CC BY
199
Раздел 6. Инженерная экология и смежные вопросы, добротности колебания £Ьп в диапазоне порядка 0,4 - 2% - изменение добротности колебаний. //он и Но о- Это объясняется тем, что электрические силовые линии колебаний Hon и //о 13 замкнуты и имеют только одну радиальную составляющую Е^ которая у торцевой стенки равна нулю, а электрическое поле Еъ колебания Еою равномерно по длине резонатора, поэтому колебание Еою будет обладать большей чувствительностью к наличию влаги в осадке.
Таким образом, исследование только осадка жидкого углеводорода устраняет влияние изменения растворенной влаги в жидких углеводородах, объемная доля которой зависит от температуры, атмосферного давления, типа углеводорода. Наличие тонкого слоя влаги на нижней торцевой стенке резонатора структуру поля мод //on , //013 и 1и> i о практически не искажает. Наличие такого тонкого слоя практически не изменяет резонансную частоту колебаний (частота остается в пределах полосы задержания ненагруженной системы), а добротность (за счет изменения эффективной проводимости нижней стенки) изменяется значительно. С увеличением добротности пустого резонатора пропорционально увеличивается чувствительность к содержанию свободной влаги.
Приведенные исследования позволяют сделать вывод о принципиальной возможности применения объемных резонаторов для определения свободной влаги в полевых условиях.
Литература
1. Беликов A.M. Авиационные топлива и смазочные материалы / А. М. Беликов, Э. В. Кора-бельников, В. А. Судца, - Ставрополь: СВВАИУ им. Маршала авиации , 2009 - 246 с.
2. Григорьев М.А., Борисова Г.В. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1991. - 208 с.
3. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под редакцией В.В.Клюева. -М.: Машиностроение. 1995. с. 487.
4. Берлинер М.А. Измерение влажности -М.: Энергия 1973, - 201 с.
Использование послеспиртовой барды в качестве сырья для получения высокобелковых кормовых препаратов
Мельникова Е.В., к.т.н. Герман JI.C., Захаров З.В., Жарко М.Ю.
Университет машиностроения 8(499)267-19-39
Аннотация. В статье рассмотрены способы переработки компонентов послеспиртовой барды для получения ферментационных сред (углеводной и ростовой части). Приведены результаты экспериментов по культивированию на этих средах дрожжей рода Phaffia, продуцента высшего каротиноида астаксантина.
Ключевые слова: послеспиртовая барда, дробина, биомасса дрожжей, гидролиз, культивирование.
Проблема утилизации послеспиртовой барды в наши дни стоит очень остро, так как спирт используется во многих сферах нашей жизнедеятельности. Например, в медицине и пищевой промышленности. Производство спирта, несомненно, должно расширяться, ведь спирт - это не только химическое соединение, но и основа для получения высокооктанового бензина (при помощи низкотемпературного крекинга), то есть биотоплива. Значит, потребности в спирте будут возрастать. При получении 1 литра спирта получают 10 литров барды, которую недопустимо выливать в окружающую среду. Себестоимость получения спирта низкая, а для того чтобы перерабатывать отходы, понадобятся большие материальные затраты, в связи с этим нужно получать из барды «дорогой» продукт (высококачественный). Сушить барду экономически невыгодно, так как приходится удалять 95% влаги, что влечет за собой большие затраты на переработку и, соответственно, увеличивает себестоимость спирта. Получаемый в результате кормовой препарат содержит 30-35% белка, стоимость такого
кормового продукта не превышает 12-15 тыс. рублей за тонну и не оправдывает затрат на сушку барды.
Решению проблемы переработки барды с получением высокобелковых кормовых препаратов посвящена данная работа.
Первым этапом предлагаемой технологии переработки барды является разделение по-слеспиртовой барды на фракции: жидкую; биомассу спиртовых дрожжей; дробину (остатки зерна, содержащие целлюлозу и гемицеллюлозу, т.е. клетчатку).
Жидкую фракцию предполагается упаривать и выращивать на ней кормовые дрожжи рода Р1сЫа, способные утилизировать глицерин (так как жидкая фракция содержит в основном глицерин). В процессе культивирования получают биомассу дрожжей с содержанием белка не менее 60%.
Биомассу спиртовых дрожжей можно использовать непосредственно в качестве кормового белка, т.к. после разделения барды биомасса дрожжей содержит 40-45% белка. Спиртовые дрожжи также гидролизуют и используют как источник ростовых веществ при культивировании различных микроорганизмов.
