ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2024.250.353-365isplta-398Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGY OF WOOD. BIO TECHNOLOGYСорбционная очистка ксилозного гидролизата активированным углем из целлолигнинаSorption purification of xylose hydrolysate by activated carbon from celloligninhttps://orcid.org/0000-0003-4617-7824МамбетоваС. Р.MambetovaS. R.

Мамбетова Софья Романовна – магистрант института химической переработки биомассы дерева и техносферной безопасности

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

Mambetova Sofya R. – Master's student Institute of Chemical Processing of Wood Biomass and Technosphere Safety

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

sofya.mam@icloud.comhttps://orcid.org/0000-0002-0480-3156БахтияроваА. В.BakhtiiarovaA. V.

Бахтиярова Анна Валерьевна – старший преподаватель кафедры технологии лесохимических продуктов, химии древесины и биотехнологии

194021, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург

 

Bakhtiiarova Anna V. – Senior Lecturer of the Department of technology of wood chemical products, wood chemistry and biotechnology

194021. Institute per. 5. St. Petersburg

 

nyroc@rambler.ruСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg State Forest Technical UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваРоссияSt.Petersburg state Forest Technical UniversityRussian Federation2024261120240250353365Copyright © Мамбетова С.Р., Бахтиярова А.В., 20242024Мамбетова С.Р., Бахтиярова А.В.Mambetova S.R., Bakhtiiarova A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/398

Высокие требования к качеству ксилита обусловлены его применением в пищевой и фармацевтической промышленностях. Важной задачей при подготовке ксилозных растворов к гидрированию является осветление раствора, так как ксилит – это белый кристаллический порошок. Для этих целей применяются сорбционная и флокуляционная очистка получаемых растворов, а также мембранные методы. Наиболее часто используется сорбционная очистка активированным углем, обработка которым эффективна для снижения цветности получаемых растворов. В статье рассмотрена необходимость сорбционной очистки ксилозного гидролизата и представлена сравнительная характеристика эффективности процесса осветления пентозного гидролизата берёзовой древесины гранулированным активным углём (ГАУ) из целлолигнина и древесным активным углём марки БАУ-А. Степень осветления гидролизата при использовании ГАУ выше, чем при БАУ-А, и необходимая цветность достигается при добавлении ГАУ в количестве 17% от СВ гидролизата. Использование ГАУ для сорбционной очистки пентозных гидролизатов позволяет снизить расход сорбентов на осветление гидролизатов в 1,3 раза. Приведены данные по регенерации отработанного ГАУ из целлолигнина при различной продолжительности обработки, а также результаты эффективности осветления ксилозных растворов регенерированными ГАУ. Регенерированные ГАУ пригодны для сорбционной очистки гидролизата. Достаточная продолжительность регенерации составила 20 минут. Организация производства ГАУ из целлолигнина позволит значительно снизить расходы на сорбционную очистку гидролизата и повысить экономическую эффективность ксилитного производства.

High quality requirements for xylitol are due to its use in food and pharmaceutical industries. An important task in preparation of xylose solutions for hydrogenation is solution clarification, since xylitol is a white crystalline powder. For this purpose sorption and flocculation purification of the obtained solutions as well as membrane methods are used. The most commonly used sorption purification is activated carbon, the treatment of which is effective in reducing the color of the solutions obtained. The article considers the necessity of sorption purification of xylose hydrolysate and presents a comparative characterization of the efficiency of the process of clarification of pentose hydrolysate of birch wood by granulated active carbon (GAC) from cellolignin and BAU-A wood active carbon. The degree of clarification of hydrolysate when using GAC is higher than that of BAU-A and the required color is achieved when adding GAC in the amount of 17% of the CB of hydrolysate. The use of GAC for sorption purification of pentose hydrolysates allows to reduce the consumption of sorbents for clarification of hydrolysates in 1.3 times. The data on regeneration of spent GAC from cellolignin at different duration of treatment, as well as the results of efficiency of clarification of xylose solutions by regenerated GAC are presented. The regenerated GAC are suitable for sorption purification of hydrolysate. Sufficient duration of regeneration was 20 minutes. Organization of production of GAC from cellolignin will significantly reduce the cost of sorptive treatment of hydrolysate and increase the economic efficiency of xylitol production.

