No abstract

The global development of the bioeconomy is impossible without technologies for comprehensive processing of plant renewable resources. The use of proven pretreatment technologies raises the possibility of the industrial implementation of the enzymatic conversion of polysaccharides from lignocellulose considering the process’s complexity. For instance, a well-tuned kraft pulping produces a substrate easily degraded by cellulases and hemicelulases. Enzymatic hydrolysis of bleached hardwood kraft pulp was carried out using an enzyme complex of endoglucanases, cellobiohydrolases, β-glucosidases, and xylanases produced by recombinant strains of Penicillium verruculosum at a 10 FPU/g mixture rate and a 10% substrate concentration. As a result of biocatalysis, the following products were obtained: sugar solution, mainly glucose, xylobiose, xylose, as well as other minor reducing sugars; a modified complex based on cellulose and xylan. The composition of the biomodified kraft pulp was determined by HPLC. The method for determining the crystallinity on an X-ray diffractometer was used to characterize the properties. The article shows the possibility of producing biomodified cellulose cryogels by amorphization with concentrated 85% H3PO4 followed by precipitation with water and supercritical drying. The analysis of the enzymatic hydrolysate composition revealed the predominance of glucose (55–67%) among the reducing sugars with a maximum content in the solution up to 6% after 72 h. The properties and structure of the modified kraft pulp were shown to change during biocatalysis; in particular, the crystallinity increased by 5% after 3 h of enzymatic hydrolysis. We obtained cryogels based on the initial and biomodified kraft pulp with conversion rates of 35, 50, and 70%. The properties of these cryogels are not inferior to those of cryogels based on industrial microcrystalline cellulose, as confirmed by the specific surface area, degree of swelling, porosity, and SEM images. Thus, kraft pulp enzymatic hydrolysis offers prospects not only for producing sugar-rich hydrolysates for microbiological synthesis, but also cellulose powders and cryogels with specified properties.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ, БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ И ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Материалы XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием (1820 мая 2022 года, г. Бийск) Бийск Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова 2022 УДК 66.02(045) ББК 34.7 Т38 Т38 Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: материалы XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием (1820 мая 2022 года, г. Бийск) / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. -Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. унта, 2022. -458 с. ISBN 978-5-9257-0336-6 В сборнике представлены материалы конференции в виде научных статей преподавателей, инженеров, аспирантов и студентов вузов России, а также работников научных и производственных объединений, подготовленных в рамках тематики XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (1820 мая 2022 года, г. Бийск). Освещены актуальные вопросы по проблемам моделирования и интенсификации технологических процессов, подготовке кадров, оптимальному выбору рецептур, технологических режимов и оборудования с последующей экономической оценкой при их адаптации для промышленных предприятий. В сборнике материалы расположены по секциям: -химические технологии и аппаратурное оформление процессов; -биотехнологии и аппаратурное оформление процессов; -пищевые технологии и аппаратурное оформление процессов. УДК 66.02(045) ББК 34.7 Редакционная коллегия конференции «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» д. т. н., профессор А.Н. Блазнов к. х. н., доцент В.В. Будаева к. т. н., доцент И.Н. Павлов Часть докладов воспроизведена в виде, представленном авторами ISBN 978-5-9257-0336-6  БТИ АлтГТУ, 2022МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств» Кафедра «Биотехнология» Кафедра «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий» Кафедра «Ракетные двигатели и Высокоэнергетические установки автоматических систем» Кафедра «Естественнонаучных дисциплин» Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химикоэнергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова Администрация г. Бийска -наукограда РФ АО «Федеральный научно-производственный центр «Алтай» Малое инновационное предприятие ООО «Наука и технологии» ЗАО «Эвалар» ЗАО «Алтайвита...

The global development of bioeconomy is impossible without technologies for comprehensive processing of plant renewable resources. The use of proven pretreatment technologies raises the possibility of industrial implementation of enzymatic conversion of polysaccharides from lignocellulose considering the process complexity. For instance, a well-tuned kraft pulping produces a substrate easily degraded by cellulases and hemicelulases. Enzymatic hydrolysis of bleached hardwood kraft pulp was carried out using an enzyme complex of endoglucanases, cellobiohydrolases, b-glucosidases and xylanases produced by recombinant strains of Penicillium verruculosum at a 10 FPU/g mixture rate and a 10 % substrate concentration. As a result of biocatalysis the following products are obtained: sugar solution, mainly glucose, xylobiose, xylose, as well as other minor reducing sugars; modified complex based on cellulose and xylan. The composition of biomodified kraft pulp was determined involving the use of HPLC. The method for determining the degree of crystallinity on an X-ray diffractometer was used to characterize the properties. The article shows the possibility of producing modified cellulose cryogels by amorphization with concentrated 85 % H3PO4 followed by precipitation with water and supercritical drying. Analysis of the enzymatic hydrolysate composition reveals the predominance of glucose (55...67 %) in reducing sugars with a maximum content of up to 6 % in the solution after 72 hours. The properties and structure of modified kraft pulp were shown to change during biocatalysis, in particular, the degree of crystallinity increased by 5 % after 3 hours of enzymatic hydrolysis. We obtained cryogels based on the initial and biomodified kraft pulp with conversion rates of 35, 50 and 70 %. The properties of these cryogels are not inferior to those based on industrial microcrystalline cellulose, as confirmed by the specific surface area, degree of swelling, porosity and SEM images. Thus, kraft pulp enzymatic hydrolysis offers prospects not only for producing sugar-rich hydrolysates for microbiological synthesis, but also for producing cellulose powders and cryogels with specified properties.