Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №43 (март) 2017
Разделы: Химия, Экология
Размещена 05.03.2017. Последняя правка: 27.02.2017.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА

Риянова Эвелина Эльдаровна

ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет

магистрант 2го года обучения

Кострюкова Наталья Викторовна, кандидат химических наук, доцент кафедры «Безопасность производства и промышленная экология» ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет


Аннотация:
В статье изложены результаты физико-химического анализа свекловичного жома – сырья для получения пектина.


Abstract:
The results of physic-chemical characterization of sugar beet pulp as a raw material for pectin obtaining are shown in this article.


Ключевые слова:
свекловичный жом; пектин; кислотность; общий сахар; технический анализ; элементный анализ; теплотворность.

Keywords:
sugar beet pulp; pectin; acidity; total sugar; proximate analysis; ultimate analysis; calorific value.


УДК 664

Введение

Свекловичный жом – самый проблемный побочный продукт производства сахарной свеклы. Его количество достигает 80% от массы переработанного сырья. До сих пор потребителями этого продукта являлись животноводческие фермы, и они не справлялись с таким объемом: жом довольно быстро портится и полностью теряет питательную ценность, это является экологической проблемой [1].

Пектин представляет собой порошок от белого до серо-коричневого цвета. Пектины содержатся практически во всех фруктах, овощах и ягодах. Их можно получать из отходов производств пищевой промышленности. В Российской Федерации, в частности, в Республике Башкортостан, следует использовать в качестве пектиносодержащего сырья жом сахарной свеклы, из-за наличия необходимой сырьевой базы – сахарных заводов, на которых в качестве побочного продукта образуется свекловичный жом [2].

 
Актуальность
Производство пектина из свекловичного жома позволит не только снизить негативное воздействие сахарных заводов на окружающую среду, но и уменьшить импортную зависимость Российской Федерации в пектине.
 
Цель работы
Определение физико-химических характеристик свекловичного жома, значения которых необходимы для дальнейшего проведения экстракции пектина.
 
Задачи:
-                   определить значения влажности, pH, общей кислотности, количество общего и специфических сахаров в свекловичном жоме;
-                   определить характеристики свекловичного жома как топлива: количество летучих веществ, связанного углерода, зольности (технический анализ), количество C, H, N, O (элементный анализ), значение высшей и низшей теплотворности (анализ теплотворной способности).
 
Материалы и методы исследования

Определение характеристик свекловичного жома, как сырья для дальнейшего получения пектина, проведено в рамках научной стажировки в Университете г. Салерно (Италия, Università degli studi di Salerno) в лабораториях Химической и Пищевой Технологии (Ingegneria Chimica e Alimentare) кафедры Промышленной инженерии (Departimento di Ingegneria Industriale DIIN).                     

  а)                                                                                    б)                                                            

сырой свекловичный жом                               высушенный гранулированный жом (пеллеты) 
а - сырой свекловичный жом; б - высушенный гранулированный жом (пеллеты)

Рисунок 1 – Свекловичный жом COPROB
 

Сырой свекловичный жом (рисунок 1а) и пеллеты (рисунок 1б) предоставлены в конце октября 2016 года Сельскохозяйственным кооперативом производителей свеклы (Cooperativa Produttori Bieticoli Cooperativa Agricola – COPROB), расположенным в коммуне Минербио провинции Болонья региона Эмилия-Романья на севере Италии. Далее жом хранился в холодильнике при температуре -18°С в течение 2 месяцев.
Количество влаги в сыром свекловичном жоме и пеллетах определено с помощью галогенового анализатора влажности KERN. Технический анализ проведен в термогравиметрическом анализаторе TGA 701 LECO. Содержание углерода, водорода и азота в образцах измерено с помощью элементного анализатора LECO CHN-2000. Содержание кислорода рассчитано путем вычитания зольности и содержание водорода, углерода, азота от общего числа.
Высшая теплотворная способность (HHV, МДж/кг сухого вещества) сырого свекловичного жома и пеллет определена по формуле:

формула 1
где C, H, S, O, N и ASH – процентное содержание углерода, водорода, серы, кислорода, азота и золы в сухой массе образца, определенное при элементном анализе.
Низшая теплотворная способность (LHV, МДж/кг сухого вещества) рассчитана по формуле:

формула 2 

Общая кислотность определена проведением титрования раствора свекловичного жома (фактор разведения fd= 23.71 мл/г) раствором NaOH с нормальностью 0,09322 моль∙экв/л с использованием бюретки и рН-метра до значения рН=8.1, при котором стандартный индикатор фенолфталеин меняет свою окраску.
Кислотность раствора вычислена по формуле:

формула 3 

где  VNaOH – количество раствора NaOH, пошедшего на титрование, мл;
CH – нормальность раствора NaOH, моль∙экв/л (СН=0.09322 моль·экв/л);
f– фактор разведения, мл/г;
Vф – количество фильтрата, взятого для титрования, мл.
Кислотность по массе лимонной кислоты рассчитана по формуле:

формула 4 

где Wэкв– миллиэквивалент лимонной кислоты (Wэкв = 64.043 мэкв);
100 – коэффициент для перевода величины в 100 г образца;
1000 – коэффициент для перевода миллиграмм в грамм.
Содержание общего сахара определено посредством проведения гидролиза (20%-ный раствор соляной кислоты, фактор разведения свекловичного жома в растворе  f= 42.47 мг/л) и дальнейшего титрования с использованием реактивов Фехлинга А – сульфата меди и B – тартрата калия-натрия (редокс-реакция).

 Далее по формуле (5) рассчитано количество сахаров С, г/100г СЖ в растворе свекловичного жома:

 формула 5
где K – поправочный коэффициент к титру раствора Фехлинга;
 fD– коэффициент разведения образца;
Vобщ – объем образца, израсходованного на титрование, мл.
Специфические сахара определены с помощью проведения жидкостной хроматографии ВЭЖХ.
 
Результаты и их обсуждение
Результаты технического, элементного анализов и анализа теплотворности представлены в таблице 1. Среднее количество влаги в сыром свекловичном жоме составило 73,15±0.05 %масс., в пеллетах – 11,55±0.05%масс.
 
Таблица 1 – Результаты технического, элементного анализа и анализа теплотворности

 

Сырой жом

Пеллеты

Влажность (%масс.)

73.15

11.55

Технический анализ (%масс., сухая масса)

Летучие вещества

78.85

80.78

Связанный углерод

16.29

15.31

Зольность

4.86

3.91

Элементарный анализ (%масс., сухая масса)

C

43.91

43.60

H

6.28

6.76

N

1.36

1.28

O

48.45

48.37

Анализ теплотворности (МДж/кг, сухая масса)

HHV (высшая теплотворная способность)

17.60

18.08

LHV (низшая теплотворная способность)

16.26

16.60

 
Отмечено, что результаты для сырого свекловичного жома и пеллет очень похожи.
теплотворная способность видов топлива
Рисунок 2 – Высшая теплотворность важных видов топлива
 
Высшая теплотворность сырого свекловичного жома – 17.6±0.05 МДж/кг, что позволяет использовать его в качестве биотоплива. Для сравнения, на рисунке 2 представлены значения высшей теплотворности [3] видов топлива: свекловичный жом имеет значение высшей теплотворности, сравнимой с древесным углем, торфом, деревом и глицерином. Согласно работе [4], высшая теплотворность английского сырого прессованного свекловичного жома составляется 5.32 МДж/кг и низшая теплотворность 3.20 МДж/кг (рисунок 3).
сравнение топливных характеристик
Рисунок 3 – Сравнение топливных характеристик разных видов СЖ
 
Измеренное с помощью pH-метра Toledo значение pH для сырого свекловичного жома составило 7.21±0.06 при t=17°C:
Значение общей кислотности раствора сырого свекловичного жома (для 250 мл) составило 4.42±0.05. Кислотность по массе лимонной кислоты составила 0.28±0.05.
Количество общего сахара в свекловичном жоме составило 8.13±0.05%. Количество общего сахара в свекловичном жоме в соответствии с литературным источником [5] – около 6.83%.
1 г сухого вещества свекловичного жома содержит 23.27±0.77 мг сахарозы и сырой свекловичный жом содержит 6.25±0.21 мг сахарозы, а также небольшое количество глюкозы и фруктозы.
 
Выводы
Из выполненных экспериментов следует, что для раствора сырого свекловичного жома в дистиллированной воде значение pH равно pH=7.21±0.06, общей кислотности – 4.42±0.05 мэкв NaOH в 100 г сырого свекловичного жома, кислотности по массе лимонной кислоты – 0.28±0.05 г лимонной кислоты в 100 г сырого свекловичного жома.
Свекловичный жом содержит 8.13±0.05% общего сахара. В частности, сухое вещество жома содержит 23.27±0.77 мг сахарозы, и сырой свекловичный жом содержит 6.25±0.21 мг сахарозы, свекловичный жом также содержит в своем составе небольшое количество глюкозы и фруктозы.

Высшая теплотворность сырого свекловичного жома составляет 17.6±0.05 МДж/кг, высушенного гранулированного – 18.08±0.05 МДж/кг, таким образом, свекловичный жом можно использовать не только в качестве сырья для производства пектина, но и в качестве биотоплива.

Библиографический список:

1. АгроXXI. Агропромышленный комплекс [Электронный ресурс]. URL: https://www.agroxxi.ru/stati/rynok-saharnoi-svekly-v-rosi.html (Дата обращения: 15.02.2017).
2. Риянова Э. Э. Разработка технологии получения пектина из отходов сахарного производства / Э. Э. Риянова, Н. В. Кострюкова, Э. Ф. Абдуллина // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2014): Сборник научных статей XI-й Международной научно-технической конференции. – Уфа: УГАТУ, 2014. – 264с. – С. 147-152.
3. TehTab [Электронный ресурс]. URL: http://tehtab.ru/ guide/ guidephysics/guidephysicsheatandtemperature/comnustionenergy/fuelshighercaloricvalues/ (Дата обращения: 17.02.2017).
4. Akram M., Tan C.K., Garwood D.R., Fisher M., Gent D.R., Kaye W.G. Co-firing of pressed sugar beet pulp with coal in a laboratory-scale fluidized bed combustor // Applied energy. – 2015. – P. 1-8.
5. Marijana B. Sakac, Draginja M. Pericin, Anamarija I. Mandic, Sandor M. Kormanjos. Antioxidant properties of ethanolic extract of sugar beet pulp // APTEF. – 2004. – P. 255-264.




Рецензии:

5.03.2017, 22:26 Набиев Алпаша Алибек
Рецензия: Представленная статья оформлена на основе экспериментальных исследований и получены нормальные научные результаты для решения экологических проблем изложенные в статье. Я рекомендую опубликовать этой статью.

06.03.2017 10:10 Ответ на рецензию автора Риянова Эвелина Эльдаровна:
Благодарю за Вашу рецензию!



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх