CC BY
125
УДК 504.064.45
Ю. Н. Картушина, М. А. Кириченко, Г. А. Севрюкова
ПОЛУЧЕНИЕ МЕЛАНИНА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ МАСЛОЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Ключевые слова: отходы, вторичное использование, технология, меланин, антиоксидантная активность.
Проведено исследование в области технологий вторичного использования отходов производства. Подобрана технологическая схема производства меланина из отходов маслоэкстракционного производства - лузги подсолнечника. Вторичное использование даст возможность снизить количество отходов вывозимых на полигоны и получить дополнительную статью дохода. При использовании рассмотренного в статье метода получения меланина, решается ряд производственных и экологических проблем.
Key words: waste, cycling, technology, melanin, antioxidant activity.
The present research was realized the field of technologies for re-use of production waste. Chosen technological scheme ofproduction of melanin from waste oil production of sunflower husk. Secondary use will give the opportunity to reduce the amount of waste exported to landfills and to obtain an additional source of income. When you use discussed in the article method ofproduction of melanin, solved a number ofproduction and environmental problems.
Введение
В настоящее время во всём мире большое внимание уделяется вопросам химической и биотехнологической переработке отходов сельского хозяйства, особенно остатков биомассы растительного сырья. Это связанно с необходимостью утилизировать значительный объем образующихся отходов и получить новые вторичные материалы с полезными свойствами. Маслоэкстракционное производство
сопровождается образованием большого количества отхода V класса опасности - лузги подсолнечника. Лузга состоит 100% из растительных остатков, опасные свойства у данного отхода отсутствуют. Но при этом возникает вопрос отчуждения значительных площадей для её захоронения, замусоривания территории при несоответствующем хранении и транспортировке, вероятности возгорания больших накопленных объемов лузги.
Среди наиболее распространенных способов использования лузги можно выделить: применение в качестве компонента кормов в сельском хозяйстве, использование в качестве подстилки для сохранения тепла (наименьший процент использования), добавление в компост при выращивании грибов, в виде удобрения для улучшения свойств почвы, изготовление декоративных плит, сырья для гидролизной промышленности, альтернативного топлива, сорбента для очистки почв, питательной среды, влагоудерживающего материала, лигноцеллюлозного сырья [1].
Несмотря на большое число предложенных направлений применения лузги подсолнечника, реальный потенциал использования лузги не соответствует объёмам существующих производств и её накопленных отвалов. Данные отходы труднодоступны для микробного разложения, скапливаются в больших количествах, загрязняют почву, требуют дополнительных площадей для складирования, и поэтому представляют экологическую проблему для окружающей среды.
Все выше перечисленное заставляет искать новые направления использования данного отхода.
На данный момент выделяют один из наиболее перспективных методов использования лузги подсолнечника с целью получения полимеров хиноидных соединений - меланинов. Меланины, получаемые, из лузги подсолнечника, относят к безазотистым веществам алломеланинового типа, образующимся в результате ферментативного окисления пирокатехина. Данные меланины проявляют высокую антирадикальную активность. Это обусловливает возможность получения на основе меланинов, выделенных из лузги подсолнечника, антиоксидантов,
противостарителей, ингибиторов радикальных реакций, сорбентов, биостимуляторов [2].
Экспериментальная часть
Сотрудниками и магистром кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» Волгоградского
государственного технического университета в лабораторных условиях были проведены исследования направленные на поиск оптимального способа получения меланина из лузги подсолнечника. По результатам работы был получен патент.
На основании способа была подобрана технологическая схема экстракции меланина из лузги подсолнечника (рис. 1).
Исходя из того, что необходимо выделить ценные компоненты из твердой фазы - лузги подсолнечника, основным этапом является выщелачивание. Проведение данного процесса позволит получить такой продукт, как меланин, пригодный в качестве сырья в различных отраслях промышленности. Процесс проводится при термическом воздействии, подачи тепла и интенсивном перемешивании. В качестве реагента применяют 0,1-0,5 М раствор гидроксида натрия. С учетом всех этих особенностей выбран экстрактор, представляющий собой аппарат, оснащенный виброприводом, для интенсификации процесса
экстрагирования. Так как среда щелочная, для защиты аппарата осуществляется никелевое покрытие экстрактора. Оно обладает высокой твердостью и адгезией к основе, особенно после термической обработки [3].
Рис. 1 - Технологическая схема процесса экстракции: 1 - бункер; 2 - решётчатая сушильная камера; 3 - смеситель; 4 -вибрационный экстрактор; 5 - фильтр с неподвижным слоем; 6,8 - ёмкости; 7,9 -отстойники; 10 - выпарная установка
Никелевые покрытия применяют в различных отраслях промышленности, как в качестве подслоя, так и самостоятельно для защитно-декоративных и специальных целей. Они характеризуются твердостью, значительной коррозионной стойкостью и хорошей отражательной способностью (58 — 62%), удельным электросопротивлением 8,3-10 -2 Ом м [4].
