Выделение целлюлозы из свекловичного жома

Свекловичный жом является побочной продукцией свеклосахарного производства, который образуется после экстракции сахара из сахарной свеклы. Жом является стружкой толщиной не более 2 мм, влажность которой достигает 90% [1, 3, 4]. Состав жома достаточно разнообразен, в него входят (% к общей массе): пектиновые вещества — 48-50, целлюлоза — 22-25, гемицеллюлоза — 21-23, азотистые вещества — 1,8-2,5, зола — 0,8-1,3, сахара — 0,15-0,20 . Витамины тоже присутствуют в свекловичном жоме, а именно В 1 , В 2 , В 6 , С и др. Такие вещества как ферменты, небольшое количества жира и фитостерины, микроэлементы также обнаруживаются в свекловичном жоме [2]. Существует несколько видов свекловичного жома: свежий, кислый, консервированный, сушеный, мелассированный, амидный, бардяной, амидоминеральный. Все виды свекловичного жома могут использоваться в качестве корма для скота, как источник пектина, как источник пищевых волокон, в качестве источника целлюлозы, как сырье для биогумуса, биогаза и биоэтанола, в производстве полимеров, армированных волокном растительного происхождения.

Выделение целлюлозы из свекловичного жома проводили методом кислотной и щелочной экстракции. Для этого сырой свекловичный жом измельчали до однородного состояния и подвергали обработке раствором 0,4н HCl в течение 4 часов при 90◦С, взятым в соотношении к свекловичному жому как 6:1 (по массе). После проведения кислотной экстракции целлюлозу подвергали промывке дистиллированной водой до достижения pH= 5,5–6,0.

Для удаления липидов и остатка лигнина осадок целлюлозы, полученный в результате кислотной экстракции, подвергали дополнительной щелочной экстракции. Щелочная экстракция проводилась в растворе 0,5% NaOH при температуре 60°С в течение 1 часа, взятом в соотношении к свекловичному жому как 1,5:1 (по массе). Целлюлозу, полученную после щелочной экстракции, также подвергали тщательной промывке дистиллированной водой до достижения pH=6,0. Тщательная промывка целлюлозы после кислотной и щелочной экстракции необходима для удаления реагента и низкомолекулярных продуктов гидролиза пектиновых веществ и гемицеллюлоз.

Полученную после выделения из свекловичного жома растительную целлюлозу подвергали лиофильному высушиванию и измельчению (рисунок 2).

а

б

Рисунок 1 – Свекловичный жом (а) и выделенная из него лиофильно высушенная растительная целлюлоза (б)

Полученную целлюлозу свекловичного жома анализировали при помощи ИК спектроскопии. ИК-спектр образца снимали на спектрометре IRPrestige-21 (Shimadzu, Япония) с Фурье преобразованием при длине волны 400-4000 см-1 с использованием дисков KBr, полученных с помощью ручного гидравлического пресса.

ИК спектр жома                           ИК спектр целлюлозы

Рисунок 4 - ИК спектры свекловичного жома и целлюлозы, выделенной из свекловичного жома

В полученном спектре полоса поглощения в области 3000-3600 см–1 соответствует валентным колебаниям OH-групп целлюлозы. Широкая и менее интенсивная полоса при 2800-3000 см–1 отвечает валентным колебаниям C-H-связей метиновых и метиленовых групп целлюлозы. Пик при 1652 см–1 характеризуются колебаниям связанной с целлюлозой воды. Интенсивные колебания 1000 – 1047 см–1 относятся к валентным колебаниям связей C-O. Пик в области 1162 – 1125 см-1 обусловлен C-O-C асимметрическими искривлениями. Пик в области 1282 см-1 относятся к деформациям C-H связи. Наличие в спектре интенсивного сигнала с максимумом при 1375 см–1 (в области, соответствующей полосе кристалличности целлюлозы) и низкая по соотношению с ним интенсивность сигнала в области 900 см–1 (в области, соответствующей полосе аморфности целлюлозы) позволяют говорить о том, что полученный нами образец целлюлозы отличается высокой степенью кристалличности.

Полученный спектр позволяет заключить на основании пиков поглощения характерных для целлюлозы, что выделенный компонент является целлюлозой. Полученный образец имеет высокую степень очистки от гемицеллюлозы и пектиновых веществ, на долю которых в свекловичном жоме приходится до 75%. Пектиновые вещества состоят из галактуроновой кислоты, которая несет в своем составе карбоксильные группы. Эти группы имеют характерное поглощение в ИК спектрах, которое позволяет легко их идентифицировать и эти группы могут быть использованы в качестве маркеров присутствия в целлюлозе пектиновых веществ и гемицеллюлозы. Карбоксильные группы поглощают при 1730 и 1600 см-1. У свекловичного жома присутствует ярко выраженный пик в области 1730 см-1 и плечо при 1600 см-1, что свидетельствует о высоком содержании пектиновых веществ. Образец очищенной целлюлозы свекловичного жома не имеет пика в области 1600 см-1, а в области 1730 см-1 имеется небольшое поглощение, что говорит лишь о незначительном загрязнении целлюлозы пектином.