1 Irodalmi összefoglaló
1.3 Az ioncserélő anyagok általános elmélete
1.3.4 Nyugvóréteges ioncserés műveletek
Az ioncsere megvalósításának, szilárd és folyadékfázis érintkeztetésének, vegyipari műveleti szempontból különféle lehetőségei ismeretesek. A fázisok érintkeztetési módjától függően lehetnek fokozatokban való érintkeztetésen alapuló vagy folyamatos érintkeztetésű műveletek.
33
A folyamatos ioncserés technológiákat, az ágy állapota alapján, három csoportba oszthatjuk:
o csúszó „nyugvó réteges” műveletek o pulzáltatott és kevert réteges műveletek o fluidizált ágyas műveletek
Igazán nagy előnye az utóbbi két változatnak akkor van, amikor a feldolgozandó folyadék nem tiszta (zavaros) vagy zagy (hasadóanyag-előállítás, aranybányászat). Nagy hátrányuk viszont az, hogy a gyantaveszteség (kopás, aprózódás miatt) viszonylag nagy (elérheti az évi 20-30%-ot is). Az európai gyakorlatban a nyugvóréteges műveletek terjedtek el leginkább.
A nyugvóréteges ioncserélő berendezésekben leggyakrabban frontális ioncserét valósítunk meg. A frontális ioncsere nyilvánvalóan ciklikus, mivel a telítési periódus befejezése után ellen- vagy egyenáramú regenerálás, és általában lazító, illetve öblítő mosás következik. A regenerált és kimosott ioncserélő töltet ezután ismét alkalmas a következő telítési periódusra.
Mivel a nyugvóréteges ioncsere instacionárius művelet, a koncentrációk a helynek és az időnek is függvényei, ezért kétféle jellemző görbével szemléltethetjük a folyamatot aszerint, hogy melyik változót választjuk állandónak. Ha egy adott időpontban a koncentrációt (iontörtet) ábrázoljuk az oszlop hosszának (oszloptérfogat) függvényében, az ún. izokronhoz jutunk. Egy rögzített helyen, az oszlop adott keresztmetszetén, az időbeli koncentráció eloszlás az izoplán. Az áttörési görbe egy speciális, az oszlop végén felvett izoplán.
Az áttörési görbe esetén megkülönböztetünk arányos (elnyúló vagy diszperzív)- és állandó alakú (élesedő vagy kompresszív) frontformát. Az előző esetben az egyensúly kedvezőtlen, az utóbbi esetben kedvező a gyantán megkötődő ionra vonatkoztatva.
A kísérleti áttörési görbét felhasználhatjuk arra, hogy a teljes integrális anyagmérleg elemeit, melyek a gyakorlat szempontjából fontosak, definiáljuk. Ezek: Az oszlopon átszökött ionmennyiség, az oszlopba bevezetett ionmennyiség, az oszlop által megkötött ionmennyiség, az oszlop hasznosítható kapacitása, az oszlop teljes ioncsere kapacitása, az oszlop teljes ioncsere kapacitása, áttörés idő. Adott ionok cseréje esetén az áttörési görbe alakját és ezzel együtt a fenti mennyiségeket több tényező, műveleti paraméter befolyásolja: az egyensúlyi viszonyok, az oldat áramlási sebessége, az ioncserélő gyanta minősége, az ioncserélő gyanta szemcsemérete, az oldat koncentrációja, az ioncserélő oszlop méretei, a hőmérséklet, stb. A tényezők közül döntő jelentősége van az egyensúlyi viszonyoknak.
34 1.4 Kísérlettervezés
Az optimális előállítási paraméterek meghatározásának klasszikus módja az „egy paramétert-egy időben” változtató módszer (OVAT), de napjainkban inkább a „több paramétert-egy időben” variáló kísérlettervezési technikák (experimental design) kerültek előtérbe.
A műszaki és természettudományos kutató-fejlesztő munka költségeinek döntő része a kísérletek költsége, ezért ennek csökkentése kívánatos (Kemény & Deák, 2000). Ez azt jelenti, hogy a kísérleti adatokban rejlő információt minél teljesebb mértékben ki kell nyerni a lehető legkevesebb kísérleti munkával. A klasszikus módszer komoly hibája a nagy kísérletszámon (időigényen) túl, hogy bár a trajektóriák maximumát megismerjük, de ezek összessége nem biztosítja a globális optimumot, mert a technológiai paraméterek együttes hatásait nem képes kezelni, ezáltal téves eredményhez vezethet. Fontos megjegyezni, hogy a matematikai statisztikai módszerek alkalmazása a kutatómunkában nem újszerű gondolat.
