Научная статья на тему 'Высокотемпературный гидролиз пшеничной соломы фосфорной кислотой'

Высокотемпературный гидролиз пшеничной соломы фосфорной кислотой Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

106
17
Поделиться
Ключевые слова
ГИДРОЛИЗ / HYDROLYSIS / СОЛОМА / STRAW / РЕДУЦИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА / REDUCING SUBSTANCES / РН / ДАВЛЕНИЕ / PRESSURE / ГИДРОЛИЗАТ / HYDROLYSATE

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Валеева Р.Т., Мухачев С.Г., Михайлова С.Ю.

Проведены исследования по высокотемпературному гидролизу соломы, при варьировании температуры и концентрации фосфорной кислоты с целью получения гидролизатов с максимальным содержанием редуцирующих веществ.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Валеева Р.Т., Мухачев С.Г., Михайлова С.Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

The studies on high temperature hydrolysis of straw with varying temperature and concentration of phosphoric acid was carried out to produce hydrolysates with a maximum content of reducing substances.

Текст научной работы на тему «Высокотемпературный гидролиз пшеничной соломы фосфорной кислотой»

БИОХИМИЯ, БИОТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ

УДК 663.1

Р. Т. Валеева, С. Г. Мухачев, С. Ю. Михайлова ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГИДРОЛИЗ ПШЕНИЧНОЙ СОЛОМЫ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ

Ключевые слова: гидролиз, солома, редуцирующие вещества, рН, давление, гидролизат.

Проведены исследования по высокотемпературному гидролизу соломы, при варьировании температуры и концентрации фосфорной кислоты с целью получения гидролизатов с максимальным содержанием редуцирующих веществ.

Key words: hydrolysis, straw, reducing substances,рН, pressure, hydrolysate.

The studies on high temperature hydrolysis of straw with varying temperature and concentration of phosphoric acid was carried out to produce hydrolysates with a maximum content of reducing substances.

Аграрный сектор играет важную роль в экономике РТ. Республика входит в тройку лидеров среди других регионов России по объему производства зерна и другой продукции. В последние в средне-климатические годы в РТ производили 4,5 млн. тонн зерна, 1,8 млн. тонн сахарной свеклы. Так, в 2011 году валовой сбор зерна превысил 5млн. тонн (зерно в весе после доработки составило 4867,7тыс. тонн), а посевные площади зерновых и зернобобовых культур составляли 1647,3 тыс. га (53,5% сельхозугодий).

С учетом данных и полученных ранее результатов анализа проведенных процессов высокотемпературного гидролиза целлюлозы фосфорной кислотой [1] и высокотемпературного гидролиза пшеничной соломы сернистой, серной и соляной кислотами, были продолжены исследования кинетики высокотемпературного гидролиза пшеничной соломы [2-6].

В микробиологических производствах от наличия фосфора в питательной среде зависят интенсивность ассимиляции источников углерода и рост микроорганизмов. Потребность

микроорганизмов в фосфоре может полностью обеспечиваться внесением в среды солей фосфорной кислоты [7].

Исследования кинетики

высокотемпературного гидролиза пшеничной соломы трехосновной фосфорной кислотой проведены при варьировании технологических параметров: температуры в диапазоне 150°С - 190 °С, концентрации фосфорной кислоты 1 - 3% масс. и гидромодуле 1:5,8. Все эксперименты были проведены по отработанным методикам, аналогично ранее выполненным исследованиям по гидролизу пшеничной соломы и целлюлозы минеральными кислотами [2 - 6, 8, 9] на лабораторной установке высокотемпературного гидролиза [10-11] в термостатируемых капсулах.

Исследование процессов высокотемпературного гидролиза пшеничной соломы выявило следующие различия в динамике накопления РВ от концентрации фосфорной кислоты (рис.1 - рис.3).

Как следует из графиков, представленных на рис.1 - 3, при концентрации фосфорной кислоты 1% и варьировании температуры в пределах 150 -190°С, максимум концентрации РВ в фугате гидролизата пшеничной соломы достигается через 20 - 40 минут после начала процесса гидролиза.

Рис. 1 - Изменение концентрации РВ в процессах гидролиза пшеничной соломы при разных температурах и при концентрации фосфорной кислоты 1% масс.

Рис. 2 - Изменение концентрации РВ в процессах гидролиза пшеничной соломы при разных температурах и при концентрации фосфорной кислоты 2% масс.

3,5

и

О 10 20 30 "10 50 60 70 80 90 100 110 120 Время, мин

-в— 150 —©— 160 —В—170 —Ж— 183 —А— 1Э0

Рис. 3 - Изменение концентрации РВ в процессах гидролиза пшеничной соломы при разных температурах и при концентрации фосфорной кислоты 3% масс.

При концентрации фосфорной кислоты 3% и при варьировании температуры в тех же пределах, максимум концентрации РВ в фугате гидролизата пшеничной соломы достигается через 10 - 20 минут после начала процесса гидролиза. При этом наблюдается содержание редуцирующих веществ достигает 2,98 % масс.

