$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Варка древесины - это химически интенсивный процесс, который был оптимизирован в течение многих лет для создания системы с минимальными отходами. Тем не менее, некоторые результаты этого процесса могут быть использованы для производства продукта (продуктов) с более высокой добавленной стоимостью. Черный ликер — один из таких примеров. Он образуется в результате крафт-процесса, который является доминирующим химическим методом варки целлюлозы, на долю которого приходится 85% мирового производства лигнина1. В процессе крафт-производства (рис. 1) используются температура (160-200 °C), давление (120 фунтов на кв. дюйм изб.) и химические вещества, содержащиеся в белом щелоке (гидроксид натрия и сульфид натрия) для растворения лигнина в древесных волокнах2,3. Черный щелок содержит лигнин, органические кислоты и побочные продукты разложения полисахаридов4. Он сжигается для производства пара и рекуперации химических веществ в котле-утилизаторе, который обеспечивает тепловую энергию для последующих процессов производства бумаги и целлюлозы. Объем черного щелока, образующегося при варке целлюлозы, может превышать количество, которое может эффективно перерабатывать содорегенерационный котел. Утилизация черного щелока в качестве сточных вод негативно влияет на водную флору и фауну, поэтому не является вариантом. Применение микробных организмов, которые могли бы использовать черный щелок для роста, было бы полезным с точки зрения увеличения химического восстановления и производства продуктов с добавленной стоимостью, что улучшило бы общий анализ жизненного цикла системы варки целлюлозы. Химическая и биологическая конверсия мономеров, полученных из лигнина, привела к успешному получению ванилина и коричной кислоты для использования в качестве пищевых подсластителей и ароматических добавок, фенола, используемого для пластика и смол, и циклогексана, который может быть использован в качестве топлива.
Предыдущая работа по биоразложению этих отходов целлюлозы была сосредоточена на деполимеризации лигнина. Международный институт лигнина (ILI) сообщает, что ежегодно производится от 40 до 50 миллионов тонн лигнина (http://www.ili-lignin.com/aboutlignin.php). Только 1,5% этого лигнина используется в коммерческих промышленных процессах6. Подробно изучена деполимеризация лигнина ферментами лакказы и пероксидазы, полученными грибами белой гнили родов Phanerochaete и Trametes7. Также было показано, что почвенные бактерии, способные разлагать ароматические соединения, такие как Nocardia и Rhodococcus8, Pseudomonas putida mt-29 и Streptomyces viridosporus T7A10, также способны к разложению лигнина. Бактериальная деградация отходов целлюлозного производства является многообещающей, поскольку некоторые бактерии могут процветать в соленых и щелочных (pH 10-14) условиях, которые характеризуют стоки отходов целлюлозного производства11. В то время как лигнин является основным компонентом черного щелока, микроорганизмы также могут разлагать другие компоненты, входящие в состав черного щелока. Эти методы не только идентифицируют микроорганизмы, разрушающие лигнин, но и служат для идентификации микроорганизмов, которые могут быть нанесены непосредственно на отходы целлюлозного производства черного щелока вместо его дальнейшей переработки.
Черный настой был собран и модифицирован для роста микробов путем нейтрализации и фильтрации-стерилизации. Потребности в микробном росте были определены для микробного изолята окружающей среды с помощью экспериментов по выращиванию лигноцеллюлозных компонентов в минимальной среде, полученных по новому протоколу экстракции лигноцеллюлозы. Питательные среды были проанализированы методом газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) для определения продуктов метаболизма микробного изолята окружающей среды при выращивании на черном щелоке в качестве единственного источника углерода. Комбинация этих методов обеспечивает инструмент оценки для определения метаболической способности микроорганизма при выращивании на отходах целлюлозного завода, таких как черный щелок. Использование таких методов также позволяет понять ценность применения конкретных микроорганизмов в отходах целлюлозного завода для образования побочных продуктов.