Már magyar nyelven is jelent meg erről szóló könyv 1990-ben (Kemény & Deák, 1990).
Korábban a kísérlettervezési módszerek térhódításának azonban határt szabtak a technikai korlátok egyes feladatok nagy számításigénye miatt. Napjainkra azonban az informatikai rendszerek fejlődésével, a táblázatkezelő programok, valamit a statisztikai szoftverek terjedésével lehetővé vált a bonyolultabb módszerek alkalmazása is.
Egy tetszőlegesen választott poliszacharidos szerkezetbe citrát, kationcserére képes funkciós csoportok építhetőek a lignocellulóz tartalmú alapanyag elérhető hidroxil-csoportjainak citromsav-anhidriddel történő szilárd fázisú termokémiai észterezésével. Így jön létre a poliszacharid-citrát, ami biobázisú szorbensnek minősül (1.2-1. ábra). További melegítés hatására pedig megkezdődik a térhálósodás (Wing (c), 1996).
A lignocellulóz tartalmú alapanyag bonyolult összetétele miatt további mellékreakciók is lejátszódhatnak (Gaffar, 2002). Tehát a poliszacharid-citrát közti termék egy konszekutív reakcióban, ezért olyan előállítási paraméterek kiválasztása a cél, amikor lehetőleg az összes jelenlévő citromsav elreagált a poliszachariddal, de a térhálósodás nem számottevő, ezáltal nagy a termék szorpciós kapacitása.
PhD munkámban a legnagyobb fémion megkötőképességű poliszacharid-citrát előállításának optimalizálására 2P típusú teljes faktoros kísérlettervezési technikát választottam. A 2P technika olyan speciális optimalizálási feladatnak tekinthető, amelyben az optimalizálandó függvény nem ismert (ún. fekete doboz). Helyette viszonylag egyszerű függvények alkalmazásával a független változóknak az optimális működési tartományát
35
jellemző értékeit keresi (Kemény & Deák, 2000). Döntésemet a következő szempontok motiválták:
o Az optimális előállítási paramétereket illetően komoly ellentmondásokat és hiányosságokat tartalmaz az irodalom (1.2.3. fejezet).
o A kísérlettervezés alapvető, pozitív előnyökkel rendelkezik az OVAT technikához képest (alacsony kísérletszám, globális maximum).
o A reakciórendszer teljes megismerésére (fő- és mellékreakciók), valamennyi összefüggés feltárására a rostos alapanyag bonyolult és nehezen elemezhető összetétele miatt nem is volt módom.
o Nem találtam irodalmi példát arra, hogy bármilyen biobázisú szorbens előállítási paramétereinek optimalizálását kísérlettervezéssel elvégezték volna.
A továbbiakban a dolgozatban előforduló kísérlettervezési fogalmakat definiálom.
A 2P típusú tervek p faktort (paramétert/változót) tartalmaznak, ami azt jelenti, hogy a p számú faktort két szinten (a faktor választott minimumán és maximumán) vizsgáljuk. Ezen változók a CA oldat koncentrációja, a reakcióhőmérséklet és a reakcióidő. Célom az volt, hogy a termék rézion megkötőképességét (szakaszos módszer), mint függő változót maximalizáljam a felsorolt független változók hatásainak és kereszthatásainak vizsgálata alapján, a 11. egyenletnek megfelelően. A statisztikai számításokhoz a változók a 9. egyenlet szerint kódolásra kerülnek:
o i – a tervezési független változó (koncentráció, hőmérséklet, idő) o zi - a változó aktuális értéke (minimuma vagy maximuma) o zi0 - a változó értékeinek centruma
o xi - a tervezési változó kódolt, dimenziómentes értéke o n - a változók/ faktorok száma.
