2.3 Техника талдау әдістерін таңдау

Гидролизат өнімдерін химиялық сараптамаға алу үшін бастапқы шикізаттар ретінде алынған мәдени өсімдіктердің өндірістік қалдықтарынан зерттеу үлгілерін гидролиздеп алынған. Гидролиз жағдайы мен әдістемесі жоғарыда көрсетілген әдістеме бойынша жүргізілген, ол үшін майдалап ұнтақталған өсімдіктің полисахаритті массасын 100 г өлшемін көлемі 500 мл болған дөңгелеп түпті колбаға аналитикалық таразыда дәлдігі 0,002г үлгісі салынады. Зерттеуге алынған массасы бар колба үстіне 400 мл 2 проценттік аммиакты ерітінді құйамыз, сөйтіп оны бір тәулік бойында бір қалыпты араластырылып отырылады. Араластыру араластырғыш құрылғының айналу жылдамдығы немесе обороты 0,2 м/сек болуы тиіс. өңделіп болған соң өңделген массаны фарфор воронкасына салып оны ағынды сумен жақсылап ыстық суда шайылады. Қалдық массаның әбден тазарған мөлшерін қайтып колбаға саламыз да аммиакты ерітіндіде қайтып өңдейміз, содан соң өңделген массаны сүзгі қағазында сығып кептіреміз (зерттеу қажеттілігіне қарай).

Аммиакты өңдеуден алынған массаны дөңгелек түбті колбаға салып оның үстіне 0,5 проценттік ортофосфор қышқылын құйамыз да колбаны су банясында бір сағат бойында араластыра отырып 333К температудада қыздырылады. Қыздырылып болған соң гидролизденген затты колбадағы мөлшерін бөлме температурасына дейін салқындатып ағын сумен шайылады.

Сүзіп алынған гидролизат қатты қалдығын қайтып колбаға саламыз оның үстіне 1 л 4 проценттік ортофосфор қышқылы құйылады да бір қалыпты су моншасында 5 сағат бойы араластырылады, бұл кездегі жүйе температурасы 385-365К болуы тиіс. Содан соң колбадағы қоспа температурасын бөлме температурасына дейін салқындатып оны сүзгі қағазында сүзіп аламыз. Қалған қалдығын сүзгі қағазда сығып алып суда шайылады. Алынған фильтратты тссіздендіру мақсатында оны 323 К температурада 40 мин. қыздыра отырып активтендірілген көмір саламыз. Процесс біткеннен соң көмірді сүзіп аламыз, ал фильтраттың ортасы бейтараптанғанша барии карбонатын қосамыз. Тұнбадан сүзіп алынғаннан соң фильтратты жарым жартылай буландырамыз, сөитіп оны катиониттері бар коллоналардан (катиониттер КУ-1, АИ-1) кезегімен өткіземіз. Тұзсыздандырылған гидролизатты 328 К температурада қою массаға айналғанша және төменгі температурада кристалға айналатын массаға дейін вакумда қанықтырылады. Алынған өнімді ыстық спирттің ең аз көлемінде ерітіледі. Түзілген ерітіндіні салқындату барысында түссіз кристалдар тұнады, алынған кристалл заттарының физикалық табиғаты балқу температурасы 417-420 К, органозольдердің шығымы шамамен 55т. алынған өнімнің балқу температурасы 433 К.

2.4 Зерттелген обьектілер мен материалдардың нәтижелерін талқылау (есептеуі)

Өсімдік қалдықтарының қышқылды-негізді гидролизі

Ксилозаның бастапқы гидролизатты шикізаттық қоры болып орман шаруашылық өнімдерінің қалдықтары, өсімдік текті қалдықтар болып табылады.

Бұл шаруашылықтардың барлығы құрамы мен сыртқы физикалық қасиетері түрліше болады, ал полисахариттік құрамы ұқсас болып келеді, яғни лиглиндік және полисахариттік заттары.

Басқа компоненттері крахмал, камеди, шайыр, зольді заттары мен т.б. өсімдік ұлпаларында аз мөлшерде кездеседі, тек зольді заттары. Олар химиялық өңдеуге әсерін тигізбейді. Жай гидролиздеуге шамалы әсері аз болады.

Гидролиз өнеркәсібінде негізінен өсімдік қалдықтарының полисахариттік құрамы үлкен маңызға ие.

Полисахариттер күрделі көмірсулар, олардың тармақталған құрамы тағы басқа ерекшеленеді (глюкоза, фруктоза, арабиноза, галактоза, сүт қышқылы т.б.)

Полисахариттер қалыпты жағдайда суда іс жүзінде ерімейді. Олардан спирт, дрождар алуда қолданылмайды. Пентозандар негізінен гемицеллюлозалардан тұратындығы көптеген авторлардың зерттеу жұмыстарынан белгілі. Гемицеллюлозалар жоғары молекулалы полисахариттердің жиынтығын құрайтын, олар суда ерімейді және сілтілерде еритін қатты үлкен молекулалы заттарды айтады. Бұл топтағы жоғары молекулалы полисахариттер қасиеттері бойынша екі топқа жіктеледі. Олар физика-химиялық қасиеттері бойынша бейтарап және қышқылды болып жіктеледі. Ал химиялық құрамы бойынша моносахариттік құрамы бойынша полисахариттер үш топқа жіктеледі. Олар ксиландар, моннандар, галоктандарды құрайды. Бұл топтағы әр-бір қосылыстардың қышқыл негізді гидролизі кезінде өздеріне сәйкес моносахариттер түзеді, яғни ксиландардан – ксилоза, моннандардан – монноза, галоктандардан – галоктоза.

Ксиландар өсімдік текті қалдықтардың гидролизат құрамында бастапқы үлкен молекулалы заттардың табиғаты мен құрлымына қарай барлығында дерлік көп мөлшерде кездеседі. Ксиландардың құрамындағы кей-бір заттардың мөлшері шайыр 28, ағашта 25, өсімдік қалдықтарында 25.

Бірақ өсімдік қалдықтарындағы жоғары молекулалы пентозандардың болуы ксилоза өндірісі үшін маңызды техникалық критериі деп тануға болады. Полисахариттік құрамының физикалық өқұрлысы, сонымен қатар пентозанды гидролизат көлемі үлкен мәнге ие. Ксилозалы компоненттерге бай гемицеллюлозалы қосылыстар гидролизі қоспа заттармен бірге механикалық қоспалар көптеген өсімдік текті заттарда атап айтсақ мақта шелухасында, жүгері собығында, жүзім сабағында және ағашты қалдықтарда молынан кездеседі.

Әр-түрлі полисахаритті өсімдік қалдықтарының гидролизі кинетикасы түрлі жылдамдықпен жүреді және олардың айырмашылығы 1-ден 100 есеге дейін болуы мүмкін. Бірден немесе айырмашылық көрсеткіштеріне сәйкес олар қиын және оңай гидролизденетін деп екі топқа жіктеледі.

Жеңіл гидролизденетін полисахариттік масса немесе өсімдік қалдықтары яғни гемицеллюлоза, крахмал, көмірсутекті молекулалары н жатқызуға болады. Ал қиын гидролизденетін үлкен молекулалы бөліктеріне – клетчатка немесе целлюлоза, және гемицеллюлозалардың кейбір бөліктерін жатқызуға болады. Олардың негізгі параметрлерін мына таблицадан көруге болады.

Кесте 3-Ауыл шаруашылық өсімдік қалдықтарының гидролизат өнімдерінің химиялық құрамы

Шикізат түрі	Құрғақ шикізаттық құрамындағы компоненттер 
	Жеңіл гидролизденетін полисахариттер	Қиын гидролизденетін полисахариттер	пентозандар	целлюлоза	Лигнин	зольдер
1	2	3	4	5	6	7
Жүгері собығы	37,24	33,39	34,76	31,46	15,18	1,10
Күнбағыс лузгасы	21,9	35,40	23,25	28,7	27,9	1,94
Мақта шелухасы	26,5	40,45	23,3	48,5	31,9	2,05
Қоза паясы	20,55	38,32	15,11	35,9	25,6	3,54
1	2	3	4	5	6	7
Күріш шелухасы	18,1	29,1	16,09	27,9	18,96	18,0
Сұлы шелухасы	34,7	28,6	33,6	28,6	17,4	7,74

Пентозандардың гидролизінде пентозды қанттар түзіледі, ал гексоздар гидролизінде гексозды қантар түзіледі. Олардың өзгеріс тізбегін мына сызбанұсқамен көрсетуге болады.

 C₅H₈O₄n + n H₂O  n C₅H₁₀O₅

 C₆H₁₀O₅m + m H₂O  m C₆H₁₂O₆

Көп атомды спирттер немесе полиолдар деп негізінен бірнеше яғни екіден кө гидроксил тобы бар гидроксоқосылысты көмірсутектерді айтады. Оларға көмірсутекті тізбектері тармақталған алифатты спирттер метриол, этриол, пентаэритрит, және т.б.. Екі атомды спирттер –гликолдарды жеке топқа жіктейді. Олар құрлымы бойынша түзу сызықты көмірсітекті тізбектерден құалады және пропиленгликолдан басқаларының барлығын дерлік жалпы формуламен көрсетуге болады.

СН₂ОНСНОН_х СН₂ОН х ол 0-ден 6-ға дейінгі мәндерге ие

Көп атомды спирттер екі топқа жіктеледі төменгі полиолдар – оларға глицерин және гликолдарды жатқызуға болады. Төменгң полиолдар қалыпты жағдайда тұтқыр сұйықтық. Ал екінші топтағы жоғары молекулалы өсімдік қалдықтарынан алынатын қант алмастырғыш қосылыстарға тәтті дәмі бар суда жақсы еритін, түссіз кристалды заттарды жатқызамыз, оларды көп жағдайда қант спирттері деп атайды.

Пенттитер

СН₂ОН СН₂ОН СН₂ОН СН₂ОН

   

Н – С – ОН Н – С – ОН ОН – С – Н Н –С – ОН

   

Н – С – ОН ОН – С – Н Н – С – ОН ОН – С – Н

   

Н – С – ОН Н – С – ОН Н – С – ОН ОН – С – Н

   

СН₂ОН СН₂ОН СН₂ОН СН₂ОН

рибит ксилит D - араьит L- арабит

Ксиландардың негізгі құрлымдық элементі болып түзу сызықты немесе аздап тармақталған полисахаритер болуы мүмкін. Олар ксилозапиранозды моносахариттердің бір-бірімен 1,4 байланысы бойынша тізбектелуі ықтимал 22.

Ксиланы бар қандай -да бір өсімдік текті материалдарда оның физика –химиялық қасиеті әр-түрлі моносахариттерде немесе түрлі полисахариттерден түзілген үлкен молекулалы қосылыстарға ұқсас болып келеді. Ксиланды үлкен молекулалы қосылыстар негізінен молекулалық массалары 50 ден 200 ксилозды қалдықтардан түзіледі, бірақ қантты немесе моносахаритті құрлым тізбегіне қарай табиғаты мен қасиеттері түрліше болады.

Жоғарытемпературалы гидролиз процесінің көптеген жақтарымен құнды болғанымен, оның нәтижесінде өнеркәсіпке қажетті құнды материал алу мүмкіндігі төмендейді, себебі процесс нәтижесінде үлкен молекулалы қосылыстардың тек моносахариттерге дейін емес, сонымен қатар қосымша компонеттерде тұзіледі. Жоғарытемпературалы режимде моносахаритердің тұзілу жылдамдығы артумен қатар олардың бұзылу жылдамдығы да артады. Бұл жағдайда гидролиз аппараттан түзілген моноздарды уақытылы алып отыруды талап етеді, дегенімен мұндай мәселені шешу үшін гидролиз процесінің кинетикалық реттілігін дұрыс жолға қойып оны босатудың дәл әдістемелерін қолдану керек. Қазіргі кезде жоғарытемпературалы режимді гидролиз тиімсіз, себебі гидролиз өндірісінде процесс үшін қажет ыстық буды да үнемдеу қажет.

Жеңілгидролизденетін полисахариттердің гидролизі, қиын гидролизденетін полисахариттерге қарағанда айтарлықтай жеңіл жағдайда жүреді. Гидролиз жағдайының қатаң немесе жоғары температурада жүру кезінде яғни 433 К температудадан жоғары кезеңінде түзілген өнімдердің ыдырайтындығы байқалады, сонымен қатар қаныттарды биохимиялық өңдеуіне кедергі жасайтын қолайсыз заттардың түзілуіне әкеп соғады. Сондықтан гидролиз процесін жеңілгидролизденетін полисахариттер үшін ең оптимальды температура 363К 423К болып табылды.

Жеңіл гидролизденетін полисахариттік масса немесе өсімдік қалдықтары яғни гемицеллюлоза, крахмал, көмірсутекті молекулаларын екендігі анықталды. Ал қиын гидролизденетін үлкен молекулалы бөліктеріне – клетчатка немесе целлюлоза, және гемицеллюлозалардың кейбір бөліктерін жатқызуға болады. Зерттеу жұмыстарының қорытындысынңң негізгі параметрлерін мына таблицадан көруге болады.

Кесте 4- Ауыл шаруашылық өсімдік қалдықтары мен ағашты қалдықтарының гидролизат өнімдерінің химиялық құрамы

Шикізат түрі	Құрғақ шикізаттық құрамындағы компоненттер 
	Жеңіл гидролизденетін полисахариттер	Қиын гидролизденетін полисахариттер	пентозандар	целлюлоза	лигнин	Зольдер
Жүгері собығы	37,24	33,39	34,76	31,46	15,18	1,10
Мақта шелухасы	26,5	40,45	23,3	48,5	31,9	2,05

Пентозандардың гидролизінде пентозды қанттар түзіледі, ал гексоздар гидролизінде гексозды қантар түзіледі. Зерттеу нәтижелерін талқылай отырып пентозанды көмірсуларға бай жүгері собығы оның 34,76%, ал целлюлоза мақта шелуқасында яғни ол жалпы өнімдердің 48,5% құрайды. Зольді компонеттері ең көбі күріш қалдығында 18,0% құраған.

Жеңіл гидролизденетін компоненттері бойынша полисахариттік құрамы жүгері собығында ол оның 37,34% құрайтындығы анықталған.

Өсімдік қалдықтары гидролизаттарының хромотографиялық сараптамасы алынды.

Хромотографиялық сараптама барысын физ-химиялық әдістемелік негізінде жасалған . Хромотограмма нәтижесінде ксилозалы гидролизат құрамының бөліктерін мына сызбадан көре аламыз.

1-4,5% H₃PO₄. 2- 3% H₃PO₄.3-0.5% H₃PO₄ .4-5% CH₃COOH. 5- 0.5% HCI. 6-0.5% H₂SO₄

Сурет 8-Гидролизат хромотограммасы

1-4 қышқылдардың 3-5 проценттік концентрациялы гидролизінің құрамы негізінен ксилозалы екендігін анықталды. Ал тұз және күкірт қышқылдарының гидролизі нәтижесінде ксилозадан басқа глицерин, этиленгликол, приопиленгликол органикалық заттары қатар түзіледі. Сондықтан гидролиз процесі кезінде мейлінше моносахаридттік құрамды гидролизат алу үшін төменгі коцентрациялы гидролиздеуші реагенттер қолданған дұрыс.