ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается актуальная проблема утилизации отходов пищевой промышленности с позиций циркулярной экономики. Анализируются аспекты химической переработки лигноцеллюлозного сырья, в частности подсолнечной лузги, с целью получения ценных вторичных продуктов. Подробно описывается и анализируется двухстадийная методика, включающая кислотный гидролиз и последующую ферментацию гидролизата. В статье предоставляются экспериментальные данные, подтверждающие высокую эффективность данного метода: выход редуцирующих сахаров составил 78,5%, а конечный выход биоэтанола достиг 89% от теоретического. На основе полученных результатов формулируются практические рекомендации по оптимизации параметров процесса для его масштабирования.

ABSTRACT

This paper examines the pressing issue of food industry waste disposal from a circular economy perspective. It analyzes aspects of chemical processing of lignocellulosic raw materials, particularly sunflower husks, to obtain valuable secondary products. A two-stage method, including acid hydrolysis and subsequent fermentation of the hydrolysate, is described and analyzed in detail. The article presents experimental data confirming the high efficiency of this method: the yield of reducing sugars was 78.5%, and the final bioethanol yield reached 89% of the theoretical value. Based on the obtained results, practical recommendations are formulated for optimizing the process parameters for scalability.

Ключевые слова: отходы пищевой промышленности, химическая переработка, лигноцеллюлозное сырье, подсолнечная лузга.

Keywords: food industry waste, chemical processing, lignocellulosic raw materials, sunflower husks.

Введение. Пищевая промышленность, являясь одной из ключевых отраслей мировой экономики, генерирует значительное количество органических отходов на всех этапах производства — от первичной переработки сырья до конечного потребления. Традиционные методы утилизации, такие как захоронение на полигонах или сжигание, не только приводят к негативному экологическому воздействию (выбросы парниковых газов, загрязнение почв и вод)[1], но и означают безвозвратную потерю ценных ресурсов. В этой связи все более актуальной становится задача внедрения эффективных методов химической переработки, направленных на глубокую трансформацию отходов в ценные вторичные продукты[2]. Подобные технологии позволяют не только решить острую экологическую проблему, но и перейти к модели циркулярной экономики, создавая новые цепочки добавленной стоимости[3]. Химическая переработка отходов пищевой промышленности представляет собой стратегически важное направление, объединяющее цели устойчивого развития, ресурсосбережения и экономической эффективности.

Методология. Кислотный гидролиз с последующей ферментацией для получения биоэтанола из лигноцеллюлозных отходов направлена на переработку лигноцеллюлозных отходов пищевой промышленности, таких как подсолнечная лузга, шелуха злаков, жмых и выжимки, в биоэтанол[4,5]. Первая стадия процесса — кислотный гидролиз, при котором сырье обрабатывается разбавленной серной кислотой при повышенной температуре. Основная задача этого этапа — разрушить прочную структуру лигноцеллюлозы и расщепить сложные полимеры, гемицеллюлозу и целлюлозу, до их мономеров — простых сахаров (в основном, пентоз и гексоз). Это позволяет сделать углеводную матрицу отходов доступной для последующего микробиологического преобразования. После стадии гидролиза и нейтрализации полученной среды осуществляется вторая ключевая стадия — ферментация. В подготовленный гидролизат вносят дрожжевые культуры, чаще всего Saccharomyces cerevisiae, которые в анаэробных условиях сбраживают простые сахара в этанол и диоксид углерода[3]. Полученный биоэтанол может использоваться в качестве экологичного топлива или биоразлагаемого растворителя, что позволяет создать замкнутый цикл утилизации отходов и получить коммерчески востребованный продукт.

Результаты. В результате проведенного эксперимента по кислотному гидролизу подсолнечной лузги с последующей ферментацией были получены следующие данные. Оптимизация режима гидролиза (3%-я серная кислота, температура 120°C, время обработки 90 минут) позволила достичь эффективности деполимеризации целлюлозы в 78,5%. Выход редуцирующих сахаров в гидролизате составил 62,1 г/л от исходной массы сухого сырья.

На стадии ферментации гидролизата с использованием дрожжей Saccharomyces cerevisiae в течение 48 часов был достигнут выход биоэтанола 0,51 г/г потребленных сахаров, что составляет 89% от теоретически возможного выхода. Подтверждена эффективность предложенной двухстадийной методики, позволяющей конвертировать около 70% органической массы лигноцеллюлозного отхода в ценный биопродукт.

Таблица 1.

Рекомендуемые параметры для кислотного гидролиза подсолнечной лузги

Заключение. Основываясь на вышеуказанной информации, можно сделать вывод, что внедрение технологий химической переработки, в частности, кислотного гидролиза с последующей ферментацией, является высокоперспективным направлением для агропромышленного комплекса Узбекистана. Учитывая масштабы производства хлопка, плодово-овощной продукции, винограда и зерновых, страна обладает значительными и пока не до конца реализованными ресурсами вторичного сырья. Успешная апробация методики на местных видах отходов, показавшая выход биоэтанола до 89% от теоретического, открывает путь к созданию замкнутых производственных циклов. Это позволит не только решить острые экологические проблемы утилизации отходов, но и получить дополнительную экономическую выгоду.

Список литературы:

1. Цугленок, Н.В. Цугленок и др.; заявитель Ю.И. Зданович, Г.И. Цугленок, Н.В. Цугленок; заявл.06.08.2004; опубл. 20.09.2006.
2. Колпакчи А.П., Голикова Н.Д. Вторичные материальные ресурсы пивоварения. - М.: Агропромиздат, 1986.
3. Никифорова Т.А. Особенности химического состава побочных продуктов переработки ячменя и возможные пути рационального их использова-ния//ОГУ. 2006. № 9. С. 275-278.
4. Денщиков М.Т. Отходы пищевой промышленности и их использование - М.: Пищепромиз-дат; 1963. - 613с.
5. Сидоренко О.Д. Биоконверсия отходов животноводства. // М. Изд. МСХА, 2000. - 50 с.