Никелевые покрытия применяют в промышленности для защитно-декоративной и декоративной отделки изделий и деталей машин, аппаратов, приборов; для защиты от коррозии при повышенных температурах и в специальных средах (щелочах, некоторых кислотах), как промежуточный подслой для нанесения других покрытий на сталь с целью обеспечения прочного сцепления покрытий с основой, для повышения износостойкости трущихся поверхностей
Для осуществления процесса выщелачивания требуется провести ряд вспомогательных операций.
Вспомогательная подготовка лузги
подсолнечника заключается в ее предварительной подготовке, к процессу экстрагирования.
Неизмельченную лузгу подсолнечника промывают водой, промытая лузга поступает в бункер (1), её сушат при температуре 90-110оС до сыпучего состояния в сушильной камере (2), смешивают лузгу с 0,1-0,5 М раствором гидроксида натрия в массовом соотношении лузга экстрагент равном 1:(6^7) в смесители (3), экстрагируют смесь в вибрационной экстракционной установке (4).
После выщелачивания получают готовую продукцию фильтрацией раствора, в фильтре с неподвижным слоем (5).
В фильтрат добавляют 0,1г катионита КУ-2, перемешивают в ёмкости (5) и с помощью универсальной индикаторной бумаги контролируют рН. При достижении значения рН 7, фильтрат отделяют от катионита, в отстойнике (6). В
полученный жидкий антиоксидант добавляют адсорбент, который после взаимодействия с субстанцией в ёмкости (7) отделяют в отстойнике (8), растворитель (воду) из антиоксиданта выпаривают кипячением, доводя экстракт до желеобразного состояния, в выпарной установки 10 [5].
Для обеспечения высокой эффективности фильтрования целесообразно применять рукавный фильтр. Для прокачки растворов применяются лопастные центробежные насосы, которые позволят осуществлять плавную и непрерывную подачу растворов.
Полученный продукт представляет собой желеобразную субстанцию темно-коричневого цвета, с приятным древесным запахом. Меланоидный характер антиоксиданта подтвержден характерными реакциями с перекисью водорода (обесцвечивание раствора), перманганатом калия (изменение окраски до зеленой, с последующим выпадением осадка и обесцвечиванием раствора), хлоридом железа (III) (выпадение хлопьевидного осадка с последующим его растворением при избытке реактива); УФ- и ЭПР- спектрами.
Меланин был подвергнут проверке на антиоксидантную активность, которая во всех расчётах приближена к 100% [5].
Получаемый меланин возможно применять с целью профилактики и лечения болезней людей, а также в пищевой, парфюмерной промышленности. Простейшим является вариант использования меланина в качестве добавок к солнцезащитным кремам. Присутствие меланина в пищевых продуктах и изделиях способствует их длительному хранению. В процессе пищеварения меланин частично усваивается при участии микрофлоры кишечника, частично исполняет роль энтеросорбента, регулятора перистальтики, нормализует состав кишечной микрофлоры. Является активным антидотом при острых отравлениях, эффективно выводит токсины на ранней стадии отравления из пищеварительного тракта до их всасывания в кровь. Меланин применяют при лечении и профилактике заболеваний печени, нейрозаболеваниях (стресс, синдром хронической усталости), онкологических заболеваний, заболеваниях неясной этиологии. Использование меланина оказывает
омолаживающее воздействие на организм [6].
Литература
1 Ю.Н. Картушина, Н.В. Грачева, М.А. Данилова, в сб.
Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения. НИ ТПУ. - Томск, 2014. - С. 90-93.
2 Н.Г. Габрук, И.И. Олейникова, А.В. Метелев и др.// Научные ведомости БелГУ. Серия Естественные науки. №15, 16 (110). С. 95-98. (2011)
3 Я.В. Вайнер, М.А. Дасоян Технология электрохимических покрытий. Машиностроение, Липецк, 1972. 464 с.
4 Вольдман Г.М. Основы экстракционных и 6 Алексеева Т. Н., Орещенко А. В., Кулакова А. В., ионообменных процессов в гидрометаллургии. Дурнев А. Д., Самусенок Л. В., Огарков Б. Н. Хранение Металлургия, Москва, 1982. 376 с. и переработка сельхозсырья, 5, 37-38 (2001)
5 Пат. РФ 2578037 (2016).
© Ю. Н. Картушина - канд. геол.-мин. наук, доцент кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» Волгоградского государственного технического университета, [email protected]; М. А. Кириченко, магистр 1 года обучения по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» Волгоградского государственного технического университета, [email protected]; Г. А. Севрюкова -д.биол. н., профессор кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» Волгоградского государственного технического университета, [email protected].
© Yu. N. Kartushina - candidate of geological-mineralogical sciences, associate professor of Industrial Ecology and Safety Dept. of Volgograd State Technical University, [email protected]; G. A. Sevryukova - Doctor of Biological Sciences, Professor of Industrial Ecology and Safety Dept. of Volgograd State Technical University, [email protected]; M. A. Kirichenko - Master student of Volgograd State Technical University, [email protected].
