Научные методы и подходы, технологические основы

Процесс биотехнологической переработки древесины включает комплекс технологий, (в том числе химических), которые условно могут быть разделены по пяти этапам переработки (переделам древесины). В рассматриваемом проекте используются первые три. Использование 4−го и 5−го передела возможно при дальнейшем развитии проекта.

I-ый передел древесины включает в себя как стандартные технологии, так и инновационные, разработанные в процессе выполнения НИОКР. Главная задача этого передела состоит в выделении из древесины простых сахаров в форме, высоко усваиваемой клетками бактерий.

Второй критической технологией для этого передела древесины является получение комплексов ферментов, соответствующих по своему составу полисахаридам, присутствующим в перерабатываемом сырье.

Для ферментолиза хвойной древесины набор ферментов включает целлюлазу, целлобиазу и маннаназу, а для лиственных вместо маннаназы необходима ксиланаза. Только в этом случае возможен переход сахаров из полисахаридов в раствор.

II-ой передел древесины заключается в использовании полученных сахаров для брожения и получения органических растворителей: ацетона, (био)бутанола и этанола (АБЭ), и эта технология является критической. При классическом брожении это соотношение находится в пределах 30:60:10. Поскольку целевым продуктом является биобутанол, то разработана технология с преимущественным синтезом биобутанола (до 90%). Возможен также преимущественный синтез ацетона с увеличением его доли в смеси с 30 до 55−60%. В отличие от ранее использовавшихся способов брожения, в проектируемой установке предполагается применить непрерывный процесс, до 55−60 дней, без разгрузки, мойки и стерилизации аппарата.

III-ий передел древесины заключается в полной утилизации бактериями при брожении углерода сахаров древесины и продуктов их метаболизма в биомассу дрожжей. Этот процесс позволяет достичь полной утилизации углерода и включения его в полезные продукты.

К IV-ому переделу относится комплекс технологий по переработке биомассы кормовых дрожжей и получению продуктов с более высокой добавленной стоимостью (всего 12 наименований).

V-ый передел касается технологий полной утилизации древесины (кора, сучки, ветки, хвоя, смола) и возможного получения как технических продуктов (скипидар, смола), так и сырья для пищевой и фармацевтической промышленности.

В нашем процессе используется комплекс ферментов, продуцируемых генноинженерными штаммами, подобранный специально для каждого типа древесины (хвойных, лиственных, соломы), так как они имеют разный состав биополимеров. Таким образом, используя эти штаммы, мы получаем с одной ферментации комплекс ферментов: целлюлазы, целлобиазы и ксиланазы для лиственных пород дерева, и целлюлазы, целлобиазы и маннаназы для древесины хвойных пород. В литературе и патентах такого подхода не встречено, разработанный продуцент является оригинальным и патентоспособным.

Таким образом, весь комплекс разработанных и разрабатываемых технологий позволит достичь полной утилизации древесных отходов и балансов деревьев и превращения их в продукты, необходимые для других отраслей промышленности.