Влияние скорости потока на гидролиз-экстракцию корзинки подсолнечника в динамическом режиме

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №3-4_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 544.476:661.183.123.2

Академик АН Республики Таджикистан Д.Х.Халиков, Г.Н.Бободжонова, Р.М.Горшкова, Х.К.Махкамов

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА НА ГИДРОЛИЗ-ЭКСТРАКЦИЮ КОРЗИНКИ ПОДСОЛНЕЧНИКА В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан

Изучена взаимосвязь распределения выхода и моносахаридного состава компонентов распада протопектина (ПП) корзинки подсолнечника - микрогеля (МГ), пектиновых веществ (ПВ) и олигосахаридов (ОС) от скорости потока гидролизущего раствора от 3 до 6 мл/мин в прямоточной экстракционной колонке в условиях динамического режима (ДР). Показано, что с увеличением скорости потока присходит пропорциональное возрастание содержания всех компонентов реакций распада ПП - МГ, ПВ и ОС. Содержания основных компоненто в МГ и ПВ очень близки между собой, а суммарное содержание этих продуктов в зависимости от скорости потока достигает от 20 до 30%, что значительно больше, чем выход пектиновых полисахаридов при других условиях реакции в статическом режиме (СР). Регулированием скорости потока удаётся направить реакцию распада ПП преимущественно в сторону получения МГ или ПВ с высоким содержанием остатков галактуроновой кислоты.

/ОУ /у>

Ключевые слова: протопектин, микрогель, пектиновые вещества, корзинка подсолнечника, скорость потока, динамический режим, галактуроновая кислота.

Ранее в работах, выполненных в Институте химии им. В.И.Никитина Академии наук Республики Таджикистан была продемонстрирована взаимосвязь моносахаридного состава и молекулярной массы пектиновых полисахаридов с источником и степенью зрелости растительного сырья. Было также выявлено, что указанные параметры существенно зависят от способа осуществления гидролиз-экстракции, в частности в режимах статики [1] и динамики [2-4], а также, от физико-химических параметров процесса гидролиз-экстракции растительного сырья. О качестве продуктов распада протопектина (ПП) в основном судят по содержанию в них звеньев галактуроновой кислоты (ГК) и степени их метоксилирования или степени этерификации (СЭ). Как правило, с увеличением значений этих параметров улучшаются желируюшие свойства пектиновых полисахаридов. Показано [2-4], что при прочих равных условиях проведение гидролиз-кстракции в динамическом режиме (ДР) приводит к улучшению свойств пектиновых полисахаридов по сравнению со статическим (СР). Важнейшими физико-химическими параметрами процесса гидролиз-экстракции, способными регулировать моно-сахаридный состав пектиновых веществ, является рН, ионная сила раствора, температура и давление, а при динамическом режиме появляется и дополнительный параметр - скорость потока гидролизую-щего раствора. В связи с этим целью данной части работы явилось выявление воздействия скорости потока на гидролиз-экстракцию протопектина в динамическом режиме.

В качестве сырья были использованы корзинки подсолнечника (КП), являющиеся источником большого количества водонабухаюших и водорастворимых компонентов распада протопектина. Экс-

Адрес для корреспонденции: Халиков Джурабой Халикович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: dkhalikov@rambler.ru

трагентом служил раствор соляной кислоты. Была выбрана прямоточная экстракционная колонка общей высотой 78 см, высотой нагревательного элемента 44 см и диаметром 3.3 см. Максимальная загрузка сырья в экстрактор составляла 20 г. В процессе гидролиз-экстракции раствор-гидролизат выводился из системы со скоростью, равной скорости поступления гидролизующего агента в экстрактор.

Исследование процесса распада протопектина в ДР было проведено при температуре процесса 85оС, скорости потока элюанта от 3 до 6 мл/мин, при рНисх=1.2. Объём выхода раствора-гидролизата разделяли на восемь фракций по 50 мл. В пределах каждой фракции пектиновые полисахариды разделяли на три фракции: водонабухающую часть (гидрогель), условно названную нами микрогелем (МГ), отделяли центрифугированием, осаждением этиловым спиртом из маточного раствора выделяли пектиновые вещества (ПВ) и выпариванием оставшегося раствора - олигосахариды (ОС).

В качестве примера в табл. 1 и 2 приведены значения выхода для каждой фракции МГ, ПВ и ОС, рассчитанные в процентах по отношению к исходному количеству сухих КП при скорости потока гидролизуюшего раствора 5 мл/мин, а также содержание остатков ГК и их метоксилированных звеньев во фракциях МГ и ПВ, а также экспериментальные данные по численным : ных и эфирных чисел.

