Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"


Главная страница
Сведения об авторах

 

Обогащение отходов переработки злаков для ферментации

Будаева В. В., Золотухин В. Н., Митрофанов Р. Ю., Архипова О. С., Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук, Бийск, Алтайский край, Россия

В России объем генерируемых растениеводством отходов составляет 773 млн т (228 млн т по сухому веществу, или 75 млн т целлюлозы). В настоящей работе изучали один из видов недревесного целлюлозосодержащего сырья — плодовые оболочки овса.

Цель работы — исследовать способы обогащения целлюлозой плодовых оболочек овса и изучить реакционную способность полученных продуктов к ферментативному гидролизу.
 

Рисунок иллюстрирует способы химического обогащения отходов, образующихся при переработке злаков:

   щелочная (гидроокисью натрия) делигнификация (ЩД) при атмосферном давлении;

   окислительная (азотной кислотой) делигнификация (ОД) при атмосферном давлении;

   комбинация двух вышеназванных способов (ЩД + ОД) ;

—  натронная (гидроокисью натрия), аммиачная (гидроокисью аммония) и гидротропная (бензоатом натрия) варки (соответственно НВ, АВ, ГВ).



Способы химического обогащения отходов, образующихся при переработке злаков, для ферментативного гидролиза

Выход и характеристика обогащенных целлюлозой продуктов из плодовых оболочек овса приведены в табл. 1.

Таблица 1

Выход и характеристика обогащенных целлюлозой продуктов, полученных из плодовых оболочек овса

 

Способ обогащения Концентрация реактива, % Выход,
%
Влажность,
 %
Зольность, % (а.с.с.*) Лигнин,
% (а.с.с.)
ЩД (1 атм) 4 38,2 5,6 1,5 5,3
ОД (1 атм) 2 49,0 5,9 6,8 18,2
4 43,0 6,0 7,5 13,7
6 42,2 5,5 7,1 14,0
ЩД + ОД
(1 атм)
при ЩД 4 35,2–37,0 5,4 1,2 4,3
при ОД 2–6
НВ (140 °С) 4 33,4 4,8 4,2 5,2
АВ (110 °С) 25 53,7 5,3 4,9 9,7
АВ (200 °С) 25 45,3 4,3 6,8 8,9
ГВ (160 °С) 30 37,9 4,1 1,8 5,5

 

* а.с.с. — абсолютно сухое сырье.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о возможности получения обогащенного целлюлозой продукта с выходом 33–54 % и удовлетворительными характеристиками, в частности зольностью 1,5–7,5 % и содержанием лигнина 4,3–18,2 %. Установлено, что 4%-я концентрация азотной кислоты достаточна для получения лигноцеллюлозного материала при­емлемого качества.

Выход волокнистого продукта при АВ составил 45–54 %. Повышение выхода по сравнению с другими способами обусловлено побочными реакциями взаимодействия функциональных групп лигнина с аммиаком. Зафиксировано снижение выхода волокнистого продукта с неоднозначными качественными характеристиками при повышении температуры АВ плодовых оболочек овса. Этот результат аналогичен данным по исследованию аммонолиза мискантуса, опубликованным за рубежом. Отбелкой перекисью водорода в щелочной среде волокнистых продуктов после варки были получены беленые целлюлозы.

Реакционную способность оценивали следующими методами:

   гравиметрическим (по потере в массе после ферментации);

   спектрофотометрическим (с использованием 3,5-динитросалициловой кислоты);

   титрометрическим Бертрана (по содержанию редуцирующих веществ).

 

Ферментацию проводили с использованием ферментного комплекса «ЦеллоЛюкс-А» для гидролиза некрахмалистых веществ.
 

