Влияние кислот различной природы на гидролиз пивной дробины Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 663.48

ВЛИЯНИЕ КИСЛОТ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ НА ГИДРОЛИЗ ПИВНОЙ ДРОБИНЫ Фазлиев И. И., Минзанова С. Т., Ахмадуллина Ф. Ю., Мухачев С. Г.

Казанский государственный технологический университет,

420015, Казань, ул.К.Маркса, 68, тел. +7 (843) 231-43-28, [email protected].

Исследовано влияние кислот различной природы на выход пентозных сахаров при гидролизе пивной дробины. Показано, что при использовании серной кислоты наблюдается более высокий выход пентозных сахаров по сравнению с азотной и щавелевой.

Ил. 4. Библиограф. 6 назв.

Ключевые слова: пивная дробина, кислотный гидролиз, пентозные сахара.

THE EFFECT OF DIFFERENT ACIDS ON GRAIN HYDROLYSIS

I.I. Fazliev, S.E. Minzanova, F.Yu. Akhmadullina, S.G. Mukhachev

Kazan National Research Technological University,

68, K. Marx St., Kazan, 420015 Russia, [email protected].

This work explores the use of different acids for the grain hydrolysis. Sulphuric acid was found to be the best agent in terms of hydrolysis yield of pentose in comparison with nitric and oxalic acids. 4 figures. 6 sources.

Keywords: grain, acid hydrolysis, pentose.

Для промышленно развитых районов характерно наличие большой массы отходов, включая органические, что оказывает существенное негативное влияние на экологическую ситуацию в регионе. Среди них можно выделить крупнотоннажные отходы пивоваренной промышленности -пивную дробину, состав которой позволяет использовать ее в качестве вторичных материалов для получения различной полезной продукции [1]. Как было показано ранее, для Республики Татарстан одно из перспективных направлений утилизации пивной дробины - получение ксилозы для производства широко востребованного ксилита, незаменимого сахарозаменителя для больных диабетом, так как в настоящее время Россия не располагает промышленными объектами по их производству, которые ранее были расположены в союзных республиках Советского Союза [2]. В то время как Татарстан имеет широко развитую пивоваренную промышленность, что обусловливает возможность и целесообразность создания инженерных модулей по производству ксилита для нужд республики на базе этого многотоннажного отхода.

Процесс получения ксилозы из пивной дробины путем кислотного гидролиза подробно рассматривался в [3].

В настоящей работе представлены результаты комплексны х исследований по влиянию кислот ^ 22

различной природы на выход пентозных сахаров с целью скрининга оптимального гидролизующего агента с технико-экономической позиции.

1

Рис. 1 - Общий вид установки для исследования кинетики процессов гидролиза: 1 - капсулы для гидролизуемого материала; 2 - термостатированная емкость; 3 - манометр; 4 - термодатчик; 5 - опора подвески капсул.

U <

й

К о

д 0х

а $ 12

с? Й

£ *

о

X

3 И

20 18 16 14

10 8 6 4 2 0

10

30

50

70

90

т, мин

Рис. 2 - Влияние концентрации НЫОз и продолжительности процесса гидролиза пивной дробины на выход пентозных Сахаров: * - 1,5 %; ® - 3 %; - 4.5 %; '' '' —6%

3

4

5

2

« 0 -I-1-1-1-1-

10 30 50 70 90

т, мин

Рисунок 3 - Влияние концентрации (СООН)2 и продолжительности процесса гидролиза пивной дробины

-*— -X-

на выход пентозных Сахаров:

-0.75%;

-1.5 %;

-3%;

' - 4.5 %

Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке высокотемпературного гидролиза растительного сырья (рис. 1), позволяющей проводить процессы химического гидролиза в рабочем диапазоне температур от. 100 °С до 180 °С при избыточном давлении 0-1,2 МПа [4,5]. К ее достоинствам относится также возможность отбора проб реакционной массы в динамике, что позволяет оценить вклад временного фактора на выход пентозных сахаров и выявить оптимальную продолжительность процесса гидролиза Были исследованы в качестве гидролизую-щего агента: азотная, серная и щавелевая кислоты. Условия проведения процесса гидролиза: гидромодуль - 1:10; продолжительность гидролиза -10-90 мин; температура - 100 оС; концентрация гидролизующего агента - 1,5-6,5%, 0,75-4,5% соответственно для азотной и щавелевой кислот и 3% для серной кислоты.

При использовании азотной кислоты в качестве гидролизующего агента (рис. 2) максимальный выход сахаров достигает 21% на абсолютно

сухой вес (АСВ) пивной дробины при продолжительности процесса 70 мин и концентрации кислоты 3-4,5%. Увеличение продолжительности процесса гидролиза приводит к незначительному увеличению концентраций пентозных сахаров при вс е х исследованных концентрациях гидролизую-щего агента. При использовании 6% раствора азотной кислоты некоторое уменьшение выхода сахаров при 90 минутной обработке, вероятно, свидетельствует о разложении сахаров в гидроли-зате с возможным образованием фурфурола. При низких концентрациях гидролизующего агента уменьшение концентраций сахаров не наблюдается.

При исследовании щавелевой кислоты для гидролиза пивной дробины получен несколько заниженный результат по выходу пентозных сахаров при всех исследованных концентрациях органической кислоты (17% в пересчете на АСВ сырья при 70 мин обработке по сравнению с 21% при использовании азотной кислоты).

30 25

И о О

& 2 20

^ 3 15 о 3 15

5 « 10

X О 3 <

т

5

0

30

50

70

90

т, мин

Рис. 4 - Влияние гидролизующего агента на выход пентозных Сахаров: |И -3% Н2304; П -3 % НЫ03; п -3 % (СООН)2

Лучшие результаты достигаются при гидролизе пивной дробины 3% раствором щавелевой кислоты и продолжительности процесса 70 мин. Сравнительный анализ эффективности гидроли-зующих агентов, включая серную кислоту [3,6], однозначно свидетельствует о ее преимуществе в процессе гидролиза пивной дробины (рис. 4).

Таким образом, в результате систематических исследований процесса кислотного гидролиза пивной дробины показана возможность использования кислот различной природы в качестве гид-ролизующего агента, при этом использование серной кислоты обусловливает более высокий выход пентозных сахаров.

1. А.П. Колпакчи, Н.В. Голикова, О.П. Андреева Вторичные материальные ресурсы пивоварения. Агропром-издат, Москва, 1986. 160 с.

2. Г.С. Рысбаева, Б.Ш. Кедельбаев, Г.Р. Рахман-бердиев, Н.А. Приходько. Пивная дробина - ценное пен-тозосодержащее сырье для получения ксилита // Узб. хим. ж. 2009. № 6. С. 61-64.

3. И.И. Фазлиев, Ф.Ю. Ахмадуллина, С.Т. Минзано-ва, Р.З. Мусин, Л.Г. Миронова. Перспективы переработки пивной дробины для получения ксилозы // Вестник КГТУ, №11. С. 307-311 (2010).

4. С.Г. Мухачев, В.М. Емельянов, М.Ф. Шавалиев, Р.Т. Елчуев, Р.Т. Валеева, Р.М. Нуртдинов, А.М. Буй-лин. Биотехнологический комплекс учебной лаборатории энерго- и ресурсосбережения // Вестник КГТУ. 2009. № 5. С. 21-26.

РИЧЕСКИЙ СПИСОК

5. Р.М. Нуртдинов, С.Г. Мухачев, Р.Т. Валеева,

B.М. Емельянов, М.Ф. Шавалиев, И.В. Шагивалеев, И.А. Якушев. Разработка биотехнологического комплекса переработки растительного сырья и отходов сельскохозяйственного производства // Вестник КГТУ. 2011. № 2.

C.143-147.

6. О.В. Красильникова, И.И. Фазлиев, Ф.Ю. Ахмадуллина, С.Т. Минзанова, Л.Г. Миронова, А.В. Пашагин, С.Г. Мухачев. Исследование кислотного гидролиза пивной дробины : XII Междунар. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», посвященная памяти и 75-летию со дня рождения профессора Н.А.Николаева (г. Казань, 15-18 мая 2012 г.). Сб. тез. докл. - С.176.

Поступило в редакцию 6 сентября 2012 г После переработки 3 декабря 2012 г