CC BY
29
Разработка метода комплексной переработки хитинсодержащего сырья
К.В. Реут1, С.Р. Деркач1, И.Г. Береза2
1 Технологический факультет МГТУ, кафедра химии
2 Естественно-технический факультет МГТУ, кафедра экологии и охраны окружающей среды
Аннотация. Производственный процесс получения хитина связан с образованием специфических многокомпонентных жидких отходов. Исследованы физико-химические свойства образовавшихся сточных вод с целью разработки технологии их очистки и утилизации ценных белковых компонентов. Изучены оптимальные условия извлечения белка при осаждении из сточных вод методом нейтрализации.
Abstract. The industrial process of chitin extraction is connected with the formation of specific multicomponent fluid wastes. Physicochemical characteristics of the formed wastewater have been studied in order to develop technology of its purification and utilization of valuable protein components. The optimal conditions for protein extraction by means of precipitation from wastewater using the neutralization method have been analysed.
1. Введение
Перспективы развития производства пищевых, кормовых и медицинских продуктов из гидробионтов связаны с внедрением технологий глубокой переработки белка. Особое место среди современных технологий занимает производство продуктов из панцирьсодержащего сырья, в том числе хитина. Хитин и его производные обладают уникальной биологической активностью, высокими сорбционными и бактерицидными свойствами и, благодаря этому, широко используются в медицине, пищевой, текстильной, бумажной промышленности, сельском хозяйстве и биотехнологии.
Производственный процесс получения хитина из панцирных частей ракообразных связан с образованием специфических многокомпонентных жидких отходов. Технология очистки жидких отходов (сточных вод) отсутствует, а использование существующего очистного оборудования вследствие специфичности сточных вод не представляется возможным.
Целью нашей работы является разработка оптимальной технологии очистки специфических сточных вод производства хитина и извлечения из них ценных белковых компонентов.
2. Объекты и методы исследования
Технологический процесс получения хитина (рис. 1) заключается в последовательной обработке хитинсодержащего сырья (панцирь краба) раствором щелочи NaOH для удаления белковых веществ, раствором соляной кислоты HCl для удаления минеральных веществ и повторной обработке раствором щелочи для более полного удаления белка. После каждой стадии проводят промывку панциря водой до нейтральной среды промывных вод (рН = 7^8) (Совершенствование производства ..., 1992). Таким образом, в данном технологическом процессе образуется два вида сточных вод: с кислой (рН « 0,13) и щелочной реакцией среды (рН « 12,0). Характеристика образовавшихся сточных вод приведена в табл. 1.
В нашей работе использован метод нейтрализации (Технические записки., 1983; Новиков и др., 1999), который был апробирован в лабораторных условиях для очистки сточных вод производства хитина.
Реут К.В. и др. Разработка метода комплексной переработки хитинсодержащего сырья
Для получения различных значений рН кислый и щелочной стоки смешивались в определенных соотношениях.
Таблица 1. Характеристика сточных вод
Сточная вода pH Nofta, % ХПК, г/л
Сток 1 12,4 3,53 82,800
Промывная вода 11,8 - -
Сток 2 0,13 Отсутствует 7,360
Промывная вода 1,49 - -
Сток 3 12,6 0,26 14,830
Промывная вода 12,2 - -
N0бщ - общий азот, ХПК - химическое потребление кислорода
рН
Рис. 2. Зависимость содержания общего азота Noбщ в сточной воде после осаждения белковых веществ при
Измельчение сырья
I "
Обработка раствором №ОН (4%) в течение 1 часа (депротеинизация 1)
I
Сток 1 (pH=12,4)
Промывка горячей водой до pH 7 + 8
Промывная вода (pH = 11,8)
Обработка раствором HCl (8 %) в течение 30 мин (деминерализация)
I
Сток 2 (pH=0,13)
Промывка холодной водой до pH 7 + 8
Промывная вода (pH = 1,49)
Обработка раствором №ОН (4%) в течение 1 часа (депротеинизация 2)
I
Сток 3 (pH=12,6)
Промывка холодной водой до pH 7 8
Промывная вода (pH = 12,2)
Хитин
Рис. 1. Схема технологического процесса получения хитина
3. Результаты и их обсуждение
На основании обработки полученного экспериментального материала был построен график зависимости содержания общего азота Ло6щ (%) в сточной воде от рН (рис. 2). Из этой зависимости следует, что оптимальным для осаждения белковых веществ является интервал рН = 5^6. Однако следует отметить, что даже в данном интервале рН в осветленной воде содержание органических веществ велико: ХПК составляет 20-30 г/л и степень извлечения белковых веществ не превышает 40 %, поэтому экологически и экономически нецелесообразно направлять такую воду в сети водоотведения.
В практике очистки сточных вод используются различные методы интенсификации процесса разделения коллоидных систем, как, например, коагуляция, флокуляция, мембранная сепарация. Выбор одного из перечисленных методов определяется, в первую очередь, физико-химическими показателями образовавшихся систем. К ним следует отнести молекулярную массу коллоидно-растворенных веществ, молекулярно-массовое распределение, размер частиц и др.
Молекулярную массу белковых веществ, находящихся в стоке после депротеинизации, определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Для определения влияния условий депротеинизации на степень деструкции молекул белка были проанализированы шесть проб стока, полученных при разных технологических температурных режимах (Т = 90; 45-50; 23-25°С) и различных концентрациях щелочи (4 % и 1 %).
Анализ экспериментальных данных показал, что при повышении температуры и концентрации щелочи уменьшается доля высокомолекулярных фракций. Высокомолекулярные фракции обнаружены в стоке только при концентрации №ОН 1 % и температуре 45-50 и 23-25°С. В процессе депротеинизации идет гидролиз, сопровождающийся деструкцией белковых молекул, и образуются полипептиды с различными молекулярными массами Мщ, например, фракции с Мт > 6000 составляют ~ 45 %.
4. Выводы
Совместный анализ данных по осаждению белковых веществ исследуемого стока (содержание общего азота) и данных по молекулярно-массовому распределению позволяет заключить, что в предложенном методе нейтрализации при осаждении белка из сточной воды удаляются
преимущественно высокомолекулярные фракции. Для извлечения оставшегося белка требуется использовать дополнительные методы обработки сточной воды.
Литература
Новиков В.Ю., Мухин В.А., Чилингарян Г.Г., Федорова О.В. Исследование осаждения белка после
депротеинизации панциря краба. Изв. ТИНРО, т.125, с.244-248, 1999. Совершенствование производства хитина и хитозана из панцирьсодержащих отходов криля и пути их
использования. Материалы третьей Всесоюзной конференции. М., ВНИРО, 110 е., 1992. Технические записки по проблемам воды. Пер. с англ. В 2-х т. Под ред. Т.А. Карюхиной, И.Н. Чурбановой. М., Стройиздат, 607 е., 1983.