Физико-химические свойства и реакционная способность плодовых оболочек овса и обогащенных целлюлозой продуктов их переработки приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Физико-химические свойства и реакционная способность плодовых оболочек овса и обогащенных целлюлозой продуктов их переработки
 

Показатель Плодовые оболочки овса Беленая целлюлоза Лигноцеллю-лозный мате-риал Волокнистый продукт ЩД + ОД(1 атм)
неизмель-ченная измельчен-ная
Влажность, % 6,10 5,30 5,30 5,30 5,40
Зольность, % 5,40 1,20 1,20 9,50 1,20
Лигнин, % 17,60 4,98 4,98 14,70 4,30
Убыль по массе, г 0,20 2,20 2,10 1,49 2,04
Выход (по убыли массы), % 4,00 44,00 42,00 29,80 40,80
Концентрация, г/дм3 глюкозы 1,40 6,48 6,67 3,37 3,62
редуцирующих веществ 1,62 12,05 12,02 8,50 12,40
Выход, % глюкозы 3,08 14, 67 14,68 7,42 7,97
редуцирующих веществ 3,56 26,44 26,45 18,70 27,28

Таблица 3

Физико-химические свойства и реакционная способность волокнистого продукта после аммиачной варки плодовых оболочек овса при температурах 110 и 200 °С

 

Показатель Величина
110 °С 200 °С
Влажность, % 5,30 4,30
Зольность, % 4,90 6,80
Лигнин, % 9,70 8,92
Убыль по массе, г 1,45 0,60
Выход, % 29,00 12,00
Концентрация, г/дм3 глюкозы 7,22 4,53
редуцирующих веществ 10,50 5,50
Выход, % глюкозы 15,88 9,97
редуцирующих веществ 23,10 12,10

 

Полученные результаты позволили выявить зависимость реакционной способности полученных продуктов от способа обогащения (см. табл. 2 и 3). По убыванию концентрации глюкозы материалы следуют в ряд: волокнистый продукт АВ при 110 °С; беленая целлюлоза; волокнистый продукт АВ при 200 °С; волокнистый продукт ЩД + ОД при атмосферном давлении; лигноцеллюлозный материал; плодовые оболочки овса. По уменьшению концентрации редуцирующих веществ материалы располагаются в следующем порядке: волокнистый продукт ЩД + ОД при атмосферном давлении; беленая целлюлоза; волокнистый продукт АВ при 110 °С; лигноцеллюлозный материал; волокнистый продукт АВ при 200 °С; плодовые оболочки овса.

Высокая реакционная способность указывает на перспективность использования продуктов обогащения плодовых оболочек овса в качестве источника растворимых углеводов для переработки в спирты (лигноцеллюлозные этанол, бутанол) или мономеры для синтеза (ацетон и т. д.).

 

 Enrichment of Cereals Processing Waste for Fermentation

Budaeva V. V., Zolotukhin V. N., Mitrofanov R. Yu., Arkhipova O. S., Institute for Problems of Chemical and Energy Technologies, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Byisk, Altai Krai, Russia

The paper presents results of experimental research on determining the conditions of chemical obtainment of cellulose-enriched products from fruit coats of Gramineae by alkali delignification and acid delignification under atmospheric pressure using soda, ammonia, and hydrotropic pulping processes in an autoclave. The comparative reactivity to fermentation of obtained products is evaluated.

 

Главная страница

Сведения об авторах

Будаева Вера Владимировна, канд. хим. наук, руководитель группы биоконверсии, Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, ул. Социалистическая, 1, Бийск, Алтайский край, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-59-85, факс: (3854) 30-17-25, 31-13-09. E-mail1, e-mail2
Золотухин Владимир Николаевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., группа биоконверсии, Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, ул. Социалистическая, 1, Бийск, Алтайский край, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-14-73, факс: (3854) 30-17-25, 31-13-09.
E-mail
Митрофанов Роман Юрьевич, канд. хим. наук, науч. сотр., группа биоконверсии, Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, ул. Социалистическая, 1, Бийск, Алтайский край, 659322, Россия. Тел. (3854) 43-53-05, факс: (3854) 30-17-25, 31-13-09.
E-mail
Архипова Олеся Сергеевна, лаборант, группа биоконверсии, Институт проблем химико-энергетических технологий СO РАН, ул. Социалистическая, 1, Бийск, Алтайский край, 659322, Россия. Тел. (3854) 30-59-85, факс: (3854) 30-17-25, 31-13-09. E-mail1,  e-mail2

 

 

 

  Rambler's Top100


© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 20.09.10