Ферментативтік әдісі бойынша сыра езіндісінен ксилоза алу процесін зерттеу

Бұл мақалада зерттеудің нысаны мен мәні 80% табиғи ылғалдылықтың сыра бөлшегі болып табылады. Сыра ұнтағының ксилозды алу үшін жаңа шикізат көзі болуы мүмкін. Жүргізілген зерттеулер нәтижесінде құрамында көбінесе ксилоз бар сыра ұнтағынан пентозды гидролизаттарды алу әдісі әзірленді.

Кілт сөздер: ксилоза, сыра бытырасы, гидролиз, глюкоза, арабиноза.

Еліміздің өндіріс жағдайы тағамдық қалдықтардың, сонымен қоса сыра өндірісінің қалдықтарын жою туралы мәселе алда тұр. Сыра езіндісі ксилоза мен ксилит алу алудың жаңа көзіне айналуы мүмкін, ксилоза мен ксилит өте құнды өнім, оны қант диабетімен ауырушыларға қанталмастырушы есебінде пайдалануға болады. Шет елдерде ксилитті негізінен тағам өнеркәсібінде пайдаланады. АҚШ-та ксилитті арнайы диеталық тағамдарда, сонымен қатар джем, конфитюр және мармелад жасауда пайдалануға рұқсат етілген. ТМД елдерінде тағам өнеркәсібі көптеген кондитерлік заттар ассортиментін мысалы: шоколад, зефир, пастил, мармелад, печенье, консервілерде, вареньелерде қант алмастырғыш есебінде семіздікке қарсы пайдалануға ұсынылады [1]. Оны сондай ақ медициналық мақсатта да кең қолданылады. Физиологиялық активті өнім болғандықтан ксилитті өт айдаушы және бауыр жұмысын жақсартушы препарат есебінде пайдаланылады. Ксилит бауырдың және өттің бөлінуін тездетеді, панкреотикалық ферменттің бөлінуін, перистатльтикасын жақсартады. Сондай-ақ ол бауыр функциясына гликонезирлеуші әсер береді, ішек және өт айдау жолдары ауруларының диагностикасында, антикариесті әсер етуде, демге сергітуші әсер беруде кең пайдаланылады [2].

Ксилозаны ксилит алуда пайдаланады, сонымен қатар оны сыр (краска), олид, лак, желім, смола (шайыр), жууға арналған және жоғары-белсенді заттар, түрлі полимерлі материал дайындауға пайдаланады.

Бүгінгі күні ксилит өндірісі масштабты өсіп отырған сұранысты қанағаттандыра алмауда, соған байланысты ғалымдар оны тағамдық және тағамдық емес шикізаттардан микробиологиялық әдістерді пайдалану арқылы ксилозадан алу жолдарын іздестіруде.

Ксилоза өндірісінің шикізаттық базасы болып орман шаруашылығының қалдығы және өңделген ағаштар (опилка, рейка, кескіндер және т.б), ауылшаруашылығындағы өсімдік қалдықтары (жүгері қабықшасы, пісте қауызы, мақта дәнінің қауызы, сабан және т.б)].

Бұл барлық заттар, бір бірімен сыртқы және физикалық құрамымен айтарлықтай ерекшеленеді, ал химиялық құрамы бойынша көбісі полисахаридтерден және лигниннен құралған.

Өзге компоненттері (крахмал, шайыр, күлді заттар және т.б) өсімдік ұлпаларында аз мөлшерде болады және күлді заттарды қоспағанда қалғандары өсімдікті қайта өңдеуге кері әсер етпейды.

Гидролиз өндірісіндегі ең маңыздысы шикізат құрамындағы полисахаридтердің болуы.

Полисахаридтер – күрделі көмірсутекетр – олар өздерінің құрамы бойынша кең таралған, бізге бұрыннан белгілі – глюкозалар, ксилозалар, фруктозалар, галактозалардан (сүт қанты) біршама ерекшеленеді.

Қалыпты жағдайда олар суда ерімейді және спирт, саңырауқұлақ алуда қолданылмайды. Өсімдік шикізатының гидролиз процесінің нәтижесінде полисахаридтер сумен қослып ыдырап, нәтижесінде қарапайым қант – моносахаридтер, сонымен қатар пентозандар түзіледі [3].

Орталық Азиядағы жыл сайын жаңартылып отыратын және кең тараған шикізат ассортиментін кеңейту және топырақтық-климаттық әсерлерін анықтау мақсатында жүгері қабықшасы (ВИР-156, Каз- 126), гуза паи (Ф-108, С-1727, 108Ф), жүзім сабағы (Дамский пальчик, Победа, Розовый тайфен), дармин және мак (Artemisia cina Berg және Papaver somniferum L.) полисахаридтеріне гидролиз процесін жүргізу арқылы зерттеу жасадық. Дармин мен мак химиялық-фармацевтикалық өндірісте дәрілік препараттар алу үшін кең қолданылып жатқандығын айта кету керек.