^У ^/СГ

Выход и параметры фракций МГ

значениям кислот-

Таблица 1

V

р-ра, мл

Выход, %

ГК, %

ры фракций Кс, %

Сэ, %

СЭ, %

50

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

100

1.13

63.00

10.44

5.04

32.56

150

6.54

81.00

9.18

7.02

43.33

200

3.27

72.00

9.54

6.12

39.08

250

1.54

66.00

10.80

4.68

30.23

300

0.53

64.20

10.98

4.50

29.07

350

0.22

62.40

11.16

4.32

27.91

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

Таблица 2

у р-ра, мл Выход, % ГК, % Кс, % Кэ, % СЭ, % ОС, %

50 0.18 40.2 10.26 4.86 32.14 0.40

100 0.27 55.2 9.90 5.22 34.52 1.48

150 0.33 63.0 9.54 5.76 37.65 1.68

200 1.78 70.2 8.46 7.02 45.35 1.85

250 3.10 75.0 8.10 7.56 48.28 2.37

300 3.20 73.8 8.28 7.38 47.13 3.12

350 3.35 67.9 8.82 6.66 43.02 4.89

400 3.60 61.2 9.54 5.94 38.37 7.15

сумма 15.81 0.0 0.00 0.00 0.00 22.94

На рис. 1 представлено изменение суммарного содержания фракций МГ, ПВ и ОС в зависимости от исходного значения скорости потока. Возрастание скорости потока гидролизуюшего раствора приводит к пропорциональному увеличению всех компонентов реакции - МГ, ПВ и ОС.

4 5

Скорость потока, мл/i

Рис. 1. Действие скорости потока гидролизуюшего ;______

на распределение продуктов распада протопектина. Т=85°С, рН=1.2.

При этом содержания основных компонентов МГ и ПВ очень близки между собой, хотя имеется тенденция к повышению содержания первого по сравнению со вторым, с увеличением скорости потока. Суммарное содержание этих продуктов, в зависимости от скорости потока, достигает от 20 до 30%, что значительно больше, чем выход пектиновых полисахаридов в СР. Наибольшее количество продуктов распада IIII приходится на долю ОС, содержание которых находится в области 20% и мало изменяется с изменением скорости потока. Наиболее ценные продукты распада IIII - МГ и ПВ достигают уровня 30%. Распад IIII достигает почти 60%, что также составляет наибольшее количество гидролизованного протопектина по сравнению с другими сп< 5ами получения ЛВ. Несмотря на близость суммарных выходов МГ и IB, распределение этих фр ий внутри объёмов выхода существенно различается (рис.

— ПВ, Змл/мин -0-ПВ, 4мл/мим -Аг ПВ, Бмл/мин -*-ПВ, бмл/мин -Ж-МГ, Змл/мин -©-МГ, 4мл/мин —4—МГ, 5мл/мин

— МГ, бмл/мин

ода МГ и ИВ от объёма выхода при различных скоростях потока —°раствораТ=85°С,рН=12.

С увеличением скорости потока растворителя максимум выхода МГ смещается в сторону меньшего объёма и наибольшее значение, при скорости потока 6 мл/мин, достигается в области 150 мл, в то время как максимум выхода !В находится в области более 300 мл. !ри этом выход !В в 2.5

- 3 раза меньше, чем МГ (рис 2). Так, например, при скорости потока 3 мл/мин выход МГ и ПВ в области максимума (У=250 мл) практически находится на одном уровне, а при скорости 6 мл/мин выход МГ почти в 3 раза больше, чем ПВ и максимум выхода этих компонентов соответственно прихо-

дится на 150 и 300 мл.

Рис. 3. Зависимость выхода ОС от объёма выхода компонентов при различной скорости потока

гидролизующего раствора. Т=85°С, рН=1.2.

У*

Такое распределение МГ и ПВ в зависимости от объёма выхода является косвенным доказательством ранее выдвинутых предположений [5, 6] о последовательности распада ПП на МГ и далее

^ \ / Л 7 ^^ / на ПВ. Важно, что в динамическом режиме с изменением скорости потока удаётся регулировать молекулярную массу компонентов распада ПП, а также выход МГ и ПВ. Важность такого подхода заключается в том, что путём регулирования скорости потока растворителя, наряду с другими параметрами процесса, можно направить реакцию распада ПП преимущественно в сторону получения МГ или ПВ.

Что касается ОС, то с увеличением скорости потока происходит снижение его выхода (рис. 3), что связано, по-видимому, с уменьшением процесса деструкции макромолекул ПП из-за снижения контакта гидролизующего раствора с растительным материалом.

Наряду с перераспределением выходов компонентов распада протопектина - МГ, ПВ и ОС существенное изменение претерпевает и распределение моносахаридных остатков в макромолекулах соответствующих продуктов. При этом, чем больше выход МГ, тем выше в нём содержание ГК (рис. 4), а степень этерификации ГК выше в ПВ, несмотря на меньший выход (рис. 5), что обуславливает хорошую растворимость ПВ в воде с ростом в них этерифицированных остатков ГК.

воде с р

моносахаридный сост ния этих параметров непосред набором водонабухающих и водор

"К в МГ и ПВ в зависимости от объёма выхода I гидролизующего раствора. Т=85оС, рН=1.2.

е воздействия скорости потока гидролизующего раствора на выход и онентов распада 1111 КП показывает возможность широкого варьирова-

полиэлектролитов.

4*

а стадии получения пектиновых полисахаридов с широким творимых продуктов на основе природных макромолекулярных

Поступило15.01.2017 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Халиков Д.Х., Горшкова Р.М., Халикова С. и др. Распад протопектинов при кислотном гидролизе растительных материалов. - ДАН РТ, 2007, т.50, №4, с. 340-343.

2. Горшкова Р.М., Мухидинов З.К., Махкамов Х.К. и др. Сравнительное исследование процесса гидролиз-экстракции протопектина корзинки подсолнечника. - Вестник Таджикского технического университета, 2010, №3 (11), с. 55-60.

3. Мухидинов З.К., Горшкова Р.М. и др. Способ получения пектина из растительного сырья - Малый патент на изобретение Республики Таджикистан ТТ 290, 2009.

4. Горшкова Р.М., Мухидинов З.К., Махкамов Х.К. и др. Статический и динамический режимы кислотного гидролиза протопектина корзинки подсолнечника. - Известия Академии наук Республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук, 2010, №3(140), с. 69-75.

5. Халиков Д.Х., Махкамов Х.К., Горшкова Р.М. и др. Распад протопектина корзинки подсолнечника в потоке гидролизующего раствора. - ДАН РТ, 2012, т.55, №11, с. 887-891.

6. Халиков Д.Х., Махкамов Х.К., Горшкова Р.М. и др. Распад протопектина корзинки подсолнечника как последовательная реакция, протекающая в потоке. - ДАН РТ, 2012, т.55, №12, с.975-980.

Ч,.Х.Холи^ов, Г.Н.Бобочонова, Р.М.Горшкова, Х.К.Махкамов ТАЪСИРИ СУРЪАТИ ИСТЕХСОЛИ МУТТАСИЛ ДАР ГИДРОЛИЗ-ЭКСТРАКСИЯИ САБАДЧАИ ОФТОБПАРАСТ БО РЕЧ,АИ ДИНАМИКИ

Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон

Робитаи мутакобилаи таксимоти баромадхо ва таркиби кисматхои моносахариди тачзияи протопектинии (ПП) сабадчаи офтобпараст (СО)- микрогел (МГ), моддаи пектинй (МП) ва олигосахаридхо (ОС) аз суръати истехсоли муттасили махлули гидролизшаванда аз 3 то 6 мл/дак бо колонкаи экстраксионии дакик дар речаи динамикй (УД) тахти тадкикот карор дошта, омухта шудааст. Нишон дода шудааст, ки бо зиёд шудани суръати истехсоли муттасил кулли кисматхои тачзияшавандаи реаксияи ПП-МГ, МП ва ОС мутаносибан меафзояд. ^исматхои асосй МГ ва МП байни худ хеле наздик буда, мавчудияти умумии хамин махсулот вобаста аз суръати истехсоли муттасил аз 20 то ба 30 фоиз мерасад, ки ин баромади зиёд нисбати полисахаридхои пектинй дар шароити дигари реаксионй речаи статикй (УС) мушохида мешаванд. Ба тартибандозии суръати муттасили истехолот имконият медихад, ки реаксияи тачзияшавии ПП бештар ба самти хосилшавии МГ ё МП бо мавчудияти зиёди бокимондаи туршии галактуронй равона мешавад.

Калима^ои калиди: протопектин, микрогел, моддаи пектинй, сабадчаи офтобпараст, суръати истехсоли муттасил, рецаи динамикй, туршии галактуронй.

D.Kh.Khalikov, G.N.Bobodjonova, R.M.Gorshkova, H.K.Makhkamov AN INFLUENCE OF REACTION RATE FOR HYDROLYSIS-EXTRACTION OF SUNFLOWER BASKETS AT THE DYNAMIC MODE

V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Interconnection of dividing the yields and monosaccharide composition the protopectin (PP) of sunflower basket (SB) - microgel (MG), pectin compounds (PC) and oligosaccharides(OS) regarding speed of stream the hydrolyzing solution from 3 to 6 mL/min in direct-flow extraction column at the condition of dynamic mode (DM) was studied. There is illustrated that by increasing of speed of stream occurs well-proportionated growth the contents of all components the reaction of decomposition reaction PP-MG, SB and OS. The contents of main components MG and PC are very close inter se, but total content these products depending on flow rate runs up to 20-30 per cents, which it is considerably more than that yields of pectin polysaccharides obtaining by the other conditions of reaction, by statistic conditions(SC). The management of flow rate promotes direct decomposition reaction of PP to predominantly direction of obtaining the MG or PC with high containing remainders the galacturonic Key words: protopectin, microgel, pectin compounds, sunflower baskets, flow rate-dynamic mode, galacturonic acid.

flower bas,

WAP