Основной проблемой является переработка дробины. Дробина подвергается кислотному гидролизу, так как ферментативный гидролиз плохо проходит из-за высокого содержания в ней целлюлозы. На кислотном гидролизате дробины можно культивировать дрожжи РИа$1а гИ()с1()2упш штамм У2228, являющиеся продуцентом астаксантина, так как эти дрожжи способны утилизировать как шестиатомные, так и пятиатомные сахара.
Астаксантин является высшим каротиноидом с самой высокой антиоксидантной активностью. В организмах высших животных астаксантин выполняет регуляторные функции, повышает иммунитет, повышает выживаемость особей в условиях стресса и вредных воздействий окружающей среды.
Для определения оптимальных условий проведения кислотного гидролиза и максимального выхода астаксантина был проведен эксперимент согласно многоуровневому плану латинских прямоугольников для 4 факторов на 4 уровнях. Основными варьируемыми параметрами выбраны концентрация сухих веществ (дробины), концентрация серной кислоты, температура гидролиза и время выдержки при гидролизе.
Таблица 1
Планирование эксперимента для 4 факторов на 4 уровнях
№ Концентрация Концентрация Температура Время рв/ев(у)
и/и СВ(%) Н2Й04(%) стерилизации, выдержки
°С час
1 5% 3 111 1.30 0,26
2 15% 3 118 1,30 0.24
3 20% 3 121 1.30 0.19
4 10% 3 114 1,30 0.22
5 5% 9 118 1.30 0,26
6 15% 9 111 1.30 0.23
7 20% 9 114 1.30 0,22
8 10% 9 121 1,30 0.16
9 5% 12 121 1,30 0,07
10 15% 12 114 1.30 0,22
11 20% 12 111 1,30 0.19
12 10% 12 118 1.30 0,05
13 5% 6 114 1,30 0.20
14 15% 6 121 1,30 0.22
15 20% 6 118 1.30 0.18
16 10% б 111 1,30 0.23
Раздел 6. Инженерная экология и смежные вопросы.
Таблица 2
Итоги расчётов величины эффектов аддитивно-решётчатого описания
№ ПУП Наименование фактора Натуральные и кодированные (в скобках) значения уровней факторов
1 Й1 Содержание СВ,% 5 10 15 20
Эффект 0,0015 -0,031 0,0315 0,001
т Й2 112801 ,°о 3 6 9 12
Эффект 0,0315 0,0115 0,0215 -0,0635
3 83 Тст^шлЛС 111 114 118 121
Эффект 0,0315 0,019 -0,0315 -0,036
За параметр, характеризующий качество гидролиза дробины, принято соотношение полученных редуцирующих веществ (РВ) к сухим веществам (СВ), содержащимся в барде.
После проведения эксперимента рассчитаны эффекты и по ним построены диаграммы, иллюстрирующие влияние различных параметров на выход редуцирующих веществ.
В результате эксперимента определены оптимальные условия кислотного гидролиза дробины: концентрация сухой дробины - 10%, концентрация серной кислоты - 6%, температура гидролиза - 114°С, температура выдержки - 1,5 часа.
Затем при выбранных оптимальных параметрах проведен кислотный гидролиз дроби-
Таблица 3
Планирование эксперимента для 4 факторов на 4 уровнях.
№ Концентрация Концентра Температура Врем? АК(У1 ¿РВ(У2)
пп СВ(%) цня Н2804(%) стерилизации. °с БЫдq)жьлI. час )
1 15 3 111 -I 9,50 9,8
2 9 3 118 1,5 8,90 9,32
3 6 3 121 0.5 7,07 8.4
4 12 3 114 1 8.25 7.56
5 15 1.5 118 0.5 6.33 8.08
6 9 1,5 111 1 5,64 8,28
*7 6 1,5 114 -I 5,94 7,82
8 12 1.5 121 1.5 6,87 9,48
9 15 0.75 121 1 6.56 6.66
10 9 0Л5 114 0,5 4,56 6,38
11 6 0.75 111 1.5 6.04 6.48
12 12 0,75 118 -I 6,22 7 -1
13 15 2,25 114 1.5 8,21 7.74
14 9 2.25 121 6.03 7 74
15 6 2,25 118 1 4.56 6.74
16 12 2.25 111 0.5 6.20 6.84
В оптимальных условиях, определенных в предыдущем опыте, приготовили 2 л гидро-лизата дробины, отфильтровали негидролизованную дробину, упарили в 10 раз для получе-
ния большей концентрации Сахаров. После этого использовали упаренный гидролизат для культивирования дрожжей рода РИаЛра Шюсклута штамм У2228.
