ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ НА СОСТАВ И СВОЙСТВА ПРОДУКТОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО РАЗЖИЖЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается влияние температуры и давления на процесс гидротермального разжижения пищевых отходов, а также на состав и свойства получаемых продуктов. Анализируются различные температурно-давленческие режимы, их влияние на экстракцию органических кислот, углеводов, а также на содержание растворимых твердых веществ и вязкость конечных продуктов. Предоставляются данные о процентном выходе полезных компонентов при изменении условий переработки и выявляются оптимальные параметры для повышения эффективности процесса. Особое внимание уделяется преимуществам и недостаткам каждого из режимов, а также их влиянию на качество продуктов.

ABSTRACT

This paper examines the effect of temperature and pressure on the process of hydrothermal liquefaction of food waste, as well as on the composition and properties of the resulting products. Various temperature and pressure conditions, their effect on the extraction of organic acids, carbohydrates, as well as the content of soluble solids and the viscosity of the final products are analyzed. Data on the percentage yield of useful components when changing processing conditions are provided, and optimal parameters for increasing the efficiency of the process are identified. Particular attention is paid to the advantages and disadvantages of each of the modes, as well as their effect on product quality.

Ключевые слова: гидротермальное разжижение, температура, давление, пищевые отходы, экстракция, органические кислоты, углеводы.

Keywords: hydrothermal liquefaction, temperature, pressure, food waste, extraction, organic acids, carbohydrates.

Введение: Гидротермальное разжижение (ГТР) представляет собой процесс обработки органических отходов при высоких температурах и давлениях с использованием воды как растворителя. Этот метод становится все более актуальным в сфере переработки пищевых отходов, поскольку позволяет эффективно извлекать полезные компоненты и превращать отходы в ценное сырье, такое как биогаз, углеродные материалы и органические удобрения. Влияние температуры и давления на состав и свойства продуктов гидротермального разжижения играет ключевую роль в оптимизации процесса, так как эти параметры существенно изменяют физико-химические характеристики конечных продуктов и их применимость в различных отраслях.

Методология: Методика определение оптимальных температурно-давленческих условий для гидротермального разжижения пищевых отходов  направлена на исследование влияния разных температурных и давленческих режимов на процесс переработки пищевых отходов с целью повышения эффективности получения полезных продуктов. Для этого пищевые отходы подвергаются предварительному измельчению и взвешиванию. Эксперименты проводятся в гидротермальном реакторе, где контролируются параметры температуры (от 150°C до 300°C) и давления (от 10 до 30 МПа). В течение заданного времени отходы подвергаются обработке, что позволяет наблюдать за процессом разжижения и экстракции ценных компонентов. После завершения процесса разжижения проводятся анализы полученных продуктов с использованием газовой хроматографии и масс-спектрометрии для определения их химического состава. Оценка физических и химических свойств продуктов (включая вязкость, плотность и содержание растворимых твердых веществ) позволяет определить влияние выбранных температурно-давленческих режимов на выход полезных компонентов, таких как углеводы, органические кислоты и аминокислоты. Результаты экспериментов используются для разработки оптимальных условий, обеспечивающих эффективную переработку пищевых отходов с минимизацией побочных продуктов.

Результат: В результате проведенного исследования по методике «Определение оптимальных температурно-давленческих условий для гидротермального разжижения пищевых отходов» было установлено, что повышение температуры и давления существенно влияет на состав и свойства продуктов переработки. При температуре 250°C и давлении 20 МПа наблюдался максимальный выход органических кислот (до 35%) и углеводов (до 40%), что свидетельствует о высоком уровне экстракции полезных компонентов. При более низких температурах (150°C) и давлениях (10 МПа) экстракция углеводов составляла всего 25%, что на 15% ниже, чем при оптимальных условиях. Анализ химического состава продуктов разжижения показал, что при высоких температурных и давленческих режимах наблюдается значительное снижение содержания нежелательных побочных продуктов, таких как твердые остатки и токсины В то время как при температуре 200°C и давлении 15 МПа этот показатель составлял всего 12%.

Также было установлено, что при оптимальных условиях (250°C и 20 МПа) вязкость продуктов была на 10% ниже, чем при использовании более низких температур и давлений, что свидетельствует о лучшей перерабатываемости получаемых веществ. Эти результаты позволяют рекомендовать данные условия для эффективного переработки пищевых отходов в промышленных масштабах, с минимизацией побочных продуктов и максимизацией выхода полезных компонентов, таких как аминокислоты, углеводы и органические кислоты.

Таблица 1.

Влияние температуры и давления на характеристики продуктов гидротермального разжижения пищевых отходов

Заключение: Исследование влияния температуры и давления на состав и свойства продуктов гидротермального разжижения пищевых отходов открывает перспективы для создания более эффективных и экологически безопасных технологий переработки. Оптимизация этих параметров позволит не только улучшить качество получаемых продуктов, но и снизить затраты на переработку отходов, способствуя тем самым устойчивому развитию и повышению экологической безопасности в агропродовольственном секторе. Разработка и внедрение таких технологий имеет потенциал для широкого применения в промышленности и сельском хозяйстве, а также для решения проблемы утилизации пищевых отходов.

Список литературы:

1. Белюченко И.С., Гукалов В.Н. Практические основы использования отходов промышленности и сельского хозяйства в качестве мелиоранта чернозема обыкновенного // Тр. КубГАУ. 2011. Т. 1. № 31. С. 152-153.
2. Борзенков А.А., Головина О.И. Использование отходов сахарного производства при повышении плодородия почв // Современные ландшафтные исследования в контексте оптимизации рационального природопользования: материалы междунар. науч.-практ. конф. Курск: КГУ, 2015. С. 36.
3. Калдыбекова Ж. Б., Кобилова Г. И. Исследование биорефинерий для эффективной переработки пищевых отходов и производства вторичных продуктов //Universum: технические науки. – 2024. – Т. 4. – №. 10 (127). – С. 70-71.
4. Кобилова Г. И., Шингисов А. У. Анализ потенциала использования альтернативных источников белка в пищевой промышленности, таких как растительные и микробные белки, для уменьшения зависимости от животного сырья //Universum: технические науки. – 2024. – Т. 6. – №. 4 (121). – С. 26-27.
5. Кобилова Г. И. Эффективное использование отходов при производстве консервирования. – 2023.
6. Кобилова Г. Дарсларида илғор педагогик ва ахборот технологиялардан фойдаланиш //актуальное в филологии. – 2021. – Т. 4. – №. 4.
7. Kobilova G. I. Axborot-kommunikatsiya texnologiyalaridan samarali foydalanish //Educational Research in Universal Sciences. – 2023. – Т. 2. – №. 18 SPECIAL. – С. 66-68.