Оптимизация условий кислотного гидролиза депротеинизированного подсолнечного шрота

УДК 663.14

Т.С. Катаева, Д.В. Баурин

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА ДЕПРОТЕИНИЗИРОВАННОГО ПОДСОЛНЕЧНОГО ШРОТА

В рамках работы по биологической конверсии подсолнечного шрота в кормовой продукт рассмотрена возможность получения гидролизатов. Установлены оптимальные режимы кислотного гидролиза обезжиренного депротеинизированного подсолнечного шрота.

As part of study on the biological conversion of sunflower meal into fodder product, the possibility of obtaining hydrolysates is discussed. The optimal modes of skimmed deproteinized sunflower meal acid hydrolysis are set.

Одним из перспективных путей решения проблемы обеспечения животных кормами является использование ресурсов природного непищевого растительного сырья. Ежегодно в мире получают огромные количества отходов при переработке растительного сырья. Значительная часть этих вторичных ресурсов расходуется нецелесообразно или потенциал сырья используется не полностью.

Подсолнечник является ценной пищевой и кормовой культурой. Из всего вырабатываемого в нашей стране растительного масла около 90% приходится на долю подсолнечника. В настоящее время мировая площадь посевов этой культуры составляет 17-18 млн га, а в Российской Федерации - около 5 млн га. Современные районированные сорта подсолнечника содержат в семенах 50-56% масла, которое используется преимущественно для пищевых целей. Ценность подсолнечного масла как пищевого продукта определяется его жирно-кислотным составом и содержанием в нем необходимых для человека биологически-активных веществ - фосфатидов, жирорастворимых витаминов А, D, E, K и др.

При переработке семян в масло в качестве побочного продукта получают около 35% шрота. Шрот является ценным высокобелковым кормом для животных и находит применение в производстве разнообразных кормовых продуктов и добавок. В 1 кг шрота содержится 1,02 корм. ед. и до 400г перевариваемого протеина [1]. Состав шрота может варьировать. Ключевыми показателями являются: содержание клетчатки в пределах от 13 до 22%, сырого протеина от 26% до 43%. При переработке семян полу-

чают в качестве отхода лузгу, которая служит сырьем для гидролизной промышленности. Из нее вырабатывают: фурфурол, этиловый спирт, кормовые дрожжи и другие продукты. Лузга часто используется как топливо.

На кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева проводятся исследования по комплексной переработке подсолнечного шрота. Предложены технологические пути выделения и очистки изолятов и ферментативных гидролизатов белка подсолнечника. В ранее проведенных исследованиях рассмотрено выделение белка подсолнечника щелочной экстракцией и подобраны условия проведения ферментативного гидролиза шрота препаратом гепатопанкреаса краба камчатского. Такой способ обработки позволяет извлечь до 70% белка шрота [2, 3]. Депротеинизированный шрот содержит от 12,5 до 19% сырого протеина и от 39 до 45% сырой клетчатки и практически не пригоден для использования в кормах [4].

Цель данной работы - подбор оптимальных условий кислотного гидролиза депротеинизированного подсолнечного шрота для дальнейшей биологической конверсии. Основная задача - исследование влияния рН среды, температуры и длительности процесса на выход редуцирующих веществ (РВ).

Материалы и методы.

В качестве субстрата был использован депротеинизированный подсолнечный шрот, полученный на стадии ферментативного гидролиза; размер частиц не более 0,5 мм. Кислотный гидролиз проводили 0,01М и 0,0001М растворами серной и ортофосфорной кислот рН 2, рН 4. Параллельно проводили термическую обработку шрота. Гидролиз проводили в колбах с концентрацией суспензии шрота и воды 100 г/л в лабораторном автоклаве (давления 0,5; 1,0; 1,5 ати). Время процесса 0,5; 1,0; 1,5 ч. В качестве основных критериев оценки результатов гидролиза использовали содержание редуцирующих веществ в гидролизате по методам Бертрана и Бертрана-Шорля [5], содержание сухих веществ в навеске шрота.

Результаты и обсуждение.

Предварительная обработка шрота позволяет извлечь белковую фракцию. В данной работе были определены оптимальные условия последующего кислотного гидролиза подсолнечного шрота, предварительно обработанного ферментным препаратом гепатопанкреаса краба.

Оптимум работы ферментного комплекса находится в диапазоне рН 7.1-8.2, t 36-38°С. Максимальная степень экстракции белка достигла 70% и получена при обработке нативного шрота при 37.5°С, рН 8 в течение 120 мин., массовое соотношение препарата к субстрату 2%.

Отделение твердой фазы проводили фильтрованием.

Содержание сырого протеина в депротеинизированном шроте составило 17,0% от СВ. Определены концентрации: редуцирующих веществ в ферментативном гидролизате - 2,3 г/л, олигосахаридов - 11,4 г/л, полисахаридов - 0,3 г/л.

Результаты кислотного гидролиза и термической обработки депро-теинизированного шрота представлены в табл. 1-2. Негидролизованный остаток от массы исходной навески составил для серной и ортофосфорной кислот 60% и 65% соответственно.

Табл.1. Характеристика гидролизатов при обработке депротеинизированного подсолнечного шрота растворами серной кислоты

Время, час \ Давление, ати 0,5 1,0 1,5

РВ, г/л

H2SO4 рН 2 H2SO4 рН 4 H2SO4 рН 2 H2SO4 рН 4 H2SO4 рН 2 H2SO4 рН 4

0,5 1,30 0,91 2,24 0,93 2,55 1,05

1,0 2,61 1,05 3,24 1,06 3,51 1,09

1,5 4,37 1,10 5,38 1,12 7,23 1,32

Как видно из табл. 1, наибольшая концентрация редуцирующих веществ получена при проведении гидролиза раствором серной кислоты при рН 2 в течение 1,5 часов.

