Трансформация экосистем (), 125-135

Биоконверсия растительных отходов как инструмент регулирования техноэкосистемы целлюлозно-бумажной промышленности Северо-Западного региона

Болотникова О.И., Кваша Н.В., Малевская-Малевич Е.Д. 

Исследованы перспективы внедрения циркулярной экономической модели для оптимизации техноэкосистем целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) Северо-Запада РФ. Рассмотрен потенциал биорефайнинга отходов ЦБП (сульфитные щелока и гидролизаты лигноцеллюлозы) в биоэтанол. Представлен сравнительный анализ эффективности спиртовой ферментации D-ксилозы, основного пятиатомного сахара отходов ЦБП, различными видами ксилозоассимилирующих дрожжей из отечественных коллекций промышленных микроорганизмов. Лучшие скорость и эффективность образования спирта отмечены для C. shehatae Y-1632 (0.83 г/л×ч и 0.40 г/г потребленной D-ксилозы), P. stipitis Y-1483 (0.76 г/л×ч и 0.39 г/г), а также P tannophilus Y-1533 (0.65 г/л×ч и 0.27 г/г). Изучены особенности ксилозоредуктазы (XR) и ксилитдегидрогеназы (XD), ключевых ферментов катаболизма D-ксилозы, которые оказывают влияние на уровень продукции биоэтанола. XR спиртообразующих дрожжей имела двойную НАДФH/НАДH-коферментную специфичность, тогда как XD характеризовалась высоким сродством к НАД+. Наибольшая активность XR выявлена для P. stipitis Y-2160 (15.21 мкМоль/мг×мин). Наибольшей активностью XD обладали C. shehatae Y-1632 (13.95 мкМоль/мг×мин). Установлены предельно допустимые для спиртообразующей активности C. shehatae Y-1632 и P. tannophilus Y-1533 концентрации спирта в среде: 45.5 г/л и 46 г/л соответственно. Продемонстрирована большая устойчивость P. tannophilus Y-1533 к токсическим примесям отходов ЦБП: фурфуролу (Ф), оксиметилфурфуролу (ОФ), летучим органическим кислотам (ЛОК) и веществам лигнофуранового комплекса (ВЛК). Предельно допустимые концентрации ингибиторов для роста этих дрожжей составили (г/л): 0.1 (Ф); 0.27 (ОФ), 0.50 (ЛОК) и 1.74 (ВЛК). Впервые обсуждается биотехнологический потенциал дрожжей Pachysolen tannophilus Y-1533 для оптимизации техноэкосистем ЦБП региона присутствия.

О. И. Болотникова
Северо-Западный институт управления – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации"
199178, Россия, г. Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 57/43

Петрозаводский государственный университет
185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, просп. Ленина, д. 33


Н. В. Кваша
Северо-Западный институт управления – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации"
199178, Россия, г. Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 57/43

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
пр. Большевиков, 22, к. 1, Санкт-Петербург, 193232


Е. Д. Малевская-Малевич
Северо-Западный институт управления – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации"
199178, Россия, г. Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 57/43

