Глава 9. Биотехнологическая переработка растительного сырья

9.1. Характеристика и методы переработки

Растительного сырья

Прирост органического вещества на Земле оценивается цифрой 2  10¹¹ т в год, в том числе целлюлозы – 4  10⁹ т в год. Основными потребителями этой биомассы являются сельское, лесное хозяйство, деревообрабатывающие предприятия.

Производство сельскохозяйственной продукции приводит к образованию огромного количества отходов. При уборке и переработке этой продукции в отходы уходят: солома злаковых культур (прежде всего пшеничная, рисовая, в меньшем количестве ржаная, овсяная, ячменная), отходы переработки сахарной свеклы и сахарного тростника, кукурузная кочерыжка, подсолнечная и рисовая лузга, гречневая шелуха, стебли и шляпки подсолнечника, костра лубяных культур (льна, конопли), обрезь виноградной лозы и фруктовых деревьев, отходы переработки овощей и фруктов.

Большая часть этих отходов и отходов животноводства разлагается в природных условиях, повышая плодородие почвы. Однако в условиях интенсивного сельскохозяйственного производства отходы территориально сконцентрированы, и количество их слишком велико для естественного потенциала биодеградации.

Растительные отходы (древесные) образуются также при лесопилении и деревообработке. Это ветви, вершины, пни, щепа, опилки, кора, древесная мука.

Основу растительных отходов составляет целлюлозо-лигниновый комплекс (табл. 20), который характеризуется высокой кристалличностью целлюлозы и прочной ее связью с лигнином. По этой причине для биотехнологической переработки целлюлозолигниновых отходов необходима их предварительная обработка либо создание благоприятных условий для действия целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

Выделяют 3 основных направления переработки растительного сырья:

1) гидролитическая подготовка с последующим получением из гидролизата этилового спирта и кормовых дрожжей;

2) твердофазная ферментация (получение ферментов, органических кислот, обогащение целлюлозосодержащих отходов микробным белком, силосование, компостирование);

3) анаэробная переработка с получением биогаза (см. гл. 13).

Таблица 20. Состав целлюлозолигнинового комплекса

растительного сырья

Сырье	Содержание, %
	целлюлоза	гемицеллюлоз	лигнина	других компонентов
Древесина: твердых пород	45–75	28–35	15–20	4–5
мягких пород	30–51	25–40	24–30	3–4
Солома: риса	32–53	21–24	12–25	–
пшеницы	31–51	23–28	18–21	–
Стебли кукурузы	38	26	19	17
Костра лубяных культур	26–30	12–16	27–33	–

9.2. Гидролитическая и биотехнологическая переработка растительного сырья

Предварительная обработка растительного сырья направлена на удаление лигнина, разрыхление кристаллической структуры и расщепление целлюлозы. Методы предварительной обработки делят на физические (растирание, размалывание, пропаривание, замораживание и оттаивание, СВЧ и радиоактивное облучение) и химические (применение кислот, щелочей, растворителей, газов).

Наибольшее распространение получил кислотный гидролиз, на котором основана целая отрасль промышленности – гидролизная. Основная продукция гидролизных заводов – технический этанол, кормовые дрожжи, фурфурол и фурановые соединения, ксилит, продукты на основе лигнина. В Республике Беларусь такую продукцию производят Бобруйский гидролизный и Речицкий опытно-промышленный гидролизный заводы.