Майдаланған өсімдік шикізатардың қажетсіз қоспаларынан арылу үшін 2 сағат бойына 10%-ды Н2SO4 -пен шикізат шығымының ертіндісіне 1:10 қатынасында өңдеп алдық. Толық емес гидролизді 3 сағат бойына 110°С-де 2%-ды Н2SO4 –пен жүргізілді.

Кесте 1 - Ксилозды гидролизаттағы моносахаридтің құрамы

Өсімдік шикізат көзі ретінде дармин және мак қалдықтарын пайдаланған кезде өңдеуді алдымен 2%-ды НСI –мен 3 сағат бойына, сонсын 80%-ды Н2SO4 –пен 2 сағат бойын өңдеу жүргіземіз [4]. Жүгері қабықшасын, гуза-паи және жүзім сабағынен алынған редуцирлеуши гидролизатты Бертан әдісімен, ал дармина мен мак қалдықтарын пайдаланған кезде Макэна-Шоорля әдісімен анықтадық. Гидролизаттағы моносахаридтердің жеке түрлерін анықтау үшін Filtrak FN-3 қағаз хроматографиясымен, 11 және 14 бутанол-сірке қышқылы-су еріткіштері жүйесінде (4:1:5) қатынсында пайдаланамыз. Заттарды анықтау үшін алдымен К2SО4 –пен, сонсын бензидин, ацетон және тұз қышқылын 10:2:1 қатынасында бүрку арқылы анықтаймыз.Ксилозды гидролизаттағы моносахарид құрамы 1 кестеде көрсетілген. Сараптама нәтижесі сыра езіндісі, жүгері қабықшасы, гуза-паи және жүзім сабағы өңдеген кезде құрамында ксилоза алуға жетерліктей компоненттері бар екендігін көрсетті. Нәтиже таңдалған өсімдік шикізатт түрлерінің қажет екендігі дәлелденген.

Кесте 2 - Ксиландағы қанттардың құрамының мөлшері

Алынған мәліметтер (2 кесте) гидролиздің зерттеу объектісін дұрыс таңдалғанын көрсетеді, сыра езіндісінің құрамындағы ксиландарда жоғары мөлшерде ксилозалар мен қажетсіз қоспалардың минималды мөлшері ксилитті шикізатты алуда жиі қолданылатын болады.

Енді осы нәтижелерді негізге ала отырып сыра езіндісінен ксилозаны алу әдісіне тоқталып өтеміз.

Беріліп отырған жұмыстың мақсаты – сыра езіндісінен құрамында ксилоза тектес заттары бар пентозды гидролизат алу әдісін құрастыру. Зерттеу нысаны: табиғи ылғалдылығы 80%-ды сыра езіндісі. Элементті құрамы: С, % 51,37-51,59; Н, % 7,87-7,96; N % 4,42-4,16 [5].

Нәтижесі. Ферментативті гидролиз әдісімен сыра езіндісінен D-ксилозаны бөліп алу әдісі жасалды. Ферментативті процесті 24 сағат бойына 40°С температурада және 5,5 рН ортасында Aspergillus oryzae-дан алынған «Shearzyme» эндо-1,4 ксиланаза ферментін қолдану арқылы жүргізілді. Ферментативті гидролизді жүргізу үшін шикізатты алдын ала дайындап алу қажет, ондағы арабинанды жою үшін жоғары температуралы (1сағ/100°С) өңдеу жасалады. Шикізатқа ультродыбыспен 1-5 минут ішіндегі әсері зерттелді, нәтижесінде 3 минутты өңдеудің өзі шығымның жоғарылағанын көрсетті. Гидролиз өнімінің идентификациясын ТСХ-ны («Silufol» пластинкасы,ерітушілер жүйесі бутанол: сірке қышқылы: су 5:4:1 қатынасында қолдану арқылы іске асырылады. Гидролизаттағы қанттың құрамы титриметрлік әдіспен және ВЭЖХ әдісімен анықталды. Өңдеуден кейін гидролизат құрамында 70% D-ксилоза және 30% L- арабиноза болды. Пентоз шығымы АСВ бойынша 12%.

Әдебиеттер

1. Надиров Н.К., Слуцкин Р.Л. Каталитическое гидрирование и гидрогенолиз углеводов.-М. «Химия», 1976.-192с.
2. Шарков В.И., Куйбина Н.И. Химия гемицеллюлоз.-М. «Лесная промышленность», 1972.-440с.
3. Кедельбаев Б.Ш., Аширов А.М., Керимбаева К.з. Ксилит из растительного сырья. //ХПС.-1997. №3.-С. 458.
4. Кедельбаев Б.Ш., ШертаеваН.Т., Уразбаева К.А. Разработка метода синтеза катализаторов для получения промышленно важных продуктов. –А: Поиск, 2002. №1.-С. 8-10.
5. Минзанова С.Т., Чан Х.Т., Ахмадулина Ф.Ю., Миронова Л.Г., Зобов В.В. Полисахариды пивной дробины // Тезисы докладов Казанского государственного технологического университета. –Казань, 2010. –С23.
6. Айвазян С.С., Чубакова Е.Я. Использование вторичных сырьевых ресурсов в пивоваренной промышленности //Пищевая промышленность.-Москва, 2007.- №7.- С.343-345.