021. – v. 1. – P. 283-309.

12. Costa F.G.P. Economic and environmental impact of using exogenous enzymes on poultry feeding / Costa F.G.P., Goulart C.C., Figueiredo D.F., Oliveira C.F.S., Silva J.H.V. // International Journal of Poultry Science. – 2008. – V. 7(4). – P. 311-314.

13. Xu X. Modification of oils and fats by lipase-catalyzed interesterification: aspects of process engineering / Xu X. // In: Bornscheuer UT (ed) Enzymes in lipid modification. – Wiley-VCH. – 2005. – pp. 190-215.

14. Ellaiah P. A review on microbial alkaline proteases / Ellaiah P. // Journal of Scientific and Industrial Research. – 2002.

– v.61. – P. 690-704.

15. Sharma K.K. Fungal genome sequencing: basic biology to biotechnology / Sharma K.K. // Critical Reviews in Biotechnology. – 2021. – v. 36(4). – P. 743-759.

16. Meyer V. Genetic engineering of filamentous fungi – progress, obstacles and future trends / Meyer V. // Biotechnology Advances. – 2008. – v. 26. – P. 177-185.

17. Bothast R.J. Biotechnological processes for conversion of corn into ethanol / Bothast R.J., Schlicher M.A. // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2005. – v. 67. – P. 19-25.

18. Demain A.L. Biosolutions to the energy problem / Demain A.L. // Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology.

– 2009. – v.36. – P. 319-332.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector