Интенсификация выделения инулина из клубней топинамбура с помощью ультразвука

Таблица 1. Влияние условий экстракции на соотношение ВМФ к НМФ

Условия экстракции Соотношение ВМФ к НМФ

Температура 50 оС, рН среды 10 1,2: 1

Температура 40 оС , рН среды 10 1,1: 1

Температура 30 оС, рН среды 10 2,5:1

Температура 20 оС, рН среды 10 4,0:1

Температура 50 оС, рН среды 2 1,3:1

Температура 40 оС, рН среды 2 1,2:1

Температура 30 оС, рН среды 2 1,3:1

Температура 20 оС, рН среды 2 1,6:1

На следующем этапе исследований мы оптимизировали время экстракции белковых веществ при выбранных оптимальных условиях экстракции в кислой и щелочной средах. Полученные данные приведены на рис. 1 и 2. Из приведенных данных видно, что практически полное извлечение белка происходит в течение 1 часа экстракции при температуре 50оС и рН 10.0. При этом соотношение ВМФ к НМФ составляет 1,2:1.

На следующем этапе исследований из полученных экстрактов получили осаждением в изоэлектрической точке при рН 4,5, высушили и проанализировали их состав. Было установлено, что они содержат не меньше 85% белка, а их анализ на острую токсичность показал, что они не обладают острой токсичностью.

Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию условий проведения следующих стадий технологического процесса.

УДК 68.39.15

Н.С. Шепелева, Б.А. Кареткин

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

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИНУЛИНА ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКА

Ultrasound-assisted extraction of inulin from Jerusalem artichoke tubers was established to allow process caring out at milder conditions and whether raw decomposition was required then in common cases. Optimal solid-water ratio (1:12 to tubers dry weight) and temperature of extraction (60 °C) was selected. Optimal concentration of activated charcoal essential for extract clarification was 10 g/l. It was showed, that ultrasound-assisted acid hydrolysis of Jerusalem artichoke pulp can de applied for utilization of wastes of process concerned and vegetable carbohydrate-protein fodder production.

Установлено, что использование ультразвука при экстракции инулина из клубней топинамбура позволяет проводить процесс в более мягких условиях и с меньшей степенью измельчением сырья, чем в известных ранее способах. Подобран оптимальный гидромодуль для экстракции инулина из клубней топинамбура, который составляет 1:12 на СВ топинамбура, и оптимальная температура экстракции 60 °С. Установлено, что оптимальная концентрация активированного угля, необходимая для осветления экстракта, составляет 10 г/л. Показано, что кислотный гидролиз жома топинамбура в ультразвуковом поле может быть применен для утилизации отходов переработки клубней топинамбура и целью получения РУБК.

Инулин является полисахаридом, состоящим из остатков P-D-фруктозы, содержащимся в качестве запасного вещества в цикории, георгине, нарциссе, гиацинте, топинамбуре, артишоке, одуванчике и ряде других растений, относящихся к семейству Сложноцветных. В последние годы возрастает интерес к инулину, как к пребиотику, компоненту защитных сред при сублимационном высушивании. Его используют в хле-

бопечении. Химически синтезированные производные инулина значительно снижают поверхностное натяжение и могут применяться в качестве ПАВов. Инулин является источником фруктозы, которая может выступать в качестве сахарозаменителя в пищевой промышленности и медицине, в различных наполнителях, в составе субстратов при культивировании микроорганизмов.

Одним из наиболее перспективных источников инулина являются клубни топинамбура, содержащие до 80 % этого полифруктозана. Известные технологии получения инулина из клубней топинамбура предполагают их измельчение до размеров 2 - 5 мм, за которым следует многократная (обычно 2 - 4 раз) экстракция горячей водой при температуре 80 - 90 °С и слабокислых значениях рН. Однако такие процессы являются продолжительными (длительность одной стадии составляет от 15 до 60 мин.), и, следовательно, требуют значительного расхода энергии на нагрев и перемешивание. [1-3].

Одним из способов решения данной проблемы может быть использование ультразвуковой экстракции. За последние несколько лет предложены технологии по переработке плодов шиповника, плодов рябины, шелухи гречихи и соломы пшеницы с использованием ультразвука. Как указывают авторы, использование ультразвука при экстракции компонентов растительного сырья позволяет значительно интенсифицировать процесс и снизить затраты на его проведение. [4-7].

Целью данной работы является оптимизация процессов выделения инулина из клубней топинамбура с использованием ультразвука.

В экспериментах использовали клубни топинамбура сорта «Интерес» урожая 2006 года. Клубни измельчали на крупной терке, при этом размер частиц составлял 5 -30 мм. Для ультразвуковой обработки использовали лабораторную установку с рабочей частотой 22 кГц. Экстракцию проводили дистиллированной водой в конических колбах объемом 250 мл, заполненных на 75 мл, при рН 4,9 - 5,2. Кислотность экстракта регулировали с помощью серной кислоты. Общую концентрацию сахаров определяли фенол-серным методом. Для определения выхода полисахаридов экстракт отделяли от твердого остатка, путем фильтрации через бельтинг под вакуумом, проводили гидролиз 5 М серной кислотой в течение 40 мин., и измеряли содержание РВ.

Установлено, что при обработке водной суспензии измельченных клубней топинамбура в воде ультразвуком максимальная концентрация сахаров достигается в течение 15 - 20 мин. При выборе гидромодуля считали оптимальным такой гидромодуль, при котором концентрация сахаров в экстракте после его отделения от твердой фазы и выход будут максимальными. Нами были исследованы следующие гидромодули 1:3, 1:4, 1:6, 1:8, 1:10, 1:12, 1:15, 1:20. При значениях гидромодуля ниже 1:12 наблюдалось постепенное увеличение выхода от 30,2 до 62,3 % при постоянстве максимальной концентрации сахаров 61,9 г/л, а при больших значениях концентрация общих сахаров снижалась до значения 37,7 г/л, в то время как выход продукта не изменялся. Как видно из полученных результатов, оптимальным является гидромодуль 1:12. Результаты представлены на рис. 1.

Известно, что при температуре ниже 60 °С растворимость инулина в воде значительно снижается, поэтому нами исследовано влияние начальной температуры экстракции на конечную концентрацию сахаров в экстракте и выход. Были рассмотрены начальные температуры в интервале от 40 до 75 °С. При температурах ниже 60 °С наблюдалось плавное увеличение концентрации общих сахаров от 40,9 до 79,6 г/л, в интервале температур от 60 до 70 °С эти величины были постоянными, а при значениях выше 70 °С снижались до 36,3 г/л. Таким образом, нами установлено, что оптимальная температура экстракции составляет 60 °С . Снижение концентрации сахаров при температуре выше 70 °С может являться следствием их частичного окисления или разложения под действием ультразвука.

Известно, что при водной экстракции из растительного сырья в раствор переходят фенольные соединения, которые придают ему окраску от желтой до темно- коричневой. Цветность экстракта, полученного путем ультразвуковой обработки, значительно выше, чем путем термической. Поскольку выделение инулина предполагает его осаждение из экстракта, то высокая цветность раствора будет отрицательно влиять на качество продукта. Нами исследовано осветление экстракта активированным углем. Для этого экстракт отделяли от твердого остатка фильтрацией под вакуумом. Для осветления экстракта к 20 мл пробы прибавляли различные навески порошка активированного угля до его концентрации от 2,5 до 10 г/л. Осветление осуществляли при комнатной температуре и перемешивании в течение 30 мин. Цветность экстракта определяли при 480 нм. При увеличении концентрации активированного угля до 10 г/л цветность экстракта снижалась на 86,4 % от первоначальной, а при больших концентрациях практически не изменялась. При этом содержание полисахаридов снижалась не более чем на 19,5 %. Как видно из полученных результатов, оптимальной концентрацией активированного угля для осветления является 10 г/л.

-Б 70 па

ш

о <

65 60 55 50 45 40 35 30 25

3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 гидромодуль

3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 гидромодуль

Рис. 1. Зависимость конечной концентрации сахаров в экстракте (а) и выхода полисахаридов от

АСВ клубней топинамбура (б) от гидромодуля.

При выделении инулина из клубней топинамбура образуется жом, в состав которого входят, в основном, нерастворимые в воде трудноусваиваемые углеводы. Одним из перспективных способов переработки подобных отходов является их биоконверсия с получением кормовой биомассы путем глубинного гетерофазного культивирования, что предполагает предварительную обработку субстрата. Нами исследован кислотный гидролиз жома клубней топинамбура в ультразвуковом поле. Концентрация твердой фазы составляла 2,3 % по СВ. Для гидролиза жом, полученный после фильтрации и промывки дистиллированной водой, помещали в колбу объемом 500 мл и добавляли 200 мл предварительно нагретой водопроводной воды. Кислотность регулировали с помощью серной кислоты. Гидролиз проводили в присутствии серной кислоты при рН 1,0 - 1,2 и температуре среды 72 - 75 °С. Концентрацию сахаров определяли фенол-серным методом. Установлено, что в данных условиях в течение первых 10 мин. обработки высвобождается 5,9 г/л РВ. рН полученного гидролизата доводили до значения 4,5 и вносили минеральную основу среды Ридера. Глубинное гетерофазное культивирование дрожжей Candida tropicalis проводили при температуре 30 °С и встряхивании 100 об./мин. Концентрацию клеток определяли прямым подсчетом в камере Горяева и гравиметрически. Начальное и остаточное содержание РВ определяли по методу Бертрана. На 36 ч культивирования содержание РВ составляло менее 0,3

г/л, что соответствует потреблению РВ 93,0 %, а выход биомассы - 52,9 %. Таким образом, предложенный способ предварительной обработки субстрата является перспективным для получения на его основе РУБК путем гетерофазного глубинного культивирования.

Использование ультразвука на различных стадиях переработки клубней топинамбура позволяет интенсифицировать данный процесс и разработать энергосберегающую безотходную технологию, что является одним из основных приоритетов в науке и технологии.

Список литературы

1. Фам Ань Кыонг. Получение белка одноклеточных из растительного сырья по малоотходной и энергосберегающей технологии: Диссертация на соискание степени канд. техн. Наук/ Фам Ань Кыонг. - М., 1998.

2. Чепурной, И.П. Способ получения инулина. Патент РФ 2121848. 1998/ И.П.Чепурной, С.М.Кунижев, Э.Н.Швецов, В.Н.Гейко.

3. Мухамеджанова, Т.Г. Выделение инулина в процессе комплексной переработки топинамбура. Разработка технологического режима экстракции инулина и других фрук-тозанов из топинамбура. Отчет о НИР/ Т.Г. Мухамеджанова и др. - М., 1994.

4. Мартинсон, Е.А. Технология комплексной переработки плодов шиповника: Диссертация на соискание степени канд. техн. Наук/ Е.А.Мартинсон. - М.:РХТУ, 2005.

5. Кудряшов, В.Л. Перспективы и эффективность использования ультразвука для ускорения процессов получения полуфабрикатов в ликероводочной промышленности/ В.Л.Кудряшов, Г.П.Зенина, Н.М.Лебедев, А.Н.Сиверская, А.Г.Белых//Тез. докл. ПФК «Спирт», апрель 2003. - М., 2003.

6. A. Ebringerova, Z. Hromadkova. // Ultrasonics Sonochemistry, 2002, Vol. 9, pp. 225-229.

7. Run Cang Sun, Jeremy Tomkinson. // Ultrasonics Sonochemistry, 2002, Vol. 9, pp. 85-93.

УДК 678.664

Н.С. Чикина, А.В. Мухамедшин, Л.А. Зенитова

Казанский государственный технологический университет, Казань, Республика Татарстан

СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА И ШЕЛУХИ ГРЕЧИХИ ДЛЯ СБОРА НЕФТЯНЫХ РАЗЛИВОВ

Floods of chemistry oil products take place at all stages on the reference with them, at: manufacture, transportation, processing, storage, reception, back procedures and using. Scheduled and emergency clearing of water areas is made by means of sorbents. New Basics of the developed sorbent is in reception of a composite sorbent on the base of PPU and waste of agricultural production (up to 50 % mas.).

Разливы продуктов нефтехимии имеют место на всех стадиях обращения с ними, при: производстве, транспортировке, переработке, хранении, приеме, отпуске и использовании. Плановая и аварийная очистка акваторий производится с помощью сорбентов. Принципиальная новизна разрабатываемого сорбента заключается в получении композиционного сорбента на основе ППУ и отходов сельскохозяйственных производств (до 50% мас.) соединившего в себе положительные качества составляющих.

По оценкам специалистов от 5 до 15 млн. тонн нефти попадает ежегодно в воду в результате аварий танкеров, аварий при добыче нефти в шельфовых зонах, слива балластных и моечных вод, при авариях подводных и наземных нефтепроводов. По данным МЧС РФ только в России происходит от 20 до 30 тысяч больших и малых аварий в год, связанных с попаданием нефтепродуктов в гидросферу [1,2].