Таблица 4
Итоги расчётов величины эффектов аддитивно-решётчатого описания
(по выходу астаксантина)
№ п/п Наименование фактора Натуральные и кодированные (в скобках) значения уровней факторов
1 Содержание СВ.% 6 9 12 15
Эффект -0.778 -0,398 0,205 0,970
Я2 112804 ,% 0,75 1.5 2,25 3
Эффект -0.835 -0,485 -0,430 1,750
3 яз Тстещш^С 111 114 118 121
Эффект 0,165 0.060 -0,178 -0,048
4 Я4 Время выдержи^ 0.5 1 1,5 1
Эффект -0.64 -0,427 0,825 0,243
Согласно многоуровневому плану латинских прямоугольников для 4 факторов на 4 уровнях проведен гидролиз биомассы спиртовых дрожжей, выделенных из послеспиртовой барды. За параметры, по которым проводилась оптимизация выбраны концентрация астаксантина, полученная после культирования дрожжей РИа$1а КИос^огута штамм У2228 на среде, содержащей полученный гидролизат спиртовой биомассы в качестве ростового фактора; потребленные сахара (АРВ). В экспериментальные среды все гидролизаты спиртовой биомассы внесены в питательную среду в одинаковом количестве (по 8 мл), исследованы влияние степени гидролиза спиртовой биомассы на рост культуры и выход астаксантина.
Таблица 5
Итоги расчётов величины эффектов аддитивно-решётчатого описания (по АРВ)
№ Наименование Натуральные и кодированные (в скобках)
пп фактора значения уровней факторов
1 «1 Содержание СВ.% 6 9 12 15
Эффект -0,423 0,147 0,-0013 0,287
■7 82 Н2804.% 0.75 1.5 2,25 3
Эффект -1.103 0.633 -0.518 0.987
3 КЗ Тстерил.'С 111 114 118 121
Эффект 0.068 -0.408 0.053 0.287
4 84 Время 0.5 1 1.5 -I
выдержки, ч ■»лллллЛлЛлл*
Эффект -0.357 -0.427 0.427 0.357
Экспериментальные данные показывают, что из отходов спиртовой промышленности, а именно из дробины послеспиртовой барды, можно получить высококачественный кормовой продукт - биомассу дрожжей с содержанием белка не менее 50% и содержанием астаксантина 10мг/л. Такой кормовой продукт можно использовать в сельском хозяйстве в качестве по-
Раздел 6. Инженерная экология и смежные вопросы, лифункциональной кормовой добавки для балансировки содержания белка в корме с/х животных, птицы и рыбы и т.д. Дополнительное внесение в комбикорма астаксантина позволит сократить количество лекарственных средств, применяемых при выращивании животных, и следовательно, улучшить качество выпускаемой продукции.
12 ¡ 101 1 8 ш л* 1 4 е- X ш „ г 2 § 0 Изменение количества потребленных Сахаров и накопления астаксантина при различной степени гидролиза спиртовой биомассы
N k^Jl f-í / \ A
N /1 k' Д V-4 (-« / N S >-*
i--' г— \ У i- 1 —i 4 y * AK
6
4 8 N° вариан 1 та 0 11 12 1 3 1 4 1 5 1
Рисунок 1 - Экспериментальные данные по культивированию продуцента астаксантина на питательной среде, содержащей в качестве источника углеводов гидролизат дробины и в качестве источника ростовых веществ гидролизаты спиртовых дрожжей с разной степенью гидролиза белка
Литература
1. Васильев А.В. Переработка растительного сырья и его отходов / А.В. Васильев, Д.О. Ку-линенков, В.П. Панфилов, И.В. Шакир // 1-й Межд. конгр. «Биотехнология: состояние и перспективы развития». М,- 2002. с. 304.
2. Градова Н.Б. Особенности микроорганизмов, используемых в технологических процессах получения белка и биологически активных веществ / Н.Б. Градова, О.А. Решетник. Казань: КХТИ, 1987. 80 с.
3. Галкина Г.В. Новая технология переработки послеспиртовой барды / Г.В. Галкина, В.И. Илларионова, Г.С. Волкова, Е.В. Горбатова, Е.В. Куксова // Ликероводочное производство и виноделие. 2004. №6. с. 14-16.
4. Технология спирта / В.Л. Яровенко и др.. М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002. -464 с.
