Получение биоэтанола из полисахаридсодержащего сырья Калининградской области

Как следует из полученных зависимостей (рис. 2) при pH > 7,0, т. е. в диапазоне pH очищенных соков и сиропов свеклосахарного производства, частицы фильтроперлита имеют положительный заряд, что способствует адсорбции образующихся при сгущении соков отрицательно заряженных красящих веществ, в частности меланоидинов, и снижению цветности сиропов.

Положительный заряд частиц фильтроперлита позволяет предположить, что возврат его с осадком с сиропных фильтров на преддефекацию приведет к повышению эффективности осаждения и коагуляции высокомолекулярных соединений, имеющих отрицательный заряд, и соответственно к повышению общего эффекта очистки диффузионных соков. На это также указывают данные, приведенные в работах [6, 7].

Таким образом, использование фильтроперлита для повышения эффективности сгущения соков на выпарной станции, а затем для очистки диффузионных соков удлиняет полезный путь движения его по верстату завода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гоголин В.А., Протасов Г.А. Интенсификация кипения на поверхности нагрева с пористыми газотермическими покрытиями. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980. - 56 с.

2. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - 5-е изд., доп. - М.: Атомиздат, 1979. - 416 с.

3. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. - М.: Химия, 1968. - 304 с.

Суспензия фильтроперлита:

-о— в дистиллированной воде ^^в 15%-м растворе сахарозы

Рис. 2

4. Савостин А.В. Антинакипные свойства порошкообразных добавок при выпаривании соков свеклосахарного производства // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1990. - № 4. - С. 52-54.

5. Савостин А.В. Интенсификация теплопередачи в выпарных аппаратах // Сахарная свекла: производство и переработка. -1990. - № 6. - С. 52-53.

6. Лосева В.А., Говорунов Н.В., Наумченко И.С. Очистка диффузионных соков с применением перлита. - М.: АгроНИИТЭ-ИПП, 1989. - Вып. 20. - С. 23-26.

7. Лосева В.А. Способы повышения эффективности очистки сахарныхрастворов.-М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1986.-Вып. 5. -28 с.

Поступила 14.04.11 г.

INCREASE OF PERLITE FILTER UTILIZATION EFFICIENCY IN TECHNOLOGY OF SUGAR PRODUCTION

A.V. SAVOSTIN

Kuban State Technological University,

2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072;ph.: (861) 255-84-11, e-mail: k-tsv@kubstu.ru

The results of researches of influence perlite filter on efficiency of evaporated and cleared diffusion juices are resulted. Electrokinetic properties of perlite filter are investigated.

Key words: perlite filter, scum, effect of clearing.

663.534

ПОЛУЧЕНИЕ БИОЭТАНОЛА ИЗ ПОЛИСАХАРИДСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Ю.А. ЖУКОВА, М.В. НАЙДАНОВА, О.Я. МЕЗЕНОВА

Калининградский государственный технический университет,

236000, г. Калининград, Советский пр-т, 1; электронная почта: mezenova@klgtu.ru

Исследованы красные морские водоросли Балтийского моря ЕигсеПапа 1итЬпсаШ и пшеничная солома в качестве потенциального полисахаридсодержащего сырья для получения биоэтанола. В лабораторных условиях разработаны и исследованы технологии получения биоэтанола из данного сырья, основанные на применении современных ферментных препаратов и дрожжей.

Ключевые слова: биоэтанол, красные морские водоросли ЕигсеПапа ЫтЬпсоШ, пшеничная солома, ферментные препараты, комплексная переработка сырья.

Вопросы биоэнергетики, связанные с получением Для России перспективным биотопливом представ-новых видов кислородсодержащего биотоплива (био- ляется биоэтанол, поскольку он может быть получен

этанол, биодизель), становятся все более актуальными. на действующих предприятиях гидролизного спирта

из широкого спектра растительного полисахаридсодержащего сырья, включающего не только крахмал, но и целлюлозу (древесина, травы, листья и т. п.).

Традиционным источником получения биоэтанола является крахмал зерновых культур (пшеница, рожь, кукуруза и др.), а также картофель, сахарная свекла, сахарный тростник, использование которых отрицательно сказывается на продовольственном рынке. Целесообразнее биоэтанол получать из целлюлозы (полисахарид, состоящий из остатков глюкозы, связанных между собой Р-(1,4)-гликозидными связями), источником которой могут быть различные отходы сельского и лесного хозяйства: солома зерновых, древесные опилки, сухая растительная биомасса.

В Калининградской области перспективным полисахаридсодержащим сырьем для получения биоэтанола могут быть красные водоросли, образующие значительные запасы на побережье. В этом случае источником биоэтанола потенциально являются каррагинаны -полисахариды, являющиеся сульфатированными гете-рогликанами, молекулы которых построены из остатков производных Б-галактопиранозы со строгим чередованием а-(1-3) и Р-(1,4)-гликозидных связей [1].

Цель настоящих исследований - разработка технологии биоэтанола из полисахаридсодержащего сырья Калининградского региона.

Для этого поставили задачу экспериментального обоснования способов гидролиза полисахаридов до моносахаров и брожения последних с получением этилового спирта из пшеничной соломы и красной водоросли Fuгcellaгia lumЬгicalis.

Работы выполнялись при поддержке Фонда Кирхгофа. Эксперименты с соломой проводили в Гамбургском техническом университете (Германия), с красными водорослями - в Бремерхафенском научно-исследовательском институте «Бионорд» (Германия).

При обработке пшеничной соломы в качестве метода разделения гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина был выбран 2-ступенчатый термо-экстракционный способ деградации растительной биомассы. После прохождения гидротермальной обработки при 210°С, необходимой для первичной деструкции сырья, биомасса подвергалась 2-ступенчатому воздействию смеси этанол-вода при 165 и 180°С под давлением 40 бар, что позволяло удалять лигнин и гемицеллюлозу.

В качестве исходного сырья использовали измельченную и гранулированную (в виде пеллет) пшеничную солому (производства Германии) влажностью 14%.

Для эффективного гидролиза целлюлозы до глюкозы применяли следующие ферменты:

Целлюкласт 1,5Л представляет собой жидкий препарат целлюлазы, изготовленный посредством глубинного брожения отобранного штамма гриба Tгichodeгma гeesei, катализирует распад целлюлозы на глюкозу, целлобиозу и более высокомолекулярные полимеры глюкозы; оптимум действия рН 6, 40°С;

Новозайм 188 (производитель - компания №уо-7ушеБ, Дания) представляет собой жидкий препарат

Контейнер для воды, органического растворителя

Рис. 1

целлобиазы, изготовленный посредством глубинного брожения отобранного штамма гриба Aspergillus nige, содержит главным образом Р-глюкозидазу, которая расщепляет Р-1^4-гликозидные связи целлобиозы; оптимум действия рН 5, 40°С.

Для брожения глюкозы с получением этанола были использованы дрожжи Turboyeast Alcotec 48 (фирма Hambleton Bard, Германия).

Схема экспериментальных исследований включала гидротермальную обработку пшеничной соломы, сущность которой в выделении гемицеллюлозы из растительной биомассы с последующей обработкой органическим растворителем (Organosolv) для экстракции лигнина.

Лабораторный реактор, использованный для предварительной гидротермальной обработки соломы (рис. 1), представлял собой емкость объемом 50 мл, в которой регулировались температура и давление. Вместимость реактора по соломе составляла около 17 г

При проведении ферментативного гидролиза биомассы твердый остаток растворяли в универсальном буфере, куда вводили ферменты. При температуре около 50°С пробы инкубировали, постоянно перемешивая, в течение 72 ч. По окончании ферментативного гидролиза концентрацию образовавшейся D-глюкозы определяли при помощи специального лабораторного набора химических реагентов (D-Glucose HK kit, фирма Megazyme) и УФ-спектрофотометра.

Сбраживание глюкозы в этанол осуществляли в лабораторной установке, которая представляла собой герметичный реактор, укомплектованный газоотводным устройством.

В результате проведенных исследований была разработана обобщенная технологическая схема получения биоэтанола из пшеничной соломы, представленная на рис. 2. Выход целевого продукта составил 5% к массе сырья.

В экспериментах с красными водорослями использовали фурцеллярию (Furcellaria lumbricalis (fastigiata)). Водоросли собирали зимой 2008 г. на побережье Балтийского моря в районе городов Светло-

Пшеничная солома

Смесь

этанол-вода

210°С, 30 бар

Сухой остаток

Обработка этанолом, 40 бар

Водоросли

Г

Измельчение

Вода — Гидротермальная - Экстракт 1:

обработка, гемицеллюлоза, 1

Экстракт 2: лигнин, гемицешполоза

Ферменты: Целлюкласт 1,5 Л, Новозайм 188

Turboyeast Alcotec 48

Целлюлоза

Ферментативный гидролиз целлюлозы

Глюкоза

Брожение глюкозы

Этанол

Рис. 2

Фермент

Оптимум действия

Дозировка, л на 1 т условного крахмала

Сан Супер 360 Л

Термамил

pH 4,0-6,0, температура 30-65°C

pH 4,0-4,6, температура 62-75°C

Вискоферм (целлюлаза,

і л P-H. 5,0 5,5,

эндо-1,4-ксиланаза, эн- ..

„ температура 60-62°C до-1,3

0,6-0,7

0,25

0,15

Вода

Ферменты

и/или

кислоты

Тепловая обработка і

Гидролиз

~г~

Водорослевый остаток

Дистилляция

Дегидратация

этанола

Водорослевый остаток

Биоэтанол

горек и Отрадное. Содержащиеся в фурцеллярии полисахариды подвергали гидролизу е помощью ферментов фирмы №уо7утев, характеристики которых представлены в таблице.

Таблица

Cбpаживание моносахаров проводили сухими дрожжами Saccharomyces cerevisiae „Ethanol Red“ (фирма Fermentis).

Исследовали три способа гидролиза полисахаридов водорослей: химический (обработка соляной и серной кислотами); химико-ферментативный (ферментативная обработка гидролизата после воздействия кислот комплексом ферментных препаратов, содержащих a-амилазу, глюкоамилазу, протеазу, целлюлазу, эн-до-1,4-ксиланазу, эндо-1,3(4)-Р-глюканазу); ферментативный (тепловая и последующая обработка ферментами).

Экспериментальным образом была обоснована технология биоэтанола из красных водорослей, сущность которой заключается в расщеплении полисахаридов

Рис. 3

красных водорослей до моносахаров (в основном галактоз) и их последующем сбраживании спиртовыми дрожжами до этилового спирта (рис. 3).

В случае использования химико-ферментативной технологии биоэтанола из фурцеллярии выход целевого продукта составлял 15% к массе сырья, в других вариантах он был несколько меньшим.

Следует отметить, что апробированные варианты получения биоэтанола из нового полисахаридсодержащего сырья являются модельными, они требуют доработки в части оптимизации значений факторов в ключевых операциях.

Получаемые при обработке сырья дополнительные продукты - лигнин и гемицеллюлозу из пшеничной соломы, твердый остаток из красных водорослей, углекислоту - рекомендуется направлять на использование в различных отраслях промышленности и медицины.

Например, лигнин целесообразно использовать в качестве сорбента редких элементов, тяжелых металлов и красителей из разбавленных водных растворов, бактерий и токсинов в фармацевтической промышленности. Из него получают ряд ароматических веществ, феноллигнинформальдегидные смолы, продукты, необходимые для выращивания кормовых дрожжей.

Гемицеллюлоза является ценным источником для изготовления фурфурола, ксилозы, ксилита [2].

Водорослевый твердый остаток можно использовать в удобрениях или кормовых продуктах. Образующиеся побочные растворы, представляющие собой ценные концентраты минеральных веществ, витаминов, белков и липидов, являются полуфабрикатом для биологически активных композиций, косметических препаратов.