A kódolás segítségével minden változó a -1 és +1 értéket veheti fel. Ez a kódolási módszer a teljes faktoros tervek sajátja, ahol az ortogonális tervezésnek köszönhetően a faktorok hatása
36
egymástól függetlenül vizsgálható. A kísérlettervezési mátrixon alapuló faktoros modellek kidolgozása biztosítja a lehetőséget a változók és azok hatásai közti kapcsolat vizsgálatára. A módszer szerint az y kísérletileg mért érték (függő változó) és a független változók közt a következő lineáris kapcsolat feltételezhető a független változók közti kölcsönhatásokat is figyelembe véve:
∑ + =
= n
1
i xij
bij b0
yj (j=1..k) (11)
ahol
o j – az elvégzett kísérlet o k – a kísérletek száma o yj - a kísérleti mért érték
o b0, bij - a regressziós koefficiensek
A regressziós koefficiensek meghatározására a legkisebb négyzetek módszere sikeresen alkalmazható a következő kifejezés segítségével:
Ty X ) TX X (
b= (12)
ahol
o b - a regressziós koefficiensek vektora o X - a kódolt, független változók mátrixa o y - a mért értékek vektora
Mennyiségi faktorok vizsgálata esetén a változók kiválasztott értékein túl célszerű a terv centrumában (zi0) is végezni méréseket. Ez két szempontból is előnyös:
egyrészt ismétlés nélkül végrehajtott terv (kísérletsor) esetén a centrumban végzett mérések lehetőséget adnak a variancia becslésére;
másrészt a centrumpontbeli kísérleti információ az illesztett lineáris modell ellenőrzésére is szolgál (adekvát-e a modell, t-próba).
Az eredmények kiértékelése ezen összefüggések és alapelvek felhasználásával (Kemény &
Deák, 2000) a Statistica 8 szofver felhasználásával történt. A mérések kivitelezésnek módját a 2.2.2. fejezetben részletezem.
37 1.5 Célkitűzések
Az általam végzett vizsgálatok célja az irodalomból hiányzó ismeretek egy részének pótlása, valamint a korábban már felmerült kérdésekre adott válaszok helyességének alátámasztása volt.
PhD munkámban két mezőgazdasági hulladék, a repcemag-pellet és a keményítőmentes búzamag egyik lehetséges alternatív hasznosítási módját tanulmányoztam. A természetes rostok kémiai átalakításával kívántam értéknövelt terméket, bioszorbenst előállítani, és alkalmazhatóságát vizsgálni szennyezett vizekre. Ezeket az alapanyagokat ebben a vonatkozásban korábban még nem tanulmányozták.
Valamennyi kezelés és vizsgálat vizes közegben értendő.
Célkitűzéseim:
o Kísérlettervezéssel a CA-as módosítás optimális előállítási paramétereinek meghatározása a rendelkezésemre álló alapanyagokra, valamint eredményeim összevetése az irodalomban található kizárólag klaszikus módszerrel meghatározott optimális értékekkel.
o A CA-as reakció, illetve a citrát, kationcserére képes funkciós csoportokat tartalmazó termék igazolása FT-IR spektrumok, pórusméretek és titrálási görbe segítségével.
o A CA-val módosított repcemag- és keményítőmentes búzamag származékok réz- és cinkion megkötődési kinetikájának közelítése Lagergren reverzibilis másodrendű kémiai reakciót leíró modelljével (Lagergren, 1898), továbbá a szorpciós kinetika hőmérséklet függésének vizsgálata.
o Szakaszos módszerrel, pufferelt réz- és cinkion oldatok felhasználásáva, Langmuir-izoterma alkalmazásával a CA-val módosított repce- és búzamag maradékok szorpciós kapacitásának meghatározása. A kapott értékek összehasonlítása hasonló körülmények közt különböző mezőgazdasági hulladékokra meghatározott irodalmi kapacitásokkal.
o A CA-as módosítást megelőzően a rostok hexános extrakciója és enyhe körülmények közt végzett nátrium-hidroxidos vagy kénsavas előkezelésének beiktatása az előállítási folyamatba. (A nátrium-hidroxidos kezeléssel kapcsolatban sok kérdés merül fel az irodalomban, a kénsavas kezelés hatását pedig viszonylag ritkán vizsgálták, pedig poliszacharid szerkezetekre gyakorolt hatása közismert (lsd. bioetanol gyártás).) A kezelések hatásának vizsgálata a rostok összetételére, és a CA-as módosítás hatékonyságára, a morfológiai változások követése elektronmikroszkópos felvételekkel és BET fajlagos felület (Brunauer, Emmett, & Teller, 1938) mérésével.
38
o Szakaszos (rázatott lombikos kísérletek) és folyamatos (oszlopkísérletek) rendszerben a különböző módon kezelt minták réz- cink- és nikkel ionokkal szembeni szorpciós hatékonyságok meghatározása.
o Az előállított termékek biológiai oxigényigényének (BOI) mérése, melynek ismeretében következtetni lehet, hogy a kezelésekkel mennyire sikerült javítani a szerves komponensek okozta magas BOI értéket, ami komoly problémát jelent a bioszorbensek alkalmazhatóságakor.
39 2 Anyagok és módszerek
2.1 Felhasznált anyagok és alkalmazott készülékek Rostok
a) Repcemag-pellet
A repcemag pellet a repce alapú bioüzemanyag gyártás sajtolási hulladéka. A munkához felhasznált pelletet az Öko-Line Hungary Kft–től (Nagyigmánd) szereztem be (2.1-1. ábra), melynek nedvességtartalma átlagosan 7 (m/m)% volt.
2.1-1. ábra: Repcemag-pellet b) Keményítőmentes búzamag
Az ésszerű közelségben elérhető tejsavgyárak hiánya miatt keményítőmentes búzamag, mint gyártási hulladék nem állt rendelkezésemre. Ezért szükség volt búzamagból kiindulva ennek laboratóriumi előállítására (2.1-2. ábra). Így ez esetben modell hulladékról kell beszélni. A búzamagot az Elitmag Kft. (Martonvásár) bocsátotta rendelkezésemre. Az enzimes keményítőmentesítés, az ipari eljáráshoz hasonlóan kétlépéses enzimes hidrolízissel történt. Ennek általánosan elfogadott módja, hogy első lépésben a keményítőt hőstabil α-amiláz enzimmel elfolyósítják, majd az így keletkező kisebb molekulatömegű láncokat glükoamiláz enzimmel glükózzá hidrolizálják (elcukrosítják). A keményítőmentes búzamag nedvességtartalma 6 (m/m)% volt.
2.1-2. ábra: Keményítőmentes búzamag
40
A rostokat 0-1 mm szemcseméretűre őröltem. Összetételük meghatározása a 2.4.1. fejezetben leírtaknak megfelelően történt. Ezeket a 2.1-1. táblázat mutatja be.
2.1-1. táblázat: Az őrölt repcemag-pellet (RP) és az őrölt keményítőmentes búzamag (KMB) összetétele a száraz anyag tömegére vonatkoztatva
Összetevők / (m/m)% RP KMB
glükán 6,0 21,3
xilán 3,4 20,1
arabinán, galaktán, mannán 4,4 10,9
cellulóz 6,0 21,3
o Cink-szulfát 7-hidrát (>99,5%), Scharlab Magyarország Kft., Debrecen o Citromsav-monohidrát (100%), VWR International Kft., Debrecen
o Desztillált víz, PE-Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet o Ecetsav (99,8%), Scharlab Magyarország Kft., Debrecen
o Glükóz (≥99,99 %), Sigma Aldrich Kft., Budapest o Karbamid (99,0-100,5 %), Sigma Aldrich Kft., Budapest o Kénsav (95-97%), Scharlab Magyarország Kft., Debrecen
o Nátrium-acetát (100%, vízmentes), Scharlab Magyarország Kft., Debrecen o Nátrium-hidroxid (98%), VWR International Kft., Debrecen
o Nátrium-tripolifoszfát (≥98,0%), Sigma Aldrich Kft., Budapest o Nikkel-klorid 6-hidrát (96%), VWR International Kft., Debrecen o NTH oldat (N-allil-tiokarbamid), Sigma Aldrich Kft., Budapest o n-Hexán (96%), Scharlab Magyarország Kft., Debrecen
o Pepton húsból, pepszinnel emésztett, Reanal Finomvegyszergyár Zrt., Budapest o Réz-szulfát (98%, vízmentes), VWR International Kft., Debrecen
Az elemzésekhez alkalmazott készülékek
o Automata pipetta (BIOHIT-PROLINE), PE-Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet, Veszprém
o BOI mérőrendszer (OxiTop OC100), PE-Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet, Veszprém
o Digitális pH mérő (Mettler Toledo), PE-Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet, Veszprém
o ICP spektrométer (Spectroflame Modula E típus), Analitika BHM Kft., Veszprém o Infravörös spektrométer (Thermo Nicolet Avatar 330 FT-IR), PE-Szerves Kémiai
Intézeti Tanszék, Veszprém
o Inkubátoros rázógép (IKA KS4000i control), PE-Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet, Veszprém
o HPLC (Shimadzu HPLC rendszer, Aminex HPX-87H típusú kolonna), BME-Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Budapest
o Nitrogén gáz adszorpció/deszorpció (Micromeritics ASAP 2000), PE-Környezetmérnöki Intézet, Veszprém
41
o Pásztázó elektronmikroszkóp (Philips XL30 ESEM), PE-Anyagmérnöki Intézet, Veszprém
o Rotációs bepárló vízfürdővel (BÜCHI Heating Bath B490, BÜCHI Rotavapor R-200), PE-Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet, Veszprém Egyéb
o BOI kapszula (BIO-SYSTEMS Corporation, Roscoe, USA) o Ioncserélő gyanta (Purolite C104, Moszkva, Oroszország) o Matlab 2010a szoftver
o Statictica 8 szoftver
o Szűrőpapír (VWR 454, Scharlab Magyarország Kft., Debrecen) 2.2 Citromsavas módosítás
A poliszacharid vázra karboxil-csoportok építhetőek a lignocellulózos alapanyag elérhető hidroxil csoportjainak citromsav-anhidriddel történő szilárd fázisú termokémiai észterezési reakciójával. A citromsavas módosítás minden esetben vizes citromsav oldattal történő kezelést jelent.
2.2.1 Előállítási módszer
A CA-as módosítás sémáját a 2.2-1. ábra szemlélteti. Az előállítás lépései irodalmi források és az előkísérleteim során szerzett (gyakorlati jellegű) tapasztalatok alapján alakultak ki (pl: aprítás, keverés szárítás közben, oldat kíméletes rászárítása a szilárd anyagra).
2.2-1. ábra: A poliszacharid-citrát előállítási sémája
A CA oldatot megfelelő arányban összekevertem előkezelt vagy kezeletlen őrölt rosttal. A mintákat szárítószekrénybe helyeztem, és tömegállandóságig szárítottam 60°C-on óránkénti keverés mellett. A szemcséken kialakult a CA bevonat. A szárított anyagot aprítottam, hogy biztosítsam a nagyobb érintkezési felületet a termikus reakcióhoz. Majd ismét 60°C-on szárítottam 24 órán át, ilyen módon a teljes felületi nedvességtartalmat eltávolítottam.
A termokémiai reakció az optimális hőmérsékleten és ideig játszódott le. Végül vizes mosással eltávolítottam az el nem reagált CA-at a szemcsék felületéről és megszárítottam.
Az alkalmazott CA oldat - rost arányt és az optimális reakcióparamétereket előzetesen optimalizáltam. Számszerű értékeiket az eredmények fejezetben (3.1. fejezet) tárgyalom.
rost + vizes CA oldat
szárítás
60°C aprítás szárítás
60°C reakció vizes
mosás
42
2.2.2 Optimális előállítási paraméterek meghatározása Optimális citromsav oldat – száraz rost arány meghatározása
Az optimális alapanyagarány meghatározásához 5 g repcemag port annyi 1,2 mol/l-es CA oldatba tettem, hogy a folyadék-szilárd anyag arány 2-18 ml/g közt változzon. A keverékeket a 2.2-1. ábrának megfelelően hőkezelésnek vetettem alá. A reakcióhőmérsékletet 140°C-ra állítottam be, melyet 30 percig tartottam. Az itt alkalmazott CA koncentrációt és a reakcióparamétereket szakirodalom alapján választottam meg (Low (d), Lee, & Mak, 2004).
Az így elkészített minták szakaszos fémion megkötési vizsgálatát a 2.4.5.1. fejezetben leírtak szerint végeztem, 35 mmol/l-es (pH=4,8) vizes réz-szulfát oldatban, másfél óráig, 25±3°C-on. A vizsgálat során megkötött fémionok mennyiségét a 18. egyenlet szerint számítottam.
Az elvégzett optimalizáló kísérlettervezés
Az optimális CA oldat koncentrációt, reakcióhőmérsékletet és reakcióidőt 2P típusú teljes faktoros kísérlettervezéssel határoztam meg centrumponti kísérleteket is végezve Statistica 8 szoftver felhasználásával. A kísérleti terv felépítésénél figyelembe kellett venni egy kísérlet relatíve nagy időigényét, ami közelítően egy hetet jelentett az alapanyagok összekeverésétől a megkötési vizsgálatok befejezéséig.
A cél az volt, hogy a fémion-megkötőképességet, mint függő változót maximalizáljam a felsorolt független változók hatásainak és kereszthatásainak vizsgálata alapján.
A kísérleti terv tartalmazza a változók beállított értékeit az egyes méréseknél, amelyek kiválasztása irodalmak és előkísérletek alapján történt. A kísérleti tervet első és második kísérleti tervrészre osztottam. Ez azt jelenti, hogy először elvégeztem az első tervrészben foglalt kísérleteket, majd ezek eredményei ismeretében összeállítottam a még szükséges méréseket tartalmazó második tervrészt. A független változók vizsgált értékeit a 2.2-1. táblázat tartalmazza. A CA-as módosítások 2.2-1. ábrának megfelelően történtek, a kísérleti tervben előírt paraméterek (CA koncentráció, reakcióidő, reakcióhőmérséklet) beállítása és az optimális CA oldat-száraz rost arány mellett.
2.2-1. táblázat: A független változók vizsgálati szintjei
Koncentráció Hőmérséklet Idő
1. kísérleti tervrész 0,5 és 1 mol/l 120 és 160°C 40 és 90 min 2. kísérleti tervrész állandó (1 mol/l) 90 és 120°C 40 és 90 min
43
Az elkészített mintákat szakaszos fémion megkötésükkel jellemeztem. A vizsgálatot a 2.4.5.1 fejezetben leírtak szerint végeztem, 35 mmol/l-es (pH=4,8) vizes réz-szulfát oldatban, másfél óráig, 25±3°C-on. A vizsgálat során megkötött fémionok mennyiségét a 10. egyenlet szerint számítottam.
2.3 A rostok előkezelése Oldószeres extrakció
Az oldószeres extrakciót n-hexánnal végeztem Soxhlet extraktorban. 21,5 ml/g-os n-hexán:száraz rost arányt megtartva az extrakciós filtert megtöltöttem rosttal, illetve bemértem a szükséges mennyiségű n-hexánt az extraktor lombikjába. Felhelyeztem egy golyóshűtőt, és elindítottam a melegítést. Az extrakciós kezelést egy órán keresztül végeztem reflux hőmérsékleten. Ennyi idő alatt teljesen lejátszódott az extrakció, mert az extrahálószer már nem színesedett el. A kivonatolt rostot szobahőmérsékleten szárítottam, hogy a maradék n-hexán is elpárologjon, majd 105°C-on tömegállandóságig szárítottam.
A száraz rostot forró desztillált vízbe tettem 10%-os szárazanyagtartalmat beállítva, és fél óráig állni hagytam. A rostot szűrtem, hideg vízzel mostam, majd 105°C-on tömegállandóságig szárítottam, és exszikkátorban tartottam.
Savas és lúgos kezelés
Egy csavaros tetejű üvegbe 10%-os szárazanyagtartalmat beállítva 1 (m/m) %-os vizes nátrium-hidroxid oldatba – a továbbiakban lúgos kezelés –, illetve vizes kénsav oldatba – a továbbiakban savas kezelés – tettem a száraz anyagot, és egy hétig szobahőmérsékleten tartottam. Naponta összeráztam. A kezelési idő lejártával az anyagot szűrtem, majd desztillált vízzel sav, illetve lúgmentesre mostam. Az így kapott rostot 105°C-on szárítottam, és exszikkátorban tartottam.
2.4 Vizsgálati módszerek 2.4.1 Összetétel meghatározás
A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszékének segítségével meghatároztam a kezeletlen és az előkezeléseken átesett őrölt repcemag maradék és őrölt keményítőmentes búzamag összetételét, hogy megismerjem a különböző előkezelések hatására bekövetkező változásokat.