Ксилитксилозный гидролизцеллолигнингранулированный активный угольсорбционная очисткаxylitolxylose hydrolysiscelloligningranulated active carbonsorption purificationReferencesБахтиярова А.В., Белоусов И.И., Кинд А.В., Романенко К.А., Спицын А.А. Пиролиз и активация уплотненного целлолигнина // Химическая технология. 2019. Т. 20, № 3. С. 98-103. DOI: 10.31044/1684-5811-2019-20-3-98-103Arminda M., Josúe C., Cristina D., Fabiana S., Yolanda M. Use of activated carbons for detoxification of a lignocellulosic hydrolysate: statistical optimisation. Journal of Environmental Management, 2021, no. 296, pp. 1–9Бахтиярова А.В., Денисенко Г.Д. Технология гидролизных и микробиологических производств. СПб.: СПбГЛТУ, 2018. 44 с.Bahtijarova A.V., Belousov I.I., Kind A.V., Romanenko K.A., Spitsyn A.A. Pyrolysis and activation of compacted lignocellulosic materials. Chemical Technology, 2019, vol. 20, no. 3, pp. 98–103. DOI: 10.31044/1684-5811-2019-20-3-98-103. (In Russ.)Выглазов В.В. Технология высококачественного ксилита и других полиолов на основе пентозансодержащего растительного сырья: дисс. … д-ра техн. наук. СПб., 2004. 602 с.Bahtijarova A.V., Denisenko G.D. Technology of Hydrolysis and Microbiological Productions. St. Peterburg: SPbGLTU, 2018. 44 p. (In Russ.)Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К., Железнякова А.В., Исаков М.А., Сазонова Д.В., Мокрышева Н.Г. Сахарный диабет в Российской Федерации: динамика эпидемиологических показателей по данным Федерального регистра сахарного диабета за период 2010–2022 гг. // Сахарный диабет. 2023. 26(2). С. 104– 123. doi.org/10.14341/DM13035Barathikannan K., Agastian P. Xylitol: Production, optimization and industrial application. Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci., 2016, no. 5, pp. 324–339. DOI: 10.20546/ijcmas.2016.509.036.Денисенко Г.Д., Румянцева В.Г., Шурыгина М.С. Исследование процесса облагораживания древесины лиственных пород в ксилитном производстве // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2023. № 63. С. 352–355.Carvalheiro F., Duarte L.C., Lopes S., Parajó J.C., Pereira H., Gírio F.M. Evaluation of the detoxification of brewery’s spent grain hydrolysate for xylitol production by Debaryomyces hansenii CCMI 941. Proc. Biochem, 2005, no. 40, pp. 1215–1223. DOI: 10.1016/j.procbio.2004.04.015.Кинд А.В., Кинд В.Б., Выглазов В.В. и др. Ультрафильтрационный мембранный аппарат для очистки гидролизатов растительного сырья // Леса России в XXI веке: матер. четвертой Междунар. науч.-практич. интернет-конференции. Апрель 2010 г. СПб.: ЛТА, 2010. С. 161–166.Dedov I.I., Shestakova M.V., Vikulova O.K., Zheleznjakova A.V., Isakov M.A., Sazonova D.V., Mokrysheva N.G. Diabetes mellitus in the Russian Federation: dynamics of epidemiological indicators according to the Federal Register of Diabetes Mellitus for the period 2010–2022. Diabetes mellitus, 2023, no. 26, pp. 104–123. DOI: 10.14341/DM13035. (In Russ.)Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Третьяков С.И. Комплексная химическая переработка древесины: учебник. Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2002. 