Химия и химические технологии /8. Кинетика и катализ

к.т.н. Харина М.В., к.х.н. Логинова И.В.,

Альтапова М.М., Вазетдинова А.А.

Казанский научно-исследовательский технологический университет, Россия

Исследование получения моносахаридов в процессе гидролиза кукурузной кочерыжки сернистой кислотой

Одним из направлений современной биотехнологии является переработка отходов агропромышленного комплекса методом гидролиза с целью получения промышленно важных химических веществ. Среди сельскохозяйственных отходов практическое значение для получения и использования углеводов имеют стержни кукурузных початков, содержащие максимальное количество пентозанов (33-40%) и минимальное - лигнина (15-17%) [1]. Кукурузная кочерыжка широко используются в гидролизной промышленности для получения большого числа соединений фуранового ряда, находящих разнообразное применение в химической промышленности, кристаллической ксилозы, ксилита и других продуктов [2]. Отходы кукурузных початков являются дешевым и достаточно доступным сырьем, расположенным в основном вблизи заводов по переработке кукурузы.

В данной работе проводилось исследование гидролиза кукурузной кочерыжки разбавленной сернистой кислотой. Проведено экспериментальное исследование кинетики её предобработки при концентрации кислотного катализатора (Ск) в диапазоне 0 – 2,5 % масс (рис.1). Изучено влияние степени измельчения растительного сырья и температурного режима на выход редуцирующих веществ (РВ). Установлено, что снижение гидромодуля с 1:5,8 дл 1:3,5 способствует повышению концентрации РВ в гидролизатах, но не оказывает к значимого влияния на скорость процесса.

Рисунок 1 – Изменение концентрации РВ от дозирования сернистой кислоты

Влияния температуры на выход редуцирующих веществ исследовали при варьировании температуры от 180º С до 250º С и концентрации сернистой кислоты 0 – 2,5 % масс (рис.2).

Рисунок 2 - Выход РВ при различных температурах и концентрации кислоты 2,5% масс

Рост температуры способствует сокращению продолжительности предобработки, необходимой для достижения максимального выхода редуцирующих веществ.

Определены оптимальные условия предобработки при различных параметрах процесса. Максимальная конверсия в проведенной серии экспериментов составляла 72-76% от абсолютно сухого вещества кукурузной кочерыжки и достигается при температурах от 190^o С - 220 ^oC и концентрации кислоты 1,18 - 1,77 % масс.

Охарактеризован моносахаридный состав полученных гидролизатов методом ВЭЖХ на хроматографе системы «Alliance» c рефрактометрическим детектором Waters 2414, оснащенном колонкой Reprosil-Pur NH₂ (длина 250 мм, внутренний диаметр 4.0 мм, толщина пленки 5 мкм) («Dr. Maisch GmbH», Германия). Скорость элюирования 1 мл/мин. Состав подвижной фазы: ацетонитрил:вода:этилацетат (76:20:4). Приём и обработку данных производили с использованием компьютерной системы «Empower Pro». Измерения проводили как минимум в трех повторностях. Погрешность определения в диапазоне концентраций 0,5-50,0 г/л не превышала 10,0 % относительных.

По данным исследования можно сделать вывод, что сернистая кислота является достаточно эффективным катализатором гидролиза стержней кукурузных початков, но при этом оказывает менее агрессивное воздействие на окружающую среду.

Литература:

1. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч.II. – СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2007. – 1142 с.

2. Сушкова В. И. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещества / В. И. Сушкова, Г. И. Воробьёва. – Киров: ДеЛи принт, 2007. – 204с.