Ярко-желтые поля рапса – привычное зрелище для этого времени года, но для ученых интерес представляет и то, что лежит под ними.Учёные из Института пищевых исследований занимаются вопросами превращения рапсовой соломы в биотопливо. Предварительные результаты уже указывают на способы более эффективной организации процесса, а также на то, как можно улучшить саму солому.Солома таких зерновых культур, как пшеница, ячмень, овес и рапс рассматривается как потенциальный источник биомассы для производства биотоплива второго поколения.
В настоящее время Великобритания производит около 12 миллионов тонн соломы. Хотя немалая её часть используется в качестве подстилки для животных, грибного компоста и для производства энергии, огромный излишек все еще остаётся.В соломе содержится смесь сахаров, которая может быть использована в качестве источника биотоплива, при этом она не конкурирует с производством продуктов питания, а вместо этого представляет собой стабильный вариант утилизации отходов. Тем не менее, соломенные сахара находятся в такой форме, которая делает их недоступными для ферментов, высвобождающих их для преобразования в биотопливо, и поэтому им требуется предварительная обработка.
Предварительные процедуры превращают сложные углеводы в соединения более доступные для ферментов, которые преобразуют их в глюкозу, в ходе процесса под называнием осахаривание. После чего дрожжи ферментируют полученную глюкозу в этанол.Воспользовавшись средствами Биоперерабатывающего центра в Научно-исследовательском парке Нориджа, профессор Кит Уолдрон и его команда занялись изучением действий, необходимых для того, чтобы разблокировать сахара связанные в жесткой соломенной структуре.
В частности, они рассмотрели стадию предварительной обработки, сфокусировавшись на паровом взрыве, который включает в себя «варку биомассы под давлением», для осуществления химических реакций. Затем следует быстрый сброс давления, вызывающий разрыв материала для дальнейшего улучшения доступности.Учёные варьировали температуру и продолжительность парового взрыва, а затем использовали различные физические и биохимические методы, чтобы охарактеризовать то, какой эффект различные предварительные процедуры оказывали на различные типы сахаров до и после осахаривания.
Количество превращающейся в глюкозу целлюлозы увеличивалось вместе с жёсткостью предварительной обработки. Кроме того, эффективность осахаривания также была связана с потерей конкретных сахаров и последующим образованием продуктов распада сахара.В ходе дальнейшего исследования ученые обнаружили ключевые факторы, определяющие эффективность осахаривания. Вполне конкретный состав, уроновой кислоты, ограничивал скорость, с которой работали ферменты.
Конечный выход сахара был тесно связан с удалением ксилана, общего элемента стенок растительной клетки. Обилие лигнина, «древесного» компонента клеточных стенок,также положительно сказывалось на количестве доступных сахаров. Полученные учёными данные помогут повысить эффективность технологий, с помощью которых солома преобразуется в биотопливо.
Например, добавление более эффективно удаляющих ксилан ферментов повысит выход биотоплива. Также полезен будет и контроль уровня лигнина в материале. Кроме того, учёные полагают, что можно попытаться улучшить и саму солому, например, чтобы уменьшить содержание уроновой кислоты в биомассе. В основном, селекция рапса была направлена на повышение урожайности этой масличной культуры и развитие у неё устойчивости к болезням, не обращая особого внимания на солому.
И сейчас учёные из Университета Йорка и Центра Джона Иннеса работают над поиском способов разведения более «биотопливных» сортов рапса, с той же урожайностью масличных семян, но с более сговорчивой соломой. Кроме того, полноценное понимание полисахаридов и других соединений, получаемых в процессе предварительной обработки, может открыть для нас другие ценные побочные продукты, такие как базовые химикаты, которые также можно будет производить из излишков соломы.
