ВТОРИЧНЫЕ РЕСУРСЫ: ШЕЛУХА РАПСА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ И ЛИГНИНА: MJOYUV

Любовь Анатольевна Зайцева; Валентин Игоревич  Ущаповский; Агата Анатольевна Яковлева; Ирина Эдуардовна Миневич

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.026

Авторы

Любовь Анатольевна Зайцева ФГБНУ Федеральный научный центр лубяных культур https://orcid.org/0000-0002-8902-7618
Валентин Игоревич Ущаповский ФГБНУ Федеральный научный центр лубяных культур https://orcid.org/0000-0003-1620-3323
Агата Анатольевна Яковлева ФГБНУ Федеральный научный центр лубяных культур https://orcid.org/0000-0001-5977-5669
Ирина Эдуардовна Миневич ФГБНУ Федеральный научный центр лубяных культур https://orcid.org/0000-0002-8558-4257

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.026

Ключевые слова:

шелуха рапса, органосольвентная обработка, целлюлозный продукт, экстрактивные вещества, лигнин

Аннотация

Рапс – одна из наиболее востребованных масличных культур в мире, он неприхотлив и может выращиваться даже в суровых климатических условиях. Рапсовое масло находит широкое применение во многих областях промышленности, от пищевой до лакокрасочной. Жмыхи и шроты рапса богаты белком, что позволяет использовать их в качестве добавок к кормам. Все большее распространение в перерабатывающей промышленности приобретает обрушивание семян рапса. Это позволяет получать пищевое масло более высокого качества. Дополнительным не целевым продуктом обрушивания семян рапса является шелуха, переработка которой позволит повысить экономическую эффективность производства этой сельскохозяйственной культуры. Цель настоящего исследования – обоснование целесообразности глубокой переработки шелухи рапса. Для снижения экстрактивных веществ шелуху рапса подвергали последовательной экстракции этанолом и очищенной горячей водой, также проводили обработку толуольно-спиртовой смесью. Шелуху рапса подвергали органосольвентной обработке. При органосольвентной обработке измельченное сырье нагревали до 85°С в растворе, содержащим уксусную кислоту, перекись водорода и каталитическое количество серной кислоты. Кислоторастворимый лигнин выделяли из надосадочного раствора, полученного в результате органосольвентной обработки. В результате анализа было установлено, что в использованной шелухе рапса присутствует значительное количество экстрактивных веществ: растворимых при последовательной обработке этанол-горячая вода - 22,33%, в органических растворителях (толуольно-спиртовая смесь) – 6,60%. Показано, что выход целлюлозосодержащего продукта и содержание в нем основных компонентов зависят от способа предварительной обработки рапсовой шелухи. Характеристики целлюлозосодержащего продукта варьировали при этом в следующих интервалах: выход 25-31%, содержание: целлюлозы 43-51%, лигнина 7-17%. Установлена возможность выделения кислоторастворимого лигнина в процессе органосольвентной обработки шелухи рапса. Дальнейшее изучение и разработка технологических приемов использования шелухи рапса целесообразно и может быть рекомендовано как одно из направлений переработки производственных отходов.

Библиографические ссылки

Ким Д.В. Особенности состава рапса, его переработка и перспективы выращивания в Сибирском регионе // Пищевые инновации в биотехнологии. Сборник тезисов VI Междуна-родной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых под общей редакцией А.Ю. Просекова. М. - 2018. - Т. 2. - С. 58–62.

Россия может довести урожай рапса до 10–12 млн т в год — отраслевая ассоциация [Электронный ресурс]. 2023. URL: https://specagro.ru/news/202301/rossiya–mozhet–dovesti–urozhay–rapsa–do–10–12–mln–t–v–god–otraslevaya–associaciya (25.10.2023)

Выгоды потепления: почему в России растёт производство масличных культур? [Электронный ресурс]. 2023. URL: https://sber.pro/publication/vygody–potepleniia–pochemu–v–rossii–rastet–proizvodstvo–maslichnykh–kultur/ (13.12.2023)

Быкова С.Ф. Давиденко Е.К., Минасян Н.С. Переработка семян крестоцветных (рапса, рыжика, сурепицы) современных сортов // Вест-ник Всероссийского научно–исследовательского института жиров. - 2013. - №2. - С. 5–8.

Carre P., Citeau M., Robin G., Estorges M. Hull content and chemical composition of whole seeds, hulls and germs in cultivars of rapeseed (Brassica napus) // OCL. - 2016. - Vol. 23. - № 3. - 8 p.

Рензаев А.О, Кравченко С.Н. Метод пе-реработки рапса обрушиванием семян и удале-ние оболочки // Вестник КрасГАУ. - 2022. - № 6. - С. 210–216 DOI: https://doi.org/10.36718/1819–4036–2022–6–210–216.

Carre, P.A new method for rapeseed hulls purification – proof of concept // Published by EDP Sciences. - 2021. - 11 p.

Dekkers, K. Process design for sustainable extraction of rapeseed protein mixtures // Biobased chemistry and technology. - 2018. - 55 p.

Rekas A., Siger A., Wroniak M., Scibisz I., Derewiaka D., Anders A. Dehulling and microwave pretreatment effects on the physicochemical com-position and antioxidant capacity of virgin rape-seed oil // J Food Sci Technol. - 2017. - Vol 54. - №3. - P. 627–638.

Asad, M.; Brahim, M.; Ziegler–Devin, I.; Boussetta, N.; Brosse, N. Chemical characterization of non–saccharidic and saccharidic components of rapeseed hulls and sunflower shells // BioRes. - 2017. – Vol. 12. - № 2. - P. 3143–3153

Левчук, А.А. Модификация свойств лигноцеллюлозных отходов растениеводства // Научные труды КубГТУ. - 2015. - № 5. - С. 1–24.

Bilgic, E., Yaman, S., HaykiriAcma, H, and Kucukbayrak, S. Is torrefaction of polysaccharidesrich biomass equivalent to carbonization of lignin rich biomass // Bioresource Technol. - 2016. - P. 200, 201–207. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.10.032;

Brahim, M., Boussetta, N., Grimi, N., Vorobiev, E., and Brosse, N. Innovative physi-cally–assisted soda fractionation of rapeseed hulls for better recovery of biopolymers // RCS Adv. - 2016. – Vol. 6. № 24. - P. 19833–19842. DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA27548B

Amarowicz, R., Naczk, M., and Shahidi, F. Antioxidant activity of crude tannins of canola and rapeseed hulls // J. Am. Oil Chem. Soc. - 2000. - Vol. 77. - № 9. - P. 957–961. DOI: https://doi.org/10.1007/s11746–000–0151–0

Barana D., Salanti A., Orlandi M., Ali D.S., Zoia L. Biorefinery process for the simul-taneous recovery of lignin, hemicelluloes, cellulose nanocrystals and silica from rice husk and Arundo donax. // Industrial Crops and Products. - 2016. - Vol. 86. - P. 31–39.

Abraham R. E., Wong C. S., Puri M. Enrichment of cellulosic waste hemp (Cannabis sativa) hurd into non–toxic microfibres // Materials. - 2016. - P. 562. DOI: https://doi.org/10.3390/ma9070562

Синицын А.П., Синицына О.А. Биоконверсия возобновляемой растительной биомассы на примере биотоплива второго поколения: сырье, предобработка, ферменты, процессы, экономика// Успехи биологической химии. - 2021. Т. 61. - С.347–414.

Weijun Wang, Changsheng Liu, Fenghong Huang, Wenlin Li, Chang Zheng. Preparation and characterization of nanocellulose from rapeseed hull // OIL CROP SCIENCE. - 2019. - Vol. 4. - № 1. - P. 55–64. DOI: doi:10.3969/j.issn.2096–2428.2019.01.007

Арсеньева Д.Ю., Казаков Я.В., Окулова Е.О., Лагунов А.Ю. Закономерности процесса пероксидно-ацетатной делигнификации недревесного целлюлозсодержащего сырья в присутствии сернокислого катализатора. ИВУЗ. «Лесной журнал». - 2019. - №3. - С. 143 - 151. DOI: https//doi.org/10.17238/issn0536.2019.3.143

Пен Р.З., Шапиро И.Л., Каретни-кова Н.В. Пероксидная целлюлоза из пшеничной соломы. Химия растительного сырья. - 2022. - №2. - С. 299-305. DOI: https//doi.org/10.14258/jcprm.20220210688

Пен Р.З., Шапиро И.Л., Каретни-кова Н.В., Марченко Р.А. Пероксидная целлю-лоза из стеблей пшеницы и конопли. Химия растительного сырья. - 2023. - №4. - С. 415-422. DOI: https//doi.org/10.14258/jcprm.20230412954

Феофилова Е.П., Мысякина И.С. Лигнин: химическое строение, биодеградация, практическое использование (обзор). // При-кладная биохимия и микробиология. - 2016. - Т. 52. - № 6. - С. 559-569.

Зайцева Л. А., Волкова В. В., Миневич И. Э. Получение целлюлозного продукта из конопляной лузги // Ползуновский вестник. - 2023. - № 2. - С. 174‒183. DOI: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.02.023

Ruwoldt J., Tanase–Opedal M., Syverud K. Ultraviolet spectrophotometry of lignin revisited: exploring solvents with low harmfulness, lignin purity, hansen solubility parameter, and de-termination of phenolic hydroxyl groups // ACS Omega. - 2022. Vol. 50. - № 7. P. - 46371–46383. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.2c04982

Jóźwiakt T., Filipkowska U., The use of rapeseed husks to remove acidic and basic dyes from aquatic solutions. App. Sci. - 2024. 14. 1174. DOI: https://doi.org/10.3390/app14031174

Горковенко Л.Г., Осепчук Д.В. Использование рапса и продуктов его переработки в кормлении свиней и мясной птицы. – Краснодар. -2011. – 192с

Вураско А.В., Минакова А.Р., Дрикер Б.Н., Сиваков В.П., Косачева А.М. Технология получения целлюлозы из недревесного растительного сырья // Химия растительного сырья. - 2010. № 2. - С.165–168.

Arato, C., Kendall, P., Gjennstad, G. The Lignol approach to biorefining of woody biomass to produce ethanol and chemicals // Ap-plied Biochemistry and Biotechnology. - 2005. - P. 871–882.

Джуманова З.К. Спектральная характеристика лигнинов I.УФ-спектры диоксан-лигнинов злаковых растений. Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. - 2022. - 12(102). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14645