Влияние тепловой дрожжевой обработки на химический состав кокосовых волокон

Влияние тепловой дрожжевой обработки на химический состав кокосовых волокон

Переработка сельскохозяйственных культур служит источником новых видов сырья для получения полезной продукции в процессах утилизации отходов [1,2]. В Малазийском аграрном университете разработана технология переработки кокосовых волокон с поверхности плодов в ценное органическое удобрения.

Целью данной работы являлось определение структурных особенностей и химического состава высушенного кокосового волокна и волокна, подвергавшихся термохимической обработке. Образцы для исследования были предоставлены Малазийским университетом Путра.

Методики эксперимента Для определения морфологии и микроэлементного состава кокосовых волокон использовался сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) Jeol JSM 6510 LA c энергодисперсионной приставкой, которая позволяет определить микроэлементный состав исследуемого объекта. Для проведения исследований на СЭМ изготовлялись срезы волокон в продольном и поперечном направляениях.

Проводился анализ на содержание водорастворимых соединений (минерализация) исходных и обработанных кокосовых волокон. Для этого, образцы волокон массой 1 г смачивали в фарфоровой чаше 50 мл воды. Полученную смесь отфильтровали (25мл) и измерили рН, аликвоту оставляли на 3 часа в водяной бане, до получения сухого остатка, после этого добавляли воду и оставляли на 4 часа в термостате при температуре 50 °C. Полученный остаток остужали в эксикаторе. По массе остатка рассчитывали содержание водорастворимых соединений.

Для определения выхода органических компонентов по температуре кипения использовали газовый хроматограф (ГХ) Shimadzu GC 2010. Пробоподготовка к ГХ включает экстракцию 1 г навески образцов в 5мл гексана установленного в термостат при 50 °C в течение 3 часов. Полученный экстракт вводился в ГХ в объеме 1мкл микрошприцом.

Для определения содержания тяжелых металлов в волокнах использовался атомноабсорбционный спектрофотометр Shimadzu АА7000, с лампами с полым катодом, изготовленных из элементов Fe, Zn, Cu, Pb, K. Для подготовки образцов к исследованию использовали метод РД 52.18.286−91[3], включающий обработку образцов в СВЧ «Минотавр-2» ПУ 12−2009.

Результаты и Обсуждение На рисунках 1−2 показаны продольные и поперечные строения обработанного и исходного кокосовых волокон. Характерной особенностью волокон, является наличие ярко выраженных капилляров во внутренней структуре.

Рисунок 1- Изображения, полученные на СЭМ.

На рисунке 2а показано, что в результате термообработки на поверхности обработанного образца произошло структурирование поверхности и спекание волокна. На изображениях поперечного среза отчетливо видно, что в результате дрожжевой химической обработки под действием температуры произошло увеличение в два раза диаметров капилляров за счет газовыделений при брожении. Эти результаты указывают, что термохимическая обработка волокна приводит к улучшению физико-механические и влагопоглощающих свойств продукта[4].

Рисунок 2- Изображения, полученные на СЭМ.

В микроэлементном составе обработанного и исходного образцов волокон, обнаружено большое число микроэлементов (таб.1−2), которые положительно влияют на рост растений.

Согласно результатам энергодисперсионного анализа дрожжевая обработка волокон приводит к увеличению количества микроэлементов и их содержания. Важно, что увеличивается содержание калия, который улучшает качество продукта, как удобрения. Содержание водорастворимых соединений в высушенном, необработанном кокосовом волокне составляет 1,4% масс, при этом рН растворов, равный 5,9 соответствует слабокислой среде. В случае волокон, подвергшихся термохимической дрожжевой обработке содержание водорастворимых соединений увеличивается до 2,4% масс, а рН растворов приближается к нейтральной среде и составляет 6,3.

Таблица 1 — Микроэлементный состав исходного и обработанного кокосовых волокон.

Электронно-микроскопические снимки СЭМ показывают значительное различие морфологии сухих остатков водорастворимых соединений. Если в случае волокон, прошедших обработку, в сухом остатке наблюдаются типичные игольчатые неорганические кристаллы, то для необработанных волокон морфология сухого остатка характерна для аморфных органических соединений (рис.3). кокосовый волокно металл органический.

Рисунок 4 — Сравнительная хроматограмма компонентов кокосовых волокон.

Таблица 3 — Хроматографические результаты для кокосового волокна до обработки.

Исследования обработанных кокосовых волокон на газовом хроматографе показали отсутствие органических соединений с температурами кипения ниже 403 °C. Это указывает, что в результате термохимического воздействия в процессе дрожжевого брожения из волокон удаляются все легколетучие органические соединения с низкими температурами кипения (таб.4).

Таблица 4 — Хроматографические результаты для кокосового волокна после обработки.

Атомно-абсорбционный анализ показал, что химическая обработка волокон приводит к увеличению содержанию всех тяжелых металлов (таб.5), за исключением Fe, который отсутствует в составе обработанного волокна.

Таблица 5-Содержание тяжелых металлов в исходном и обработанном кокосовом волокне.

Заключение.

Полученные результаты показывают, что обработка кокосового волокна дрожжевым составом при нагреве, приводит к улучшению физико-химических качеств волокон: структурирование и спекание поверхности улучшает механические свойства, увеличение диаметра капилляров обеспечивает беспрепятственную циркуляцию влаги и воздуха, увеличение содержания микроэлементов и водорастворимых соединений улучшает удобрительные качества волокна.

• 1. Zulkifli, Noise control using coconut coir fiber sound absorber with porous layer backing and perforated panel/ Zulkifli, R. Zulkarnain and Mohd Jailani Mohd Nor//American Journal of Applied Sciences — 2010. — № 7(2). — С. 260−264. — ISSN 1546−9239
• 2. Abad, Physico-chemical and chemical properties of some coconut coir dusts for use as a peat substitute for containerised ornamental plants./ Abad, M., Noguera, P., Puchades, R., Maquieira, A., Noguera, V.// Bioresource Technol. — 2002. -№ 82 — С. 241−245.
• 3. РД 52.18.286−91 Методика выполнения измерений массовой доли водорастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом/ Государственный комитет СССР по гидрометеорологии.-М., -47c.
• 4. Manoj, R. Removal of nutrients in denitrification system using coconut coir fibre for the biological treatment of aquaculture wastewater//J. Environ. Biol. — 2012. — № 33. — С. 271−276. — ISSN: 0254−8704.