malevskaya-ed@ranepa.ru

Болотникова, О.И., Михайлова, Н.П., Гинак, А.И., 2012. Физиологические особенности роста дрожжей Pachysolen tannophilus. Микология и фитопатология 46 (2), 136–139.
Болотникова, О.И., Михайлова, Н.П., Гинак, А.И., 2013a. Спиртообразующая активность дрожжей Pachysolen tannophilus на ксилозосодержащих субстратах. Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) 20 (46), 72–74.
Болотникова, О.И., Михайлова, Н.П., Гинак, А.И., 2013b. Сравнительный анализ физиологии роста ксилозоассимилирующих дрожжей Candida shehatae и Pachysolen tannophilus. Микология и фитопатология 47 (5), 329–332.
Болотникова, О.И., Михайлова, Н.П., Базарнова, Ю.Г., Аронова, Е.Б., Болотникова, Т.А., Акинина, Ю.Н., 2019. Проблемы и перспективы использования микроорганизмов для утилизации отходов лигноцеллюлозы. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология 9 (4), 679–693. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-679-693
Глотов, Н.В., Животовский, Н.В., Хованов, В.Г., Хромов-Борисов, Н.Н., 1982. Биометрия. ЛГУ, Ленинград, СССР, 244 с.
Емельянова, И.З., 1976. Химико-технологический контроль гидролизных производств. Лесная промышленность, Москва, СССР, 328 с.
Корольков, И.И., 1990. Перколяционный гидролиз растительного сырья. Лесная промышленность, Москва, СССР, 271 с.
Костенко, В.Г., 1977. Газохроматографический анализ сред гидролизного производства на содержание индивидуальных моносахаридов. Гидролизная и лесохимическая промышленность 5, 11–13.
Кудрявцев, В.И., 1981. Каталог культур микроорганизмов, поддерживаемых в СССР. Наука,
Москва, Россия, 244 с.
Кваша, Н.В., Малевская-Малевич, Е.Д., 2022. Проблема обеспечения эффективности
циркулярных экономических систем Северо-Западного региона. Экономика Северо-Запада:
проблемы и перспективы развития 4 (71), 54–60. https://doi.org/10.52897/2411-4588-2022-4-
54-60
Кнорре, Д.Г., Эммануэль, Н.М., 1974. Курс химической кинетики. Высшая школа, Москва, СССР,
400 с.
Маринченко, В.А., Смирнов, В.А., Устинников, Б.А., 1981. Технология спирта. Легкая и пищевая
промышленность, Москва, СССР, 252 с.
Огородникова, Т.Е., Михайлова, Н.П., Борохова, О.Э., Яблочкова, Е.Н., Андреевский, В.В.,
Шаповалов, О.И., 1995. Количественные показатели роста ксилозоусваивающих дрожжей
Pachysolen tannophilus и Candida chehatae. Микробиология 64 (1), 13–17.
Шаповалов, О.И., Михайлова, Н.П., Болотникова, О.И., 2008. Влияние ингибиторов гидролизатов
лиственной древесины на продукцию биоэтанола. Химическая промышленность 85 (3), 122–126.
Шарков, В.И., 1973. Технология гидролизных производств. Лесная промышленность, Москва,
СССР, 408 с.
Четвертнева, И.А., Каримов, О.Х., Тептерева, Г.А., Бабаев, Э.Р., Тивас, Н.С., Мовсумзаде,
Э.М., 2021. Компоненты древесины как источники пентозансодержащего сырья для синтеза
полезных соединений, продуктов и реагентов Известия высших учебных заведений. Химия и
химическая технология 64 (3), 107–115.
Boidin, J., Adzet, J., 1957. Deux curieuses levuses isolees d’extraits tannants d’origine végétale:
Pachysolen (nov. gen.) tannophilus nov. sp. et P. pelliculatus nov. sp. Bulletin de la Société Mycologique
de France 73 (4), 331–342. (In French).
Bolotnikova, O., Bazarnova, J., Aronova, E., Bolotnikova, T., 2020. Study of transhydrogenase systems
features in the mutants of the yeast pachysolen tannophilus for the production of ethanol and xylitol
from agricultural wastes. Agronomy Research 18 (S1), 720–728. https://doi.org/10.15159/AR.20.158
Kvasha, N., Bolotnikova, O., Malevskaia-Malevich, E., 2023. Biotechnological basis of the pulp
and paper industry circular economic system. Economies 11 (12), 302. https://doi.org/10.3390/
economies11120302
Kreger-Van Rij, N.J.W. (ed.), 2013. The yeasts: a taxonomic study. Elsevier, Amsterdam, Netherlands,
1082 p.
Lowry, O.H., 1951. Protein measurement with the Folin phenol. Journal of Biological Chemistry 193 (1),
265–275.
Luong, J.H.T., 1985. Kinetics of ethanol inhibition in alcohol fermentation. Biotechnology and
Bioengineering 27 (3), 280–285.
Prakash, K.S., Sanjukta, S., Latika, B., Koel, S., Divya, M. et al., 2022. Utilization of agricultural waste
biomass and recycling toward circular bioeconomy. Environ Sci Pollut Res Int. 30 (4), 8526–8539.
https://doi.org/10.1007/s11356-022-20669-1
Pereira, S.R., Portugal-Nunes, D.J., Evtuguin, D.V., Serafim, L.S., Xavier, A.M.R.B., 2013. Advances
in ethanol production from hardwood spent sulphite liquors. Process Biochemistry 48 (2), 272–282.
Yablochkova, E.N., Bolotnikova, O.I., Mikhailova, N.P., Nemova, N.N., Ginak, A.I., 2003. Specific features of fermentation of D-xylose and D-glucose by xylose-assimilating yeasts. Applied Biochemistry and Microbiology 39, 265–269.