5. Лозанская Т.И. Производство кормовых дрожжей из послеспиртовой зерновой барды по безотходной технологии / Т.И. Лозанская, Н.М. Худякова, Л.А. Лихтерберг // Ликероводочное производство и виноделие. 2002. № 7. с. 1-3.
6. Патент РФ № 2159287. Способ получения белковой кормовой добавки / А.Ю. Винаров, А.И. Заикина, А.П. Захарычев и др. 2000.
7. Градова, Н. Б. Изучение изменчивости дрожжей Candida по признаку «Содержание белка в биомассе» / Н. Б. Градова, В. Г. Осипова, 3. Н. Робышева // Микробиологическая промышленность. -1975,- №9 С. 8-10
8. Shurson, Phelps A Evaluating distiller's dried grains with solubles. / National Hog Farmer, Mar. 2003.
9. US Patent 5.958.233. Apparatus for efficiently dewatering corn stillage solids and other materials. 1999
10. Astaxanthin hyperproduction by Phaffia rhodozyma (now Xanthophyllomyces dendrorhous) with raw coconut milk as sole source of energy Dominguez-Bocanegra, A.R., Torres-Muñoz,
J.A. Applied Microbiology and Biotechnology, Springer, 30.07.2004, vol. 66, no. 3, pp. 249-252
11. Astaxanthin production by a Phaffia rhodozyma mutant on grape juice. Meyer P, Du Preez J (1994) World J Microbiol Biotechnol.0:178-183. doi: 10.1007/BF00360882
12. Biotechnological potential of Phaffia rhodozyma, Subhasita Roy, Sandipan Chatterjee, and Su-kanta Kumar Sen*. Microbiology Division, School of Life Sciences, Department of Botany, Visva-Bharati University, Santiniketan 731 235, India. Journal of Applied Biosciences (2008), Vol. 5: 115 - 122. ISSN 1997-5902
Применение гуммиарабика в моющих композициях ПАВ
Иванова A.A., д.т.н. проф. Булатов М.А.
Университет машиностроения Аннотация. В работе рассмотрены эмульгирующие свойства гуммиарабика, которые легли в основу создания экспериментального моющего раствора ПАВ. Представлены результаты действия этого раствора на примере удаления нефтесо-держащих осадков.
Ключевые слова: водные растворы гуммиарабика, эмульгаторы, гомогенизация, стабилизация дисперсных систем. Гуммиарабик является одним из хорошо известных природных соединений, которое издавна используют как пищевую добавку [1].
Гуммиарабик (Agrigum) представляет собой высушенный на воздухе экссудат, полученный при надрезе стволов или ветвей Acacia Senegal L. Willdenaw или Acacia seyal, а также других родственных разновидностей акации (Fam. Leguminosae). INS-номер гуммиарабика Е-414.
Очищенный от механических примесей гуммиарабик в производственных условиях подвергают дополнительной очистке путем растворения в воде, ультрафильтрации и пастеризации, а затем высушивают методом распылительной сушки. Полученный рафинированный продукт нетоксичен, легко растворим в воде, бесцветен, не искажает вкус и запах пищевой системы [1].
Гуммиарабик (рафинированный) нашел широкое применение в различных областях пищевой технологии как эффективный стабилизатор дисперсных систем (эмульсий масло-вода и пен), материал для микрокапсулирования, регулятор структуры и консистенции пищи, криопротектант, пленкообразователь, и др.
Популярность гуммиарабика связана с его уникальными свойствами и особенностями строения. Поэтому актуальностью данной темы является расширение области применения гуммиарабика в промышленных целях, путем вытеснения синтетических продуктов, которые нарушают экологическое равновесие.
Эмульгирующие и стабилизирующие свойства водных растворов гуммиарабика Большинство гидроколлоидов формирует высоковязкие растворы при низких концентрациях (1-5 %). Однако при таких относительно низких концентрациях гуммиарабик дает растворы, которые имеют очень низкие значения вязкости по сравнению с другими полисахаридами с подобной молекулярной массой (ньютоновские растворы).
Это показано на рисунке 1, где сравнивается вязкость 1 % раствора гуаровой камеди, камеди рожкового дерева, карбоксиметилцеллюлозы натрия и гуммиарабика как функция скорости сдвига.
Гуммиарабик - очень эффективный эмульгатор и стабилизатор, что объясняется его функциональными возможностями защитного коллоида. Гуммиарабик позволяет получать устойчивые эмульсии с большинством масел в широком диапазоне pH и в присутствии элек-