347 c.Denisenko G.D., Rumyanceva V.G., Shury`gina M.S. Issledovanie processa oblagorazhivaniya drevesiny` listvenny`x porod v ksilitnom proizvodstve [Investigation of hardwood refining process in xylitol production]. Aktual`ny`e problemy` lesnogo kompleksa, 2023, no. 63, pp. 352–355. (In Russ.)Мамбетова С.Р., Бахтиярова А.В., Михайлова А.Е. Анализ рынка ксилита // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 100-2. С. 112–114. DOI: 10.18411/trnio-08-2023-88.Janket S.J., Jaspreet B., Isaac P., Leland K.A., Jukka H. M. Oral and systemic effects of xylitol consumption. Caries Res., 2019, no. 53, pp. 491–501. DOI: 10.1159/000499194.Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Пищевая химия. Изд. 4-е, испр. и доп. СПб.: ГИОРД, 2007. 640 с.Khol'kin Iu.I. Tekhnologiia gidroliznykh proizvodstv [Technology of hydrolysis industries]. M.: Lesn. prom-st', 1989. 496 p. (In Russ.)Трофимова Н.Н., Бабкин В.А. Изучение кислотного гидролиза полисахаридов древесины лиственницы для получения кристаллической глюкозы // Химия растительного сырья. 2009. № 3. С. 31–37.Kind A.V., Kind V.B., Vy`glazov V.V. i dr. Ul`trafil`tracionny`j membranny`j apparat dlya ochistki gidrolizatov rastitel`nogo sy`r`ya [Ultrafiltration membrane apparatus for purification of plant raw material hydrolysates ]. Lesa Rossii v XXI veke: materialy` chetvertoj mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj internet-konferencii. Aprel` 2010 g. SPb.: LTA, 2010, pp. 161–166. (In Russ.)Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. М.: Лесн. пром-сть, 1989. 496 c.Koverninskij I.N., Komarov V.I., Tret'jakov S.I. Complex chemical processing of wood. Arhangel'sk: Izd-vo Arhang. gos. tehn. un-ta, 2002. 347 p. (In Russ.)Arminda M., Josúe C., Cristina D., Fabiana S., Yolanda M. Use of activated carbons for detoxification of a lignocellulosic hydrolysate: statistical optimisation // J. EnvironManage. 2021. No. 296. doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113320Mambetova S.R., Bahtijarova A.V., Mihajlova A.E. Analysis of the xylitol market. Trends in the development of science and education, 2023, no. 100-2, pp. 112–114. DOI: 10.18411/trnio-08-2023-88. (In Russ.)Barathikannan K., Agastian P. Xylitol: Production, optimization and industrial application // Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. 2016. 5. P. 324–339.Nechaev A.P., Traubenberg S.E., Kochetkova A.A. i dr. Pishhevaya ximiya [Food chemistry] / pod red. A.P. Nechaeva. Izd. 4-e, ispr. i dop. SPb.: GIORD, 2007. 640 p. (In Russ.)Carvalheiro F., Duarte L.C., Lopes S., Parajó J.C., Pereira H., Gírio F.M. Evaluation of the detoxification of brewery’s spent grain hydrolysate for xylitol production by Debaryomyceshansenii CCMI 941 // Proc. Biochem. 2015. 40. Р. 1215–1223. DOI: 10.1016/j.procbio.2004.04.015Satyavolu J., Tadimeti J.G.D., Thilakaratne R. Xylose production and the associated integration for biocoal production. Energy Conversion and Management, 2020, no. 10(1). DOI: 10.1016/j.ecmx.2020.100073.Janket S.J., Jaspreet B., Isaac P., Leland K.A., Jukka H.M. Oral and systemic effects of xylitol consumption // Caries Res. 2019. 53. P. 491–501. DOI: 10.1159/000499194Tavares A.P.M., Gonçalves M.J.A., Brás T., Pesce G.R., Xavier A.M.R.B., Fernandes M.C. Cardoon Hydrolysate Detoxification by Activated Carbon or Membranes System for Bioethanol Production. Energies, 2022