Образование побочных продуктов контролировали по давлению в капсулах (рис.4). Во всех экспериментах существенного роста давления не наблюдается, что свидетельствует об отсутствии образования значительных количеств фурфурола и других побочных летучих продуктов, содержание которых могло бы снизить биологическую доброкачественность гидролизатов.

, _П— |- —--'-1

[

-

О 20 40 60 80 100 120 Бремя гидролиза, мин

^—150 —160 —В—170 —Ж— 1Б0 —Л— 190

Рис. 4 - Изменение давления в процессах гидролиза пшеничной соломы при разных температурах и при концентрации фосфорной кислоты 3% масс.

Расчетные данные по конверсии полисахаридов и скорости проведенных процессов гидролиза представлены в таблице 1, а по содержанию сухих веществ в фильтрованных гидролизатах в таблице 2.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В процессах высокотемпературного гидролиза пшеничной соломы фосфорной кислотой, аналогично процессам с использованием других минеральных кислот, с увеличением времени процесса гидролиза рН гидролизата возрастал.

Таблица 1 - Расчетные данные по конверсии РВ и скорости проведенных процессов

№ экс. Конц. кислоты, % Температура , 0С Время, мин РВ тах,% Конверсия, % с а ей -5 ЕР Р

1 1 150 40 2,209 19,77 33,13

2 1 160 30 2,591 23,19 51,82

3 1 170 30 2,463 22,05 49,27

4 1 180 20 2,656 23,77 79,66

5 1 190 20 2,720 24,35 81,60

6 2 150 40 2,336 20,91 35,04

7 2 160 20 2,431 21,76 72,94

8 2 170 20 2,521 22,57 75,64

9 2 180 20 2,623 23,48 78,70

10 2 190 20 2,817 25,21 84,50

11 3 150 30 2,784 24,92 55,69

12 3 160 20 2,752 24,63 82,56

13 3 170 20 2,882 25,79 86,44

14 3 180 20 2,914 26,08 87,41

15 3 190 10 2,979 26,66 178,73

Таблица 2 - Содержание сухих веществ в фильтрованных гидролизатах

Концентрация кислоты, % Температура, °С Средняя концентрация СВ, % Содержание РВ в СВ, %

150 22,73 37,89

160 23,25 52,14

1 170 24,79 42,62

180 23,98 64,45

190 24,25 64,45

150 23,78 32,04

160 20,82 27,98

2 170 28,14 41,81

180 28,14 43,50

190 30,16 48,65

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

150 30,67 30,09

160 25,47 30,52

3 170 22,67 35,96

180 36,55 41,75

190 29,60 46,64

Усредненное значение: 42,70

В проведенных исследованиях высоко -температурного гидролиза пшеничной соломы среднее содержание редуцирующих веществ от общей массы растворимых веществ составило около 42,70%, но при температурах 180 - 190 °С содержание редуцирующих веществ от общей массы растворимых веществ возрастает.

Из полученных данных, представленных в таблице 1 и на рис 1 - 3, можно заключить, что предпочтительным является режим гидролиза пшеничной соломы фосфорной кислотой при 180 -190°С и концентрации кислоты не менее 2%.

Литература

1. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, С.Ю. Михайлова Вестник Казанского технологического университета, 17, 5, 135 -137, (2014).

2. А.А. Галева, Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, Вестник Казанского технологического университета, 16, 19, 246 - 247, (2013).

3. С.Г. Мухачев, Р.Т. Валеева, Р.М. Нуртдинов, Производство спирта и ликероводочных изделий, 3, 2023, (2011).

4. Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, О.В. Красильникова Вестник Казанского технологического университета, 17, 1, 219 - 221, (2014).

5. Р.Т. Валеева, А.С. Понкратов, О.В. Красильникова Вестник Казанского технологического университета, 17, 3, 150 - 152, (2014).

6. Р.Т. Валеева, Р.М. Нуртдинов, С.Г. Мухачев, В.М. Емельянов, И.В. Логинова, Вестник Казанского технологического университета, 15, 11, 133 - 134, (2012).

7. В.А. Выслоух Микробиологическая промышленность, 3, 9 - 11, (1975).

8. Р.М. Нуртдинов, Л.Т. Фаттахова, Р.Т. Валеева, С.Г. Мухачев, Вестник Казанского технологического университета, 16, 8, 124 - 125, (2013).

9. Р.М. Нуртдинов, Н.С. Залалдинов, Р.Т. Валеева, Вестник Казанского технологического университета, 16, 19, 126 - 127, (2013).

10. Р.М. Нуртдинов, С.Г. Мухачев, Р.Т. Валеева, В.М. Емельянов, Шавалиев М.Ф., И.В., Шагивалеев, И.А Якушев, Вестник Казанского технологического университета, 2, 143 - 147, (2011).

11. С.Г. Мухачев, В.М. Емельянов, М.Ф. Шавалиев, Р.Т. Елчуев, Р.Т. Валеева, Р.М. Нуртдинов, А.М. Буйлин, Вестник Каз. технол. ун-та, 6, 180 -190, (2009).

© Р. Т. Валеева - канд. техн. наук, доц. каф. химической кибернетики КНИТУ, valrt2008@rambler.ru; С. Г. Мухачев - канд. техн. наук доцент той же кафедры; С. Ю. Михайлова - студ. той же кафедры.