Табл. 2. Характеристика гидролизатов при обработке депротеинизированного подсолнечного шрота растворами ортофосфорной кислоты

Время, час \ Давление, ати 0,5 1,0 1,5

РВ, г/л

Н3РО4 рН 2 Н3РО4 рН 4 Н3РО4 рН 2 Н3РО4 рН 4 Н3РО4 рН 2 Н3РО4 рН 4

0,5 1,21 0,80 2,16 0,9 2,31 1,01

1,0 2,85 1,02 3,76 1,05 4,20 1,06

1,5 4,19 1,06 4,25 1,08 4,25 1,18

Для сравнения, содержание редуцирующих веществ в гидролизатах, полученных в результате термообработки (т/о) депротеинизированного подсолнечного шрота, не превышало 1 г/л.

На рисунках 1-3 представлены зависимости содержания редуцирующих веществ в гидролизатах депротеинизированного подсолнечного шрота при различном давлении от времени. Наибольший выход редуцирующих веществ получен в процессе гидролиза раствором серной кислоты рН 2 при 1,5 ати 1,5ч. (рис.3).

и «

Рч

3

2,5 2 1,5 1

0,5 0

Н^04, рН 2 НзР04, рН 2

H2SO4 , рН 4 ..НзР04 , рН 4

.. Т/О

0,4

0,9 Время, ч

1,4

Рис.1. Зависимость содержания РВ от времени гидролиза депротеинизированного подсолнечного шрота растворами серной и ортофосфорной кислот при 0,5 ати

НзР04, рН 2 Н^04, рН 2

5

4,5

4

3,5

3

и 2,5

П

Р 2

1,5

1

0,5

0

зЖ04 , рН 4 |НзР04 , рН 4 I Т/О

0,4

0,6

1

Время, ч

1,2

1,4

1,6

Рис.2. Зависимость содержания РВ от времени гидролиза депротеинизированного подсолнечного шрота растворами серной и ортофосфорной кислот при 1,0 ати

8

7

6

5

„Ч

и 4

П

Р

3

2

1

0

Н^04, рН 2

НзР04, рН 2

НзР04 , рН 4 " H2SO4 , рН 4

Т/О

0,4

0,9 Время, ч

1,4

Рис. 3. Зависимость содержания РВ от времени гидролиза депротеинизированного подсолнечного шрота растворами серной и ортофосфорной кислот при 1,5 ати

При давлении 0,5 ати наибольшая концентрация редуцирующих веществ получена при проведении гидролиза раствором серной кислоты рН 2 в течение 1,5 часов, а при 1 ати - раствором ортофосфорной кислоты рН 2 в процессе 1,5 ч гидролиза (рис.2).

Гидролизаты, полученные из депротеинизированного подсолнечного шрота, прошедшие обработку в более жестких условиях, отличаются наиболее высоким выходом редуцирующих веществ. Подобраны оптимальные условия гидролиза депротеинизированного шрота с целью его использования в качестве компонента питательной среды для культивирования микроорганизмов и получения кормового белкового продукта.

Библиографический список

1. Бородин, С. Г. Рекомендации по возделыванию подсолнечника в алтайском крае / С. Г. Бородин, А. С. Бушнев. - Рубцовск, 2011. - 40 с.

2. Баурин, Д.В. Исследование процесса биологической конверсии вторичных продуктов переработки семян подсолнечника / Д. В. Баурин // Успехи в химии и химической технологии : сб. научн. тр. Том XXVI, № 10 (139) - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012 с. 59-62.

3. Биологическая конверсия отходов переработки семян подсолнуха : материалы VI Московского Междунар. Конгресса, часть 1 21-25 марта 2011 г., Москва/ Д. В. Баурин - М. : ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011. - 496 с.

4. Лошкомойников, И. А. Подсолнечник - ценная пищевая и кормовая культура / И. А. Лошкомойников // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. - 2011. - № 6. - С. 58-61.

5. Общая биотехнология. Лабораторный практикум: учеб. Пособие / И.В. Шакир [и др.] - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. - С. 93 - 96, 108 - 109.

УДК 573.6.086.83.002.68; 573.6.086.83 М.А. Константиновская

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЫБОР УСЛОВИЙ ПРЕДОБРАБОТКИ ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА КОСТНОЙ МУКИ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ YARROWIA LIPOLYTICA

Исследованы режимы фракционирования отхода производства костной муки. Проведено пробное культивирование Yarrowia lipolytica на питательной среде на основе липидных фракций данного отхода. Полученные результаты позволяют рекомендовать липидную фракцию отхода производства костной муки в качестве субстрата для культивирования дрожжей.

Modes of fractionation of waste of bone meal production were studied. Carried test cultivations of Yarrowia lipolytica in mediums, based on lipid fractions of the waste. The results allow us to recommend the lipid fraction of waste of bone meal production as a substrate for the cultivation of yeast.

Производство костной муки является малоотходным и экологически безопасным. Единственным отходом производства является «бульон», образующийся на стадии сепарации жира. «Бульон» содержит значительное количество высокомолекулярных органических соединений. Химическое потребление кислорода (ХПК) бульона составляет 35-50000 мг О\л. Известно, что предельно допустимое ХПК для сточных вод составляет порядка 400 мг О/л.