Биомассаны алу және өңдеудің биотехнологиясы Шымкент, 021 Әож 557. 1: 547. Ббк 28. 072 Есимова А. М., Ибраимова Ж. К. «Биомассаны алу және өңдеудің биотехнологиясы»
Өсімдік шикізатының гидролизатын алу
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
| Өсімдік шикізатының гидролизатын алу
Өсімдіктің жасыл бөлігінде хлорофилл мен жапырақтың әсерінен қарапайым бейорганикалық зат – көміртегі диоксидінен және күрделі органикалық зат – көмірсудан үздіксіз синтез үрдісі жүреді. Әрмен қарай көмірсудың биохимиялық өзгеріске ұшырауынан бір жылдық және көп жылдық өсімдіктің құрылысына кіретін әртүрлі органикалық қосылыс пайда болады. Күрделі реакция дегидратацияның (судың молекуласына жатады) нәтижесінде көмірсудың негізгі бөлігі және гемицеллюлоза және целлюлоза – өсімдіктің жасушалық қабырғасының басты құрастырылған бөлігі полимеризация жоғары молекулалы зат – полисахаридтерге ұшырайды, 60 %-дан астам зат өсімдіктен құралған полисахаридтер болып саналады. Олай болса, жер бетіндегі бір жылдық және көп жылдық өсімдіктер полисахаридтің көлемді ресурстары шоғырланған, оның бір бөлігі жыл сайын қайта жаңарады. Бұл полисахаридтер халық шаруашылығында маңызы зор өнімдер мен әр түрлі заттардың микробиологиялық синтезіне арналған жарамды шикізат көзі болып саналады. Бірақ микроорганизм үшін көміртегі көзі ретінде қолданылатын полисахаридтерді, оларды сәйкес келетін моносахаридтерге өзгерту жолымен жүргізіледі. Мұндай үрдіс полисахаридке судың молекуласын қосумен жүреді. Схемалық реакцияны мысалы, целлюлозаның полисахариді – моносахаридтің глюкозасына айналуын келесі теңдеуден көруге болады. ( С6Н10О5) n+ n Н2О nС6Н12О6 целлюлоза глюкоза Судың полисахаридке қосылу реакциясынан пайда болған бастапқы қарапайым қантты гидролиз деп атайды (гректің екі сөзінен тұратын хидор – су және лизис – ыдырау). Полисахарид гидролиз нәтижесінде өсімдіктің жасушалық қабырғасы негізінде моносахарид қоспасына айналады: пентоз (көміртегінің С5Н10О5 бес атомын құрайтын) және гексоз (С6Н12О6 көміртегінің алты атомынан тұратын). Гидролиз өнімінің сулы ерітіндісін гидролизат деп атайды, дайындаудан және тазартудан кейін әр түрлі микроорганизмдерді культивирлеу үшін орта ретінде қолданылады. Өсімдік шикізатына сипаттама. Өсімдік шикізатының химиялық құрамы біркелкі емес және кең ауқымда ауытқуда. Бұл шикізаттың негізгі бөлімі – полисахаридтер. Мұның мөлшері өсімдік шикізатының түріне қарай 40–75 % аралығында болады. Екінші орында өсімдік шикізатының компонентінің мөлшері бойынша құрамы 15–60 % аралықта лигнин саналады. Өсімдік шикізатының қалған бөлігінде қалдық заттар: гидролиз кезінде еритін шайыр, күлді бөлігі және азот құрайтын заттар, сонымен қатар гидролиз кезінде оңай ыдырайтын ацетил және метокси топтары болады. Бұл заттардың мөлшері 3–тен 8% аралықта ауытқиды. Полисахаридтер оңай және қиын гидролизденетін болып бөлінеді. Полисахаридтердің оңай гидролизденетін бөлігі гемицеллюлоза және пектинді заттардан тұрады. Өсімдік шикізатының түріне байланысты 16–39 % аралығында ауытқып отырады. Гемицеллюлозалар – бөлінбейтін өсімдіктің жасушалық қабырғасының құрылысы бойынша күрделі болып келеді. Олар полисахаридтердің 10 000–нан 40 000–дейін молекулярлық массасын құрайды. Олардың гидролизі кезінде моносахаридтердің күрделі қоспасы және басқа заттар түзіледі. Өсімдік шикізатының қиын гидролизденетін полисахаридтері негізінде целлюлоздан (клетчаткадан) тұрады. Қиын гидролизденетін полисахаридтер мөлшері 25–49%-дейін болады. Гемицеллюлоза құрылысына қарағанда целлюлоза құрылысы толық зерттелген. Целлюлоза 300 000–20 000 000 молекулалық массасы мен β – D-глюкопиранозалардың түзу сызықты полимері болып келеді. Полимеризациялану дәрежесі және оның жасына байланысты болады. Оңай және қиын гидролизденетін полисахаридтердің гидролизі кезінде пентозадан (ксилоза, арабиноза) және гексозадан (глюкоза, галактоза, манноза) тұратын моносахаридтердің күрделі қоспасы түзіледі. Өсімдік шикізатының түріне және оны өсіру жағдайына байланысты оңай және қиын гидролизденетін полисахарид қатынасы ауытқиды, сондықтан әртүрлі шикізаттың гидролизі кезінде пентоза құрамы 5–39 % дейін, ал гексоза 25–60% дейін құрауы мүмкін. Ескере кету керек, пентоза мен гексозаның бір – бірімен қатынасы азықтық ашытқыны өсіргенде елеулі мәнге ие емес, демек осы екі топтың моносахаридтері микроорганизммен сіңіріледі. Өсімдік ұлпасының гидролизіндегі өнімнің ішіндегі ерекше орын алатыны лигнин, ол фенилпропандық құрылыстан тұрғызылған ароматтық сипаттағы полимер болып келеді. Табиғи жағдайда лигнин химиялық (лигно көмірсулы) байланысы бар, лигнин – полисахарид комплексіне кіреді. Гидролиз өндірісінде полисахаридтердің толық гидролизінен кейін ерімеген қалдық лигниннің астында болады. Оған полимеризденген табиғи шайырдың ерімейтін бөлігінен басқа, ақуыз күлді заттар кіреді. Гидролизде өңделетін және целлюлоза - қағаз зауытындағы ағашта 20 – 30 % лигнин құрайды, жылына елімізде 4,5 млн.т «гидролиз» лигнині жоғары қалдық түрінде жиналады. Осы уақытқа дейін отын ретінде және әртүрлі қажеттілікте қолданылатын көмір алуда қолданылады. Өсімдік шикізатының басқа компонентінен ацетил және метокси топтарының гидролизі кезінде көптеген гемицеллюлоза құрамына кіретін оңай ыдырайтын зат бар екенін белгілеу керек. Ацетил топтарынан өсімдік ұлпасының гидролизі кезінде бос сірке қышқылы түзіледі. Азықтық ашытқыны өсіргенде сірке қышқылы микроорганизммен бірге моносахаридпен қатар сіңіріледі. Метокси топтары гидролиз кезінде метил спиртін түзеді, оның шығымы 1т абсолютті құрғақ өсімдік шикізатынан 2–7 кг дейін құрауы мүмкін. Метил спирті күшті «у» сондықтан оның гидролизде болмағаны дұрыс. Азот құрайтын заттардың үлкен бөлігі ақуыздан тұрады, гидролиз кезінде аминқышқылы түзіледі. Ақуыздың ерімейтін бөлігі лигнинде қалады. Ашытқыны өсіргенде аминқышқылы микроорганизммен оңай сіңіріліп қоймай және олардың өсуіне мүмкіндік жасайды. Гидролиз кезіндегі шайырлы заттар эмульсияны түзеді, ол коллоидты заттармен және қантты ыдырататын өніммен бірге тұнады. Олай болса, гидролиз үрдісін жүргізер кезде, барлық өсімдік шикізатының барлық компоненттерін гидролизат құрамына елеулі әсер ететінін ескеру керек. Азықтық ашытқы өндірісінде қолданылатын өсімдік шикізаты белгілі талапты қанағаттандыруы керек. Бәрінен бұрын мол мөлшерде полисахаридті құрауы керек. Екінші талабы бағасы қымбат болмауы керек. Осындай себептерге байланысты гидролиз зауыты ағаш өңдегеннен кейінгі қалдығын (ағаштың екі шетін кескеннен қалған кесек ағаш, ағашты тілгеннен қалған кесінді ағаш, ағашты аралағаннан қалған ұнтағы және т.б.), сонымен қатар ауыл шаруашылығының шикізатын өңдегеннен кейінгі қалдықтарын (күнбағыстың қабығы, жүгері собығы, күріштің қабығы және мақтаның қауашағы және т.б.) қолданады. Экономикалық көзқараспен қарағанда өсімдік шикізаты дұрыс болар еді, өйткені оны тасымалдағанда аз шығын жұмсалады. Азықтық ашытқыны целлюлоза – сульфитті щелк өндірісіндегі қалдықтан және предгидролизаттан алуға болады. Мұны микроорганизмді өсіру үшін субстрат ретінде қолдануда өсімдік шикізатын дайындауға қарағанда айырмашылығы бар. жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|