Введение к работе
Актуальность темы. Общее ухудшение экологической ситуации повысило требования к безопасности производств, в том числе и целлюлозо-бумажной промышленности (ЦБП). Технология получения целлюлозы использует серо- и хлорсодержащие продукты, которые в процессах варки и отбелки превращаются в дурнопахнущие (меркаптаны), токсичные и канцерогенные (диоксины) вещества, загрязняющие воздух и воду, а поэтому представляющие большую экологическую опасность. Существующие системы очистки не способны очистить до конца ни газообразные выбросы, ни стоки. В связи с необходимостью сохранения целлюлозно-бумажного производства и перевода его в ранг экологически безопасного, активно разрабатываются как новые способы получения целлюлозы, так и способы очистки стоков и отходящих газов.
Одно из направлений создания технологически безвредных процессов переработки древесины в целлюлозу и волокнистое сырье связано с использованием микроорганизмов.
Биотрансформация древесины микроорганизмами - естественный процесс, за счет которого происходит круговорот углерода в природе. Раз-. ложение древесины осуществляется ассоциациями микроорганизмов, но наибольшей разрушающей способностью обладают базидиальные грибы, причем среди них отличают грибы белой гнили, которые могут разрушать преимущественно лигнин. Эту способность грибов белой гнили можно использовать при разработке биотехнологических процессов делигнификации в ЦБП на стадиях варки и отбелки.
Разработки технологий биоделигнификации применительно к ЦБП активно ведутся за рубежом. Но несмотря на значительное количество исследований, посвященных микробиологическому и ферментативному разложению целлюлозы, лигнина и моделирующих его соединений, биотехнология еще не стала составной частью технологий ЦБП. Это связано прежде всего с тем, что только в последние годы на основе работ по химии и физиологии биоразложения лигнина и фенолов, развиваются теоретические основы и практические подходы к этой проблеме.
Деструкция лигнина происходит в результате воздействия ферментов, продуцируемых микроорганизмами. Ключевым среди лигнинразрушающих ферментов считается лигниназа, которая способна катализировать окислительные реакции деструкции ароматического кольца и расщепления С-О-С и G-C связей алифатической цепи. Важную роль в освобождении лигнина играют гидролазы грибов, катализирующие разрушение лигноугле-
водной матрицы.
Эффективность биоделигнификации может быть обеспечена лишь в т случае, если ферментный комплекс грибов не содержит целлюлозразруша щих ферментов. Поэтому одно из направлений поиска путей интенсифик ции биоделигнификации строится на выделении новых активных культу обладакшх избирательной лигниндеструктирующей способностью и испол зовании их в конкретных технологических процессах.
Цель работы - исследование микробиологической и ферментативні деструкции лигнина и целлюлозы, и выявление возможности избиратель» деструкции лигнина с сохранением качественных показателей целлюлозі Для достижения изложенной цели были поставлены следующие задачи:
скрининг активных лигниндеструктирующих базидиомицетов,
изучение ферментативной активности исследуемых грибов и химическі реакций, сопровождающих деструкцию лигнина,
оптимизация условий для проявления максимальной лигнинолитическс способности,
разработка основных подходов к технологическим процессам варки отбелки, включающим стадии биоделигнификации древесины и целлюло; ных полуфабрикатов.
Научная новизна работы. Впервые в качестве селективного дестру* тора лигнина отобран и изучен базидиомицет Trametes vlllosus, а тага показана избирательность деструкции остаточного лигнина в лигноцеллк лозе грибом Phanerochaete eangunea. Установлена взаимосвязь степев биологической деструкции лигнина и целлюлозы. Найдены оптимальные ус ловия проявления микроорганизмами избирательной лигнинразрушающе способности. Впервые установлено, что биологическое воздействие изу ченных грибов на лигнин является окислительным процессом и приводит изменению химического и структурного состава лигнина. Биодеструкция функционализация лигнина облегчают его последующую экстракцию.
Практическое значение работы. Оценен вклад и эффективность био логических стадий, введеных в технологическую цепь производства цел люлозы. Биоделигнификация древесины перед водно-этанольной варко увеличивает ее селективность, введение ступени биоделигнификации схему пероксидной отбелки дает возможность получить целлюлозу с бели зной на уровне товарного продукта. Эти процессы защищены патентом авторским свидетельством.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсужден на 3 научном семинаре "Превращения древесины при энзиматическом :
микробиологическом воздействиях". Рига, 1988; на 6 межреспубликанской школе-семинаре "Исследования в области химии древесины", Рига, 1991; на международной конференции "PapFor 93", Ст.Петербург, 1993.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ в центральной и международной печати.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описание методов и материалов исследования, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 194стр., включает ty рисунка и 25 таблиц. . Список литературы содержит 197 наименований, в том числе 136 на иностранных языках.
