А. Г. ЛОБАНОК, В. Г. БАБИЦКАЯ
Проблема энергетических и сырьевых ресурсов, белковый дефицит, обострившийся в мире за последние годы, побудили многие страны к созданию национальных программ по изучению использования энергии биомассы. Размах этих исследований характеризуют затраты, которые только в США и Европе достигают 100 млн. долларов в год.
Вся земная биомасса составляет около — 1.8ХЮ12 т, в том числе 40%, или 7,2Х10И т., целлюлозы. Целлюлоза как главный компонент растительной клетки включает около 50% углерода на Земле. Каждый год в процессе фотосинтеза растения связывают около 2X1111 т углерода и образуют 4ХІ010 т целлюлозы, что в энергетическом выражении по имеющимся расчетам в 10 раз превышает мировое потребление энергии, в 200 раз больше мирового потребления пищи. Использование энергии биомассы составляет в настоящее время 1/7 мировых энергетических затрат, эквивалентных 2,6 млн. т нефти в день (Ghose, 1977). Этот потенциал объясняет всевозрастающий интерес к использованию энергии биомассы. В 1980 г. в Дели состоялся Между— народный симпозиум по биоконверсии и биохимической инженерии. Симпозиум прошел под лозунгом: «Биомасса — наша большая зеленая надежда».
Целлюлоза — принципиальный — источник энергии у жвачных животных благодаря ее ферментации в руменретикулуме целлюлоли — тической микрофлорой. Целлюлоза — основной компонент растительных и сельскохозяйственных отходов, многих строительных материалов, она входит в состав взрывчатых веществ, лаков, клеев, чернил, пластмасс, кинопленок, бумаги и т. д. Большая часть сельскохозяйственных и лесных целлюлозосодер — жащих отходов разлагается in situ целлюло — литическими микроорганизмами, увеличивая плодородие почв. Для микробиологической промышленности большой интерес представляют сельскохозяйственные и промышленные отходы целлюлозы, которые образуются каждый год и достигают сотен миллионов тонн.
Доступные процессы превращения биомассы непосредственно в тепло или газ, жидкое и "твердое топливо включают как небиологическую пироконверсию, так и процессы биокон — "версии. Самый неэффективный тип конверсии —■ сжигание целлюлозы в избытке воздуха.
Существуют два микробиологических процесса для превращения биомассы в топливо: один с помощью анаэробных бактерий — биоконверсия, биометаногенез — процесс, используемый для получения метана. В настоящее время в мире имеется довольно много заводов по получению биогаза преимущественно из отходов животных, городских канализационных стоков и отходов сельского хозяйства. Из целлюлозосодержащих отходов также возможно производство метана. Так, в Индии разработан процесс получения биогаза, на 80% обогащенного метаном, из смеси целлюлозосодержащих субстратов. Второй микробиологический процесс основан на использовании дрожжей для получения этанола из кислотных либо ферментативных гидролизатов целлюлозы или углевод, содержащих субстратов.
В последнее время уделяется большое внимание использованию целлюлозосодержащих субстратов для получения белковой биомассы, при этом предпочтение отдается прямой биоконверсии продуктов фотосинтеза и их дериватов в белок. Рациональное использование целлюлозосодержащих отходов одновременно в известной мере решает две задачи: проблему белкового дефицита и проблему охраны окружающей среды.
По мнению авторов, особого внимания заслуживает микробиологическая переработка целлюлозосодержащих отходов на основе использования микроскопических и базидиальных грибов. Грибы представляют гетерогенную группу гетеротрофных организмов, которые существуют как сапрофиты или паразиты или, менее часто, как симбионты в природных ассоциациях с другими организмами. Морфологически их форма варьирует от микроскопических одноклеточных дрожжей до многоклеточных макроскопических грибов. Основной вегетативной структурой грибов являются гифы. Они обладают большой поверхностью, через которую происходит обмен веществ с окружающей средой. Период вегетативного роста грибов заканчивается спорообразованием. Благодаря высокой приспособляемости грибы способны развиваться даже в очень неблагоприятных условиях. Клеточная стенка грибов является сложной динамичной структурой и содержит молекулы хитина и целлюлозы вместе с другими полисахаридами, белками и липидами. Мицелиальные грибы могут расти на твердых или жидких средах. В последнем случае они чаще всего образуют пеллеты — сферические образования, состоящие из переплетенных гиф. Благодаря мощным системам внеклеточных гидролитических ферментов эти организмы, расщепляющие не только растительные полисахариды, но и лигнин, способны утилизировать сложные цел — люлозосодержащие субстраты, мало доступные для других микроорганизмов. Высокое содержание протеина в биомассах мицелиаль- ных грибов, хороший аминокислотный профиль, с одной стороны, и сравнительно низкое содержание нуклеиновых кислот, с другой, делают их перспективными продуцентами белковых веществ и на таких видах сырья, как углеводы, спирты и углеводороды.