Углекислота незаменима при электросварке металлов, в пищевой промышленности, для борьбы с грызунами. Твердая углекислота, или сухой лед, использует-

ся для охлаждения и замораживания пищевых продуктов, в медицине.

Проведенные исследования показали, что в Калининградской области имеются ресурсы для получения биоэтанола. Это невостребованное полисахаридсодержащее сырье - пшеничная солома и водоросли, которые можно перерабатывать с применением современных ферментных препаратов и дрожжей. В лабораторных условиях разработана технология биоэтанола из красных водорослей (Furcellaria lumbricalis), позволяющая получать целевой продукт в количестве 15% массы сырья. Исследованы условия гидролиза полисахаридной и лигнинцеллюлозной основы пшеничной

соломы, процесс последующего брожения глюкозы, при которых выход биоэтанола составляет 5 и 15% массы сырья соответственно. Показаны рациональные направления комплексного использования биопотенциала новых сырьевых источников биоэтанола.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковернинский И.Н. Основы технологии химической переработки древесины. - М., 1984. - 184 с.

2. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. - М., 1989. - 496 с.

Поступила 23.06.11 г.

BIOETHANOL PRODUCTION FROM POLYSACCHARIDE FEEDSTOCK OF KALININGRAD REGION

YU.A. ZHUKOVA, M.V. NAYDANOVA, O.YA. MEZENOVA

Kaliningrad State Technical University,

1, Sovetskyprosp., Kaliningrad, 236000; e-mail: mezenova@klgtu.ru

Red algae of the Baltic Sea Furcellaria lumbricalis and wheat straw as plant biomass as a potential polysaccharide feedstock for bioethanol production have been investigated. Technologies of bioethanol production in laboratory from the given raw materials, based on application of modern enzymes and yeast are developed and investigated.

Key words: bioethanol, red algae Furcellaria lumbricolis, wheaten straw, enzymes, complex processing of raw materials.

664.654

ВЛИЯНИЕ ОБОГАТИТЕЛЕН НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕСТА ИЗ МУКИ ЦЕЛЬНОСМОЛОТОГО ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

Е.И. ПОНОМАРЕВА, Л.В. ШТОРХ

Воронежская государственная технологическая академия,

394036, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; тел.: (4732) 55-38-51, электронная почта: Elena6815@yandex.ru

Исследовано изменение реологических свойств теста из муки цельносмолотого зерна пшеницы в процессе брожения при внесении обогатителей: яичной скорлупы, подсолнечного масла и порошка из подсолнечного жмыха. Установлено, что добавление яичной скорлупы и порошка из подсолнечного жмыха увеличивает эффективную вязкость теста, доказано укрепляющее действие этих обогатителей на структуру полуфабриката. Внесение подсолнечного масла способствовало снижению эффективной вязкости в процессе брожения теста. Получены математические зависимости, позволяющие прогнозировать и регулировать эффективную вязкость теста в процессе брожения.

Ключевые слова: мука из цельносмолотого зерна пшеницы, хлебобулочные изделия, обогатители, реологические свойства, эффективная вязкость теста.

Для оптимизации качественных показателей хлебобулочных изделий необходим обобщающий критерий, по которому можно прогнозировать свойства изделий и определять пути их регулирования. Таким критерием может служить вязкость теста [1]. Этот показатель для теста из пшеничной и ржаной муки достаточно изучен.

Цель настоящего исследования - изучение изменения эффективной вязкости теста из цельносмолотого зерна пшеницы в процессе брожения и в зависимости от вносимых обогатителей.

Эффективная вязкость псевдопластических жидкостей определяется выражением [2]

где ао - напряжение сдвига, не зависящее от индекса течения п, Па; ^о, уо - постоянные параметры, определяемые по точке пересечения прямых, построенных в спрямляющих координатах 1п ^ = 1пу на основе экспериментальной зависимости ^ от у.

С учетом линейной зависимости фактора (п - 1) формула (1) может быть записана в следующем виде:

(я- 1)о +к ^брі

о n- 1

= n о

n 2 = n (

n з = n t

у

У,

(n- 1)о

(n- 1)о

о

n- 1

З 1 брЗ

о