44 RP;
KMB
Hagglund, hamu, fehérje analízis
Extrakció
Szűrés Vizes szuszpenzió
Mosás RPE;
KMBE
n-hexán extraktívok
Hagglund, hamu, fehérje
Savas/lúgos kezelés
Hígsavas hidrolízis
HPLC cukoranalízis
RPE/S, RPE/L;
KMBE/S, KMBE/L Szilárd frakció
szárítás
Szűrés
Mosás
Szilárd frakció szárítás
Felülúszó
Hígsavas hidrolízis
HPLC cukoranalízis
Hagglund, hamu, fehérje Felülúszó
m RPE;
m KMBE
Vizes szuszpenzió
2.4-1. ábra: A kezeletlen és az előkezelt anyagok összetételének meghatározása
45
A 2.4-1. ábra szemlélteti a kezelt és kezeletlen anyagok összetételének analízisére kidolgozott tervet. Az ábrán látható jelölések magyarázata:
o RP – őrölt, repcemag maradék
o RPE – extrahált, őrölt, repcemag maradék
o m RPE – vízzel mosott, extrahált, őrölt repcemag maradék o RPE/S – vizes savval kezelt, extrahált, őrölt, repcemag maradék o RPE/L – vizes lúggal kezelt, extrahált, őrölt, repcemag maradék o KMB – őrölt, keményítőmentes búzamag
o KMBE – extrahált, őrölt, keményítőmentes búzamag
o m KMBE – vízzel mosott, extrahált, őrölt, keményítőmentes búzamag o KMBE/S – vizes savval kezelt, extrahált, őrölt, keményítőmentes búzamag o KMBE/L – vizes lúggal kezelt, extrahált, őrölt, keményítőmentes búzamag A terv megvalósítása során alkalmazott módszerek:
o Szuszpenzió készítés: forró desztillált vízzel 10%-os szárazanyag koncentrációt állítottunk be
o Mosás: desztillált vízzel, legalább háromszor, háromszoros mennyiséggel o Szűrés: Büchner-tölcséren szívópalackkal, VWR 454 típusú szűrőpapíron o Szárítás: 105°C-on tömeállandóságig
o Hagglund módszer lignocellulózok analízisére: kétlépcsős kénsavas hidrolízis a nyersanyag szénhidrát és lignin tartalmának meghatározásához (Sluiter (a), Hames, Ruiz, Scarlata, Templeton, & Crocker, 2008). A savas forralás hatására a minta poliszacharid tartalma a felülúszóba kerül, melynek cukortartalma HPLC-vel elemezhető a hígsavas hidrolízist követően.
o Hamutartalom meghatározás: hamvasztás 550°C-on súlyállandóságig (Sluiter (b), Hames, Ruiz, Scarlata, Sluiter, & Templeton, 2008).
o Fehérjetartalom meghatározás: szárazroncsolásos analízis Dumas módszerrel (Watson
& Galliher, 2001).
o Hígsavas (vizes H2SO4) hidrolízis: az oligomer cukrok monomer cukrokká alakítása, melyek HPLC-vel meghatározhatóak (Sluiter (c), Hames, Ruiz, Scarlata, Sluiter, &
Templeton, 2008).
o Monoszacharidok elemzése HPLC-vel: a minták cukor tartalmát (glükóz, xilóz, galaktóz, mannóz, arabinóz) ionkizárásos folyadékkromatográfiával határoztuk meg, Aminex HPX-87H típusú kolonnával 65°C. A kolonna mono- és diszacharidok elválasztására alkalmas. A komponensek azonosítása és mennyiségi meghatározása retenciós idő alapján.
46
standard oldatok alkalmazásával, törésmutató detektorral (RI, LKB 2145) 0,5 ml/perces áramlási sebesség mellett 5 mmol/l-es vizes kénsav eluenssel történt. Az elemzés előtt a mintákat 0,2 µm pórusátmérőjű membránon szűrtük át.
Az analízissel meghatározott megfelelő glükóz, xilóz és arabinóz koncentrációk ismeretében a következőképpen számítható a minták strukturális poliszacharid tartalma, a
Az analízissel meghatározott megfelelő glükóz, xilóz és arabinóz koncentrációk ismeretében a következőképpen számítható a minták strukturális poliszacharid tartalma, a