ПРОБЛЕМНІ СТАТТІ

УДК 543.42:663.551.6

КОНТРОЛЬ ПРОДУКТІВ ФЕРМЕНТАЦІЇ МЕЛЯСИ МЕТОДОМ ІНФРАЧЕРВОНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ

Г.В.Лантух, кандидат хім. наук, С.П. Циганков, доктор технічн. наук, К.М. Лукашевич, Л.Ю. Оріховська

Інститут екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя, м. Київ, Україна
Інститут харчової хімії та технології, м. Київ, Україна


РЕЗЮМЕ. С целью утилизации и дальнейшей переработки остаточных продуктов спиртового производства проведен их функциональный анализ методом инфракрасной спектроскопии Фурье. С помощью библиотечного поиска и по характеристическим полосам в исследуемых продуктах идентифицированы как основные функциональные группы: амины, карбонильные, карбоксильные, пептиды. Проведенные исследования позволили контролировать функциональный состав синтезированных препаратов (биокатализаторов) на разных стадиях ферментации мелясы из сахарной свеклы.

SUMMARY. For the reason of salvaging and the further conversion of alcohol plant by-products is organized their functional analysis by Furie IR-spectroscopy method.
By means of library searching for and on indicative bands in under investigation products are identified main functional groups: amines, carbonyles, carboxyles, peptides. The study with using the IR-spectroscopy method has allowed checking the functional composition of synthesized reagents (biocatalysts) on different stages of sugar beet molasses fermentation.


Продукти ферментації меляси входять до складу препаратів, що застосовуються як екологічно безпечні органомінеральні добрива, стимулятори росту рослин, миючі засоби для знешкодження нафтових забруднень і пластифікатори для приготування бетонів.

З метою розробки технологій утилізації і подальшої переробки залишкових продуктів спиртового та дріжджового виробництва проведено їх функціональний аналіз методом інфрачервоної спектроскопії Фур'є [1]. Інфрачервона спектроскопія є експресним і надійним методом функціонального аналізу і контролю складних сумішей.

Як досліджені зразки використані наступні препарати:
- Ферментні препарати фірми "Hobe Associates LLC", США — Perma Zyme 11 х, HC-Zyme, AG Zyme, одержані шляхом ферментації бурякової меляси;
- Perma Zyme 11 х (PZ) — базовий фермент групи, що використовується в будівництві покриття автомобільних шляхів;
- AG Zyme (AG) — натуральний біокаталізатор підвищення продуктивності ґрунту, що покращує ріст рослин і збільшує врожайність сільськогосподарських культур;
- HC Zyme (HC) — ферментний препарат, який застосовують при ліквідації забруднень нафтою і нафтопродуктами, а також для прискорення природної переробки побутових відходів.

Використані також препарати і продукти, що виробляються з відходів переробки меляси на спирт та дріжджову біомасу [2]: продукт ферментації та гідролізу дріжджових культур (Гідролізат); модифікований продукт ферментації меляси (БК).

Інфрачервоні спектри зразків знімали у вигляді плівок на віконцях КРС-5. Плівки отримували шляхом нанесення на віконця кількох крапель розчину і їх висушування в сушильній шафі при 40°С протягом 24 годин. Сканування спектрів здійснювали на ІЧ-спектрофотометрі Фур'є "Перкін-Ельмер" модель 1000 в області 400—4000 см-1. Число сканів у секунду — 7. Інтервал сканування — 1 см-1. Роздільна здатність — 4 см-1. Ідентифікацію смуг проводили за їх характеристичністю [3, 4] і з допомогою результатів бібліотечного пошуку. Інтенсивність смуг оцінювали по приведеній (до внутрішньго стандарту) відносній густині в максимумі (R) методом базової лінії. Як внутрішній стандарт нами використана сума інтенсивностей у максимумі смуг СН2-валентних коливань матриці (2925, 2860 см-1).

Віднесення за характеристичністю смуг інфрачервоних спектрів досліджених зразків добре узгоджується з результатами бібліотечного пошуку (рис. 1—5: Інфрачервоні спектри ферментних препаратів і результати бібліотечного пошуку (цифри першого стовпчика — імовірність)).

Спектр PZ (рис. 1) містить набір характеристичних смуг, що відносяться до валентних (2925, 2860 см-1) і деформаційних (1459, 1380 см-1) коливань метиленових груп. Велика інтенсивність полоси 1109 см-1 вказує на полярність хімічного зв'язку, а її область поглинання є характерною для ефірної групи С-О-С типу. Широка смуга 3362 см-1 знаходиться в області поглинання валентних коливань Н-зв'язаних ОН, nh-груп. Наявність останніх також підтверджується смугами в деформаційній області (1591, 1299 см-1). Приймаючи до уваги результати бібліотечного пошуку, можна константувати, що структурні групи pz типові для ефірів поліетиленгліколю і аліфатичних амінів.

Набір смуг матриці AG за їх положенням і відносною інтенсивністю відповідає PZ (рис. 1, 2; табл.). Останне підтверджується і результатами бібліотечного пошуку. В області валентних коливань ОН, nh спостерігаються три смуги (3439, 3359, 3150 см-1), що належать вільним і Н-зв'язаним ОН, nh-групам, а також дві полоси амід i (1669 см-1; v, С=О) і амід ii (1620 см-1; d, nh). За структурними групами ag подібний до сполук поліакриламідного типу. Положення смуг у спектрах НС і ag співпадає, але інтенсивність смуг амідів в НС майже вчетверо вища (рис. 3, 4, табл.). Спектри Гідролізату і БК, окрім інтенсивного поглинання в області основних смуг препарату hc, мають дублет асиметричних і симетричних коливань іонізованої карбоксильної группи амінокислот (рис. 4, 5). Кількісний аналіз функціонального складу досліджених препаратів вказує на збільшення концентрації функціональних груп у напрямку від pz до БК (табл.).

Таким чином, дослідження методом інфрачервоної спектроскопії дозволяє контролювати функціональний склад продуктів на різних стадіях ферментації меляси цукрового буряку з метою отримання препаратів, що мають задані властивості. Дані спектрального аналізу свідчать про те, що ферментні препарати є продукти, одержані на основі культуральної рідини, які утворюються при вирощуванні дріжджової біомаси на мелясному середовищі. Очевидно, дріжджова суспензія після закінчення процесу ферментації підлягає гідролізу (скоріше всього, мінеральними кислотами) чи автолізу, у результаті чого вміст дріжджових клітин переходить у рідину.

Можливо також, що дріжджова біомаса після закінчення культивування спочатку відокремлюється від рідини, дріжджова суспензія підлягає гідролізу, а рідину концентрують. Виходячи з отриманих даних, можна стверджувати, що, крім продуктів ферментації меляси, до складу препаратів входять поверхнево-активні речовини типу ефірів поліетиленгліколю.

Література
1. Технологія спирту/ Під ред. В.О. Маринченка. —К.: НУХТ, 2003. —496 с.
2. Новаковская С.С. Справочник технолога дрожжевого производства. —М.: Пищ. пром., 1973. —288 с.
3. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. —М., 1965. —216 с.
4. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. —М., 1975. —190 с.


| Зміст |