CC BY
22
Оригинальная статья / Original article УДК 635.24 : 542.06
DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021 -11 -2-299-309
Состав неорганических компонентов стеблей топинамбура
© А.В. Ковехова***, О.Д. Арефьева***, Н.А. Диденко**, Л.А. Земнухова**
^Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток, Российская Федерация
**Институт химии ДВО РАН, г. Владивосток, Российская Федерация
Резюме: Приведены результаты исследования неорганических компонентов в экстрактах стеблей топинамбура, полученных при различных значениях рН, и образцах золы. Установлено, что природа экстрагента оказывает значительное влияние на выход экстрактивных веществ из измельченных стеблей: наибольший выход (45%) достигается действием раствора гидроксида натрия, минимальный (31%) - дистиллированной воды. Как показали данные атомно-абсорбционного анализа, основными ионами в экстрактах, полученных в разных средах, являются ионы калия, кальция, натрия, магния и железа. Массовая доля золы после обработки стеблей растворами при разных значениях рН изменяется от 0,4 до 2,3%. Наименьшим выходом золы характеризуется образец стеблей после экстракции кислотой. По данным энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектроскопии во всех образцах золы содержатся преимущественно соединения К, Са, Si и Р. Наиболее высокое содержание кремния в золе стеблей наблюдается после кислотного гидролиза, что позволяет использовать ее в качестве кремнийсодержащего материала. Также были исследованы зольные компоненты сердцевины и внешней части стебля в сравнении с исходным образцом. По характеру термического разложения исходный образец и внешняя оболочка сходны между собой и отличаются от сердцевины. Зольность исходного образца составляет 4,3%, при этом зольность сердцевины стебля выше, чем внешней оболочки ~ в 2 раза (7 и 3,8% соответственно). Результаты ИК-спектроскопии показали, что характер расщепления полос в ИК-спектрах образцов золы зависит от части стебля и предварительной обработки сырья при разных значениях рН. В золе исходного образца, сердцевины, внешней оболочки, а также в золе остатков после водного и щелочного гидролизов стебля присутствуют полосы поглощения карбонатных групп. В ИК-спектрах золы стебля после кислотной обработки наблюдаются полосы поглощения, характерные для аморфного диоксида кремния. По данным рентгенофазового анализа изученные образцы золы находятся в аморфно-кристаллическом и кристаллическом состоянии, проведена идентификация фаз.
Ключевые слова: стебли топинамбура, зола, экстрактивные вещества, неорганические компоненты
Для цитирования: Ковехова А.В., Арефьева О.Д., Диденко Н.А., Земнухова Л.А. Состав неорганических компонентов стеблей топинамбура. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 2. С. 299-309. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-2-299-309
Composition of inorganic components in Helianthus tuberosus stems
Anna V. Kovekhova***, Olga D. Arefieva***, Nina A. Didenko**, Liudmila A. Zemnukhova**
*Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russian Federation **Institute of Chemistry Far-Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russian Federation
Abstract: This article studies inorganic components in Helianthus tuberosus stems. Ash samples and extracts obtained at different pH values were examined. It is established that the extractant's nature has a significant effect on the yield of extractive substances from the ground stems: the greatest (45%) and the minimum (31%) yield was achieved by sodium hydroxide and distilled water, respectively. According to atomic
absorption spectrometry, the main ions in the extracts obtained in different media are those of potassium, calcium, sodium, magnesium and iron. Following treatment of stems with solutions having different pH values, the mass fraction of ash varied from 0.4 to 2.3%. The smallest ash yield was observed for a stem sample after acid extraction. According to energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry, all ash samples contained predominantly K, Ca, Si and P compounds. Acid hydrolysis produced the highest level of Si in samples, which allows this ash to be used as a silicon-containing material. The ash components of the core and outer part of the stem were compared with the initial sample. According to the nature of thermal decomposition, the initial sample and the outer shell were similar between themselves, though differing from the core. The ash content of the initial sample was 4.3%, with the ash content of the stem core being ~2 times higher than that of the outer shell (7 and 3.8%, respectively). The results of IR spectroscopy showed that splitting of bands in the IR spectra of ash samples depend on the part of the stem and the pre-treatment of raw materials at different pH values. The ash of the initial sample, core and outer shell, as well as the ash of the residues after the aqueous and alkaline hydrolysis of the stem, showed the absorption bands of carbonate groups. The IR spectra of the stem ash after acid extraction contained absorption bands characteristic of amorphous silicon dioxide. According to the conducted X-ray analysis, the studied ash samples were in an amorphous-crystal and crystalline state. The identification of phases was carried out.
Keywords: Helianthus tuberosus stems, ash, extractive substances, inorganic components
For citation: Kovekhova AV, Arefieva OD, Didenko NA, Zemnukhova LA. Composition of inorganic components in Helianthus tuberosus stems. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2021;11(2):299-309. (In Russian) https://doi.org/10. 21285/2227-2925-2021-11 -2-299-309
ВВЕДЕНИЕ
Топинамбур (Helianthus tuberosus L.), или подсолнечник клубненосный - это вид однолетних травянистых клубненосных растений с высокой урожайностью, которую составляют зеленая масса (около 40 т/га) и клубни (около 50 т/га). Все возрастающий интерес диетологов и фармацевтов к этой сельскохозяйственной культуре связан в первую очередь с тем, что в ней, как и во многих других растениях (например, цикорий, лук, чеснок, спаржа), в большом количестве содержится инулин - органическое вещество из группы полисахаридов. Главная ценность инулина, находящегося в основном в клубнях растений, - в его пребио-тических свойствах.
Инулин - вещество природного происхождения, не имеющее аналогов искусственного производства. Он легко усваивается организмом человека, при этом укрепляет иммунитет, улучшает работу пищеварительной системы, способствует снижению уровня холестерина в крови и снижает риск развития онкологических заболеваний. В связи с этим инулин используют для обогащения пищевых продуктов (молочных, кондитерских и хлебобулочных изделий и др.) пищевыми волокнами, а также в качестве сахарозаменителя, поскольку он имеет природный сладкий вкус [1].
Вегетативная часть растения, в том числе стебли, также представляет интерес как возобновляемое сырье разного назначения - для производства сорбентов, кормов, органических веществ, композитных материалов и топливных брикетов. Стебель растения можно разделить на внутреннюю часть - сердцевину белого цвета (14,4% по массе), и наружную - одревесневшую часть желтовато-коричневого цвета (85,6% по массе). Наружная часть стебля топинамбура бо-
лее твердая, так как в ней содержится больше полисахаридов (60,6%), чем в сердцевине (42,4%) [2, 3].
Стебли топинамбура имеют разнообразные области применения. Они служат кормом сельскохозяйственным животным как в виде зеленой подкормки, так и в силосованном виде [4, 5]. Стебли также могут использоваться как природный, дешевый и простой в получении сорбент для очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов (например, меди [6]) и красителей [7]. Внутренняя часть стебля, благодаря своей микропористой структуре, проявляет сорбционную активность в отношении ионов меди [8], цинка, кадмия и железа [9], а также анионных красителей, таких как кислотный красный и прямой бордо, применяемых на предприятиях текстильной промышленности [10].
Химический состав вегетативной части топинамбура зависит от времени отбора [2] и части стебля [11]. Органическая составляющая стеблей представлена в основном веществами углеводной природы, сырым протеином, клетчаткой и жирами [2, 12], что позволяет их использовать для получения полезных органических веществ после химической переработки. Например, для производства целлюлозы, глюкозо-фруктозного сиропа [2, 13], биобутанола [14] и биоэтанола [15]. Выход биоэтанола на углеводсодержащем субстрате из стеблей топинамбура выше, чем на субстратах древесного происхождения [12]. Биоэтанол, полученный из стеблей топинамбура, можно использовать в пищевой, энергетической и фармацевтической про-мышленностях [16]. Продукты из стеблей топинамбура также находят свое применение в медицине для получения биомаркеров опухолевых клеток за счет детектирования содержания молочной кисло-
ты, накапливающейся в них [17].
Измельченные стебли топинамбура способны заменить древесину в качестве сырья для производства цементно-стружечных композитов [18]. Из стеблей топинамбура можно производить топливные брикеты и гранулы для систем децентрализованного теплоснабжения животноводческих ферм и сельских потребителей [19].
Неорганический состав стеблей топинамбура изучен лишь в отдельных работах. Показано, что в сухой зеленой массе в большом количестве содержатся калий, кальций, магний [2]. При использовании топинамбура в качестве фитореме-дианта распределение металлов происходит по разным частям этого растения. В клубнях накапливается больше стронция, в стеблях - титана, марганца и ванадия, а в листьях больше железа, цинка, хрома, никеля и кобальта [20]. Но в литературе отсуствуют систематические сведения о неорганических компонентах, которые необходимы для определения направлений утилизации стеблей топинамбура. Поэтому в данной работе был изучен состав неорганических компонентов как в золе, так и в экстрактах стеблей топинамбура при различных значениях рН.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве объекта исследования использовали образцы стеблей топинамбура (Helianthus tuberosus) (ТС), отобранные в Яковлевском районе Приморского края. Стебли высушивали до воздушно-сухого состояния и измельчали до размера частиц 1-5 мм. Был исследован неорганический состав экстрактов, полученных из ТС при разных значениях рН, состав их зольных остатков и зола исходного образца.
Экстракция образцов стебля при разных значениях рН. Навеску измельченных стеблей топинамбура помещали в термостойкий стакан, добавляли дистиллированную воду, раствор соляной кислоты (0,1 моль/л) или гидроксида натрия (0,1 моль/л) в соотношении Т:Ж = 1:13. Гидролиз проводили при нагревании до 90 °С с контролером температуры EKT Hei-Con (Heidolph, Германия) в течение 1 ч при перемешивании. Твердый остаток отфильтровывали через фильтровальную бумагу «синяя лента», промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции среды и высушивали.
Окислительный обжиг образцов стебля. Окислительному обжигу подвергались следующие образцы: исходный, состоящий из сердцевины и внешней части; сердцевина; внешняя часть; остатки исходного стебля после водного, кислотного и щелочного гидролиза.
Окислительный обжиг проводили в течение 3 ч в муфельной печи при 600 °С. Перед обжигом образцы карбонизировали в фарфоровой чашке на плите при температуре 300-400 °С.
Методы исследования образцов. ИК-спектры регистрировали на спектрометре Vertex 70
(Bruker, Германия) в области 400-4000 см-1 по стандартным методикам с предварительным прессованием таблеток образца с KBr.
Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили по методу Брегг - Брентано в Си ^-излучении на дифрактометре Bruker D8 Advance (Германия). Идентификация фаз в экспериментальных рентгенограммах проведена с использованием программы EVA банка порошковых данных PDF.
Элементный анализ золы проводился методом энергодисперсионной рентгенофлуорес-центной спектроскопии (РФЭС) на спектрометре EDX 800 HS (Shimadzu, Япония).
Содержание ионов металлов в экстрактах определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре AA-6601F (Shimadzu, Япония) в режиме пламенного атомно-абсорбционного анализа.
Термограммы исследуемых образцов записывали на дериватографе системы Ф. Паулик, И. Паулик и Л. Эрдей марки Q-1000 (МОМ, Венгрия) на воздухе в интервале 20-700 °С со скоростью 5 град/мин. Навеска составляла 40-90 мг. В качестве эталона использовали прокаленный AbO3.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Исследование экстрактивных веществ стеблей топинамбура. Результаты исследований показали, что природа экстрагента оказывает значительное влияние на выход экстрактивных веществ из стеблей топинамбура, а также их зольных остатков после экстракции в разных средах. Установлено, что наибольший выход экстрактивных веществ (45%) достигается действием на измельченные стебли топинамбура 0,1 М раствора гидроксида натрия, а минимальный (31%) - дистиллированной воды (табл. 1).
Таблица 1. Содержание растворимых веществ в стеблях топинамбура после экстракции при разных значениях рН
Table 1. Content of soluble substances in jerusalem artichoke stems after extraction at different pH values
Экстрагент Выход экстрактивных веществ, % Цвет фильтрата
Н2О 31 светло-
коричневый
HCl, 0,1 н. 42 светло-желтый
NaOH, 0,1 н. 45 темно-
коричневый
Цвет фильтрата меняется от светло-желтого (кислотный гидролиз) до темно-коричневого (щелочной гидролиз). Изменение цвета и увеличение выхода экстрактиных веществ в большей степени связано с удалением лигнина из биомассы и частичным гидролизом гемицеллюлозы и полисахаридов.
Содержание ионов металлов, идентифици-
рованных в водных, кислотных и щелочных экстрактах, представлено в табл. 2. Основными ионами, присутствующими в исследуемых экстрактах, являются ионы калия, кальция, натрия, магния и железа. Наибольшее количество ионов металлов, входящих в состав ТС, экстрагируется соляной кислотой.
При сравнении содержания катионов металлов в экстрактах стеблей топинамбура и подсолнечника (близкого родственника топинамбура) следует отметить, что в экстрактах стеблей подсолнечника содержится большее количество ка-тинов металлов, за исключением кальция (см. табл. 2).
Исследование зольных образцов стеблей топинамбура. Термическое разложение образцов стеблей топинамбура (исходный, сердцевина и внешняя оболочка) изучали в температурном интервале 20-600 °С (рис. 1). Термоокислительная деструкция (ТОД) всех образцов, сопровождающаяся экзоэффектами на кривой ДТА, происходит в несколько стадий.
В интервале температур 40-150 (170) °С на
кривых ДТА трех образцов наблюдается слабо-выраженный эндотермический эффект, объясняемый удалением связанной (адсорбированной) воды. При этом убыль массы (Дm) исходного образца и внешней оболочки составляет 4,4 и 4,9% соответственно, а Дm сердцевины - 8,8% (более гигроскопичная часть) (табл. 3).
Второй этап разложения исходного образца и внешней части стебля в интервале 150-230 °С обусловлен ТОД органических компонент, присутствующих в этих образцах в большей степени, чем в сердцевине, и перекрывается с началом термоокислительной деструкции целлюлозы.
Значительная потеря массы (40-41,5%) происходит в области температур 230-360 °С (третья стадия). Для исходного образца и внешней оболочки это связано с интенсивной ТОД целлюлозы как основного компонента указанных образцов. При нагревании сердцевины до 370 °С убыль массы выше и составляет 73,7% , что свидетельствует о большем выходе летучих веществ и указывает на меньшую стойкость органических компонент сердцевины по отношению к кислороду.
Таблица 2. Содержание ионов металлов в экстрактах из стеблей топинамбура Table 2. Content of metal ions in extracts from jerusalem artichoke stems
Экстрагент Содержание ионов, мкг/л
K+ Ca2+ Mg2+ Na+ Fe3+
Стебли топинамбура
H2O 900,0 83,0 19,6 3,9 0,2
HCl, 0,1 М 921,0 377,0 46,7 29,0 12,0
NaOH, 0,1 М 840,0 67,0 21,0 2301,0* 0,6
Стебли подсолнечника
H2O 2500,0 46,9 154,0 26,6 0,2
HCl, 0,1 М 2566,0 315,0 381,0 63,0 2,5
NaOH, 0,1 М 2102,0 23,0 128,0 1925* 0,2
*Высокое содержание ионов натрия в экстракте обусловлено составом экстрагента.
ДТА '
b
Рис. 1. Термограммы образцов стебля топинамбура: а - исходный образец; b - сердцевина; с - внешняя часть
Fig. 1. Thermograms of jerusalem artichoke stem samples a - the initial sample; b - the core; c - the outer part
a
c
Таблица 3. Убыль массы (Am) исследованных образцов в зависимости от температуры
Table 3. Mass loss (Am) of the studied samples as a function of temperature
Образец Интервал температур, °С Am,%
40-150 4,4
Исходный 150-230 230-360 17,8 40,0
360-600 32,3
40-170 8,8
Сердцевина 170-370 370-600 73,7 11,3
40-160 4,9
Внешняя часть 160-230 230-360 17.0 41,5
360-600 31,7
Четвертая стадия в области 360-500 °С связана с выгоранием карбонизованого (обогащенного углеродом) остатка, которого образуется значительно меньше в случае ТОД сердцевины (11,3%).
Зольность образца ТС составляет 4,3% (табл. 4), что согласуется с данными, приведенными в работе [2]. Зольность сердцевины превышает зольность внешней оболочки в 2 раза. Зола сердцевины окрашена в белый цвет в отличие от золы исходного образца ТС и внешней оболочки, которые окрашены в серый цвет.
Таблица 4. Содержание зольных компонентов в разных частях стеблей необработанного топинамбура
Table 4. Content of ash components in different parts of the stems of untreated jerusalem artichoke
Образец ТС Зольность, % Цвет золы
Исходный 4,3 серый
Сердцевина 7,0 белый
Внешняя оболочка 3,8 серый
Полученные результаты свидетельствуют о том, что основными в золе являются соединения калия, кальция, кремния, фосфора, магния, натрия и серы (табл 6). В золе внешней оболочки преобладает калий, в золе сердцевины - кальций. Содержание кремния во внешней оболочке в 2,5 раза больше, чем в сердцевине.
Таблица 5. Содержание зольных компонентов в стеблях топинамбура после экстракции при разных значениях рН
Table 5. Content of ash components in jerusalem artichoke stems after extraction at different pH values
Экстрагент Зольность, % Цвет золы
Н2О 1,8 светло-серый
HCl, 0,1 н. 0,4 светло-бежевый
NaOH, 0,1 н. 2,3 светло-серый
Массовая доля золы остатков стеблей исходного образца топинамбура, подвергавшихся воздействию воды, кислоты и щелочи, изменяется от 0,4 до 2,3%. Высокая зольность образца после щелочной экстракции также обусловлена используемым экстрагентом.
Наименьшим выходом золы характеризуется образец после кислотного гидролиза, в гидролиза-те которого наблюдается наибольшее содержание металлов (см. табл. 2).
По данным рентгенофлуоресцентного анализа, предварительная обработка стеблей водой, соляной кислотой и щелочью влияет на состав золы.
Таблица 6. Содержание химических элементов в золе стеблей топинамбура
Table 6. Content of chemical elements in the ash of jerusalem artichoke stems
Содержание калия в образцах золы снижается после предварительной обработки стеблей кислотой и щелочью, а кальция - только после обработки кислотой. Концентрация кремния увеличивается после кислотного гидролиза. Элементный состав образцов золы связан с разной растворимостью их соединений при различных значениях рН.
Состав основных химических элементов в золе исходного образца согласуется с данными [11], по количеству элементы в ряду располагаются в следующем порядке:
К2О>CaO>P2O5>SiO2>SO2>MgO>Na2O.
На рис. 2 представлены ИК-спектры поглощения образцов золы необработанных стеблей топинамбура: исходного, сердцевины и внешней оболочки, в которых наблюдаются полосы поглощения карбонатных групп (1460-1440 и 878-872 см-1) [21] и силоксановых связей (интенсивные полосы валентных асимметричных колебаний в диапазоне 1117-1043 см-1) [22]. Полосы поглощения в области 3400 и 1630-1640 см-1 отвечают валентным и деформационным колебаниям адсорбированной воды и связанных ОН-групп. Согласно данным РФА, образцы золы находятся в аморфно-кристаллическом состоянии, сердцевины - в кристаллическом. (табл. 7), Основными соединениями, входящими в состав золы исходного образца и внешней оболочки, являются силикаты, а в состав сердцевины - силикаты и карбонаты, что согласуется с данными ИК-спектроскопии.
Образец золы стеблей Содержание, %
K2O СаO SiO2 Р2О5 Na2O MgО SO2
Исходный 50,1 22,7 8,5 10,5 1,6 3,0 3,45
Сердцевина 29,9 56,1 3,7 2,8 1,6 4,1 0,6
Внешняя оболочка 55,9 21,0 10,5 6,6 1,7 1,9 1,2
После водного гидролиза 39,3 39,1 6,1 4,4 3,2 3,8 1,9
После кислотного гидролиза (0,1 М HCl) 14,7 8,2 58,4 8,4 3,7 0,4 3,9
После щелочного гидролиза (0,1 М NaOH) 11,1 35,7 1,5 2,0 42,6 4,1 1,8
б
с
Рис. 2. ИК-спектры золы из стеблей топинамбура: а - исходный образец; b - сердцевина; с - внешняя часть
Fig. 2. FTIR spectrum of ash from jerusalem artichoke stems: а - initial sample; b - core; c - outer part
Таблица 7. Соединения, входящие в состав стеблей топинамбура, по данным РФА
Table 7. Compounds included in the stems of jerusalem artichoke according to the X-ray phase analysis data
Образец золы стеблей Обработка Состояние Идентифицированные соединения
Исходный Сердцевина Внешняя оболочка После водного гидролиза После кислотного гидролиза (0,1 М HCl) После щелочного гидролиза (0,1 М NaOH) нет нет нет вода HCl, 0,1 M NaOH, 0,1 M аморфно-кристаллическое кристаллическое аморфно-кристаллическое аморфно-кристаллическое аморфно-кристаллическое кристаллическое KCl, Са2SiО4 СаСО3, Са2SiО4, KCl KCl, Ca2Si03(0H)2, Ca10(P04)6C03, CaMg(C03)2 Ca3Si308(0H)2, Ca2Si04/2CaOSiO2 CaSiO3, KCl, K4CaSi3O9 СаСО3, KCl, KtCaSi3O9
4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400
a
Wavenumber (cm-1)
b
4000 3800 3600 3400 3200 3CD0 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 8CD 600 4CD Wavenumber (cm-1)
c
Рис. 3. ИК-спектры золы из стеблей топинамбура после обработки при разных значениях рН: а - водный гидролиз; b - кислотный гидролиз; c - щелочной гидролиз
Fig. 3. FTIR spectrum of ash from jerusalem artichoke stems after treatment at different pH values: a - water hydrolysis; b - acid hydrolysis; c - alkaline hydrolysis
Образцы золы, полученные после обработки ТС экстрагентами, находятся в аморфно-кристаллическом и кристаллическом состоянии (см. табл. 7). Идентификация линий показала, что основными соединениями, входящими в состав кристаллической фазы образцов золы, полученных после обработки стеблей топинамбура водой и кислотой, являются силикаты, а после обработки щелочью - карбонаты, что коррелирует с данными ИК-спектроскопии (рис. 3).
Полосы поглощения в области 1470-1460 см-1 и 874-872 см-1 отвечают карбонатным группам [21]. В ИК-спектре образца золы после водной экстракции видна также полоса поглощения связей силикатов Si-O-Me (1053 см-1). В спектре образца после кислотной обработки стеблей (рис. 3, Ь) наблюдаются полосы поглощения деформационных (467 см-1) и валентных (симметричных и асимметричных) колебаний (798 см-1 и 1117 см-1) силокса-новых связей Si-O-Si, а полоса при 908 см-1 указывает на связь Si-OH в соответствии с [22]. Вид этого спектра позволяет предположить, что аморфная фаза данного образца состоит в основном из диоксида кремния, что подтверждается и химическим анализом (см. табл. 6).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, исследован состав неорганических компонентов стеблей топинамбура. Показано, что выход экстрактивных веществ из стеблей топинамбура зависит от природы экстраген-та. Наибольший выход экстрактивных веществ наблюдается при обработке сырья 0,1 М гидрок-сидом натрия (45%), а минимальный - водой (31%). Основными экстрагирующимися ионами являются Ca2+ и Mg2+. По характеру термического разложения исходный образец и внешняя оболочка стебля близки между собой в отличие от сердцевины. Показано, что содержание минеральных веществ в сердцевине больше, чем во внешней части, где они представлены, в основном, соединениями калия, кальция, кремния и фосфора. В результате анализа ИК-спектров установлено, что в состав золы входят карбонаты и соединения кремния. Экстракция стеблей топинамбура при разных значениях рН показала, что интерес может представлять зола после кислотной обработки стеблей как источник аморфного диоксида кремния.
СПИСОК Л
1. Перковец М.В. Инулин и олигофруктоза -больше, чем просто пищевые волокна и пребио-тики // Молочная промышленность. 2007. N 9. С.55-56.
2. Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Дорофеева Л.А., Богданов А.В., Шалина Ж.В. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование // Лесной журнал. 1997. N 4. С. 71-75.
3. Аникиенко Т.И. Химический и микроэлементный состав клубней и зеленой массы топинамбура // Вестник КрасГАУ. 2008. N 2. С. 76-80.
4. Старовойтов В.И., Старовойтова О.А., Манохина А.А., Звягинцев П.С. Результаты и проблемы промышленного освоения производства и переработки топинамбура // Вестник Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катано-ва. 2016. N 17. С. 48-52.
5. Papi N., Kafilzadeh F., Fazaeli H. Use of Jerusalem artichoke aerial parts as forage in fat-tailed sheep diet // Small Ruminant Research. 2019. Vol. 174. Issue 53. P. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.smal-lrumres.2019.03.001
6. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Багровская Н.А., Родионова М.В. Сорбционная очистка вин // Химия растительного сырья. 2007. N 1. С. 69-73.
7. Soldatkina L.M., Zavrichko M.A. Application of agriculture waste as biosorbents for dye removal from aqueous solutions // Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2013. Vol. 4. Issue 1. P. 99104. https://doi.org/10.15407/hftp04.01.099
8. Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Натареев С.В., Соловьева Е.А., Ефимов Н.А. Сорбция ионов меди(П) из водных растворов целлюлозо-содержащим сорбентом // Известия высших
учебных заведений. Серия: Хмия и химическая технология. 2012. Т. 55. N 7. С. 22-27.
9. Исмоилова М.А., Камилов Х.Ч. Исследование сорбционных свойств стеблей топинамбура // Вестник Технологического университета Таджикистана. 2017. N 3 (30). С. 21-23.
10. Солдаткина Л.М. Получение и свойства биосорбентов на основе стеблей топинамбура // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы V Всероссийской конференции с международным участием (Барнаул, 24-26 апреля 2012 г.). Барнаул: Изд-во Алтайского государственного ун-та, 2012. С.457-458.
11. Чупарина Е.В., Гуничева Т.Н., Белоголова Г.А., Матяшенко Г.В. Применение рентгенофлуо-ресцентного анализа для изучения распределений химических элементов в разных частях растений (на примере топинамбура) // Аналитика и контроль. 2005. Т. 9. N 4. С. 405-409.
12. Емелина Т.Н., Рязанова Т.В., Чупрова Н.А. Получение углеводсодержащих субстратов из вегетативной части топинамбура // Химия растительного сырья. 2002. N 2. С. 117-119.
13. Дорофеева Л.А., Рязанова Т.В., Чупрова Н.А. Исследование вегетативной части топинамбура. 2. Оптимизация процесса выделения целлюлозы // Химия растительного сырья. 1998. N 2. С. 59-62.
14. Xue C., Zhang X., Wang J., Xiao M., Chen L., Bai F. The advanced strategy for enhancing bio-butanol production and high-efcient product recovery with reduced wastewater generation // Biotechnology for Biofuels. 2017. Vol. 10. Article number 148. https://doi.org/10.1186/s13068-017-0836-7
15. Song Y., Wi S.G., Kim H.M., Bae H.-J. Cel-luosic bioethanol production from Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) using hydrohen porexide-acetic acid (HPAC) pretreatment // Biore-source Technology. 2016. Vol. 214. P. 30-36. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.04.065
16. Dziekonska-Kubczak U., Berlowska J., Dziugan P., Patelski P., Pielech-Przybylska K., Balcerek M. Nitric acid pretreatment of jerusalem artichoke stalks for enzymatic saccharification and bioethanol production // Energies. 2018. Vol. 11. Issue 8. P. 2153. https://doi.org/10.3390/en11082153
17. Khatun M.M., Li Y.-H., Liu C.-G., Zhao X.-Q., Bai F.-W., Mahfuza M., et al. Fed-batch saccharifi-cation and ethanol fermentation of Jerusalem artichoke stalks by an inulinase producing Saccharo-myces cerevisiae MK01 // RSC Advances. 2015. Vol. 5. P. 107112-107118. https://doi.org/10.1039/ C5RA23901J
18. Cabral M.R., Nakanishi E.Y., Marmol G., Palacios J., Godbout S., Lagace R., et al. Potential of Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) stalks to
produce cement-bonded particleboards // Industrial Crops and Products. 2018. Vol. 122. P. 214-222. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.05.054
19. Пат. № 2628608, Российская Федерация. Способ производства топливных брикетов или гранул / Я.П. Лобачевский, В.В. Михеев, Е.И. Резник, В.И. Еремченко, В.Ю. Малыхин, З.И. Ру-хая; патентообладатель ВННИ механизации сельского хозяйства; заявл. 01.07.2016; опубл. 21.08.2017/.
20. Абдуллаев С.Ф., Сафаралиев Н.М., Пар-тоев К. Исследование биологического поглощения тяжелых металлов растением-фиторемен-диантом - топинамбуром // Химическая безопасность. 2019. Т. 3. N 1. С. 110-117. https://doi.org/ 10.25514/CHS.2019.1.15009
21. Беллами Л.Д. Инфракрасные спектры сложных молекул / пер. с англ. В.М. Акимова; под ред. Ю.А. Пентина. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 590 с.
22. Плюснина И.И. Инфракрасные спектры минералов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1976. 175 с.
REFERENCES
1. Perkovets MV. Inulin and oligofructose mean more than simply edible fibres and prebiotics. Mo-lochnaya promyshlennost'. 2007;9:55-56. (In Russian)
2. Ryazanova TV, Chuprova NA, Dorofeeva LA, Bogdanov AV, Shalina ZhV. Chemical composition of the vegetative part of Jerusalem artichoke and its use. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal. 1997;4:71-75. (In Russian)
3. Anikienko TI. Chemical and microelement composition of tubers and green mass of Jerusalem artichoke. Vestnik KrasGAU = The Bulletin of KrasGAU. 2008;2:76-80. (In Russian)
4. Starovoitov VI, Starovoitova OA, Manohina AA, Zvyagintsev PS. About results and problems of developing industrial production and processing of jerusalem artichoke. Vestnik Khakasskogo gosudar-stvennogo universiteta im. N.F. Katanova. 2016;17: 48-52. (In Russian)
5. Papi N, Kafilzadeh F, Fazaeli H. Use of Jerusalem artichoke aerial parts as forage in fat-tailed sheep diet. Small Ruminant Research. 2019;174 (53):1-6. https://doi.org/10.1016/j.smallrumres.20 19.03.001
6. Nikiforova TE, Kozlov VA, Bagrovskaya NA, Rodionova MV. Sorption cleaning of wines. Khimija rastitel'nogo syr'ja = Chemistry of plant raw materia. 2007;1;69-73. (In Russian)
7. Soldatkina LM, Zavrichko MA. Application of agriculture waste as biosorbents for dye removal from aqueous solutions. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2013;4(1):99-104. https:// doi.org/10.15407/hftp04.01.099
8. Nikiforova TE, Kozlov VA, Natareev SV, Solov'eva EA, Efimov NA. Sorption of copper(II) ions from aqueous solutions with a cellulose-containing sorbent. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Seriya khimiya i khimicheskaya
tekhnologiya = ChemChemTech. 2012;55(7):22-27. (In Russian)
9. Ismoilova MA, Kamilov KhCh. Investigation of sorption properties of topinambura steps. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta Tadzhikistana. 2017;3:21-23. (In Tajik)
10. Soldatkina LM. Preparation and properties of biosorbents based on jerusalem artichoke stems. In: Novye dostizheniya v khimii i khimicheskoi tekhnologii rastitel'nogo syr'ya: materialy V Vse-rossiiskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchasti-em = Proceedings of the 5-th All-Russian Conference with International Participation "New Achievements in Chemistry and Chemical Technology of Plant Raw Materials". 24-26 April 2012, Barnaul. Barnaul: Izdatel'stvo Altaiskogo universiteta: 2012, p. 457-458. (In Russian)
11. Chuparina EV, Gunicheva TN, Belogolova GA, Matyashenko GV. Application of X-ray fluorescence analysis for studying chemical element distributions in different plant parts, examplified by artichoke. Analitika i kontrol = Analytics and Control. 2005;994):405-409. (In Russian)
12. Emelina TN, Ryazanova TV, Chuprova NA. Preparation of carbon-containing substrates from the vegetative part of jerusalem artichoke. Khimija rastitel'nogo syrja = Chemistry of plant raw material. 2002;2:117-119. (In Russian)
13. Dorofeeva LA, Ryazanova TV, Chuprova NA. Study of the vegetative part of jerusalem artichoke. 2. Optimization of the cellulose extraction process. Khimija rastitel'nogo syr'ja = Chemistry of plant raw materia. 1998;2;59-62. (In Russian)
14. Xue C, Zhang X, Wang J, Xiao M, Chen L, Bai F. The advanced strategy for enhancing biobu-tanol production and high-efficient product recovery with reduced wastewater generation. Biotechnology for Biofuels. 2017;10. Article number 148. https://
doi.org/10.1186/s13068-017-0836-7
15. Song Y, Wi SG, Kim HM, Bae H-J. Celluosic bioethanol production from Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) using hydrohen porexide-acetic acid (HPAC) pretreatment. Bioresource Technology. 2016;214:30-36. https://doi.org/10.10 16/j.biortech.2016.04.065
16. Dziekonska-Kubczak U, Berlowska J, Dzi-ugan P, Patelski P, Pielech-Przybylska K, Balcerek M. Nitric acid pretreatment of jerusalem artichoke stalks for enzymatic saccharification and bioethanol production. Energies. 2018;11(8):2153. https://doi. org/10.3390/en11082153
17. Khatun MM, Li Y-H, Liu C-G, Zhao X-Q, Bai F-W, Mahfuza M, et al. Fed-batch saccharification and ethanol fermentation of Jerusalem artichoke stalks by an inulinase producing Saccharomyces cerevisiae MK01. RSC Advances. 2015;5:107112-107118. https://doi.org/10.1039/C5RA23901J
18. Cabral MR, Nakanishi EY, Marmol G, Palacios J, Godbout S, Lagace R, et al. Potential of Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) stalks
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Ковехова Анна Васильевна,
к.х.н., доцент,
Дальневосточный федеральный университет,
690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8,
Российская Федерация;
научный сотрудник,
Институт химии ДВО РАН,
690022, г. Владивосток,
пр-т 100-летия Владивостока, 159,
Российская Федерация,
И e-mail: [email protected]
Арефьева Ольга Дмитриевна,
к.пед.н., доцент,
Дальневосточный федеральный университет,
690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8,
Российская Федерация;
научный сотрудник,
Институт химии ДВО РАН,
690022, г. Владивосток,
пр-т 100-летия Владивостока, 159,
Российская Федерация,
e-mail: [email protected]
Диденко Нина Алексеевна,
научный сотрудник лаборатории химической
радиоспектроскопии,
Институт химии ДВО РАН,
690022, г. Владивосток,
пр-т 100-летия Владивостока, 159,
Российская Федерация
Земнухова Людмила Алексеевна,
д.х.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории химии редких металлов, Институт химии ДВО РАН,
to produce cement-bonded particleboards. Industrial Crops and Products. 2018;122:214-222. https:// doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.05.054
19. Lobachevskij YP., Mikheev VV., Reznik EI., Eremchenko VI., Malykhin VYu., Rukhaya ZI. Fuel briquettes or granules roduction method. Patent RF, no. 2628608, 2016. (In Russian)
20. Abdullaev SF, Safaraliev NM, Partoev K. Study of biological absorption of heavy metals by phytore-mediation plant jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). Khimicheskaya bezopasnost = Chemical Safety Science. 2019;3(1):110-117. (In Russian) https://doi.org/10.25514/CHS.2019.1.15009
21. Bellamy LJ. The Infra-red spectra of complex molecules. London: Methuen; New York: Wiley; 1958. 425 p. (Russ. ed.: Bellami LJ. Infrakrasnye spektry slozhnykh molekul. Under the Editorship of Yu.A. Pentin. Moscow: Izdatel'stvo inostrannoi literatury, 1963. 590 p).
22. Plyusnina II. Infrared spectra of minerals. Moscow: Izdatel'stvo Moskovskogo universiteta; 1976. 175 p.(In Russian)
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Anna V. Kovekhova,
Cand. Sci. (Chemistry), Associate Professor, Far Eastern Federal University, 8, Sukhanov St., Vladivostok, 690950, Russian Federation; Researcher,
Institute of Chemistry FEB RAS, 159, Stoletiya Vladivostoka Ave., Vladivostok, 690022, Russian Federation, И e-mail: [email protected]
Olga D. Arefieva
Cand. Sci. (Pedagogy), Associate Professor Far Eastern Federal University, 8, Sukhanov St., 690950, Vladivostok, Russian Federation; Researcher,
Institute of Chemistry FEB RAS, 159, Stoletiya Vladivostoka Ave., Vladivostok, 690022, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Nina A. Didenko,
Researcher,
Laboratory of Chemical Radio Spectroscopy, Institute of Chemistry FEB RAS, 159, Stoletiya Vladivostoka Ave., Vladivostok, 690022, Russian Federation
Liudmila A. Zemnukhova,
Dr. Sci. (Chemistry), Professor, Chief Researcher,
Laboratory of Chemistry of Rare Metals,
690022, г. Владивосток, пр-т 100-летия Владивостока, 159, Российская Федерация, e-mail: [email protected]
Заявленный вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Поступила в редакцию 09.04.2021. Одобрена после рецензирования 17.05.2021. Принята к публикации 31.05.2021.
Institute of Chemistry FEB RAS, 159, Stoletiya Vladivostoka Ave., Vladivostok, 690022, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Contribution of the authors
The authors contributed equally to this article.
Conflict interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
The article was submitted 09.04.2021. Approved after reviewing 17.05.2021. Accepted for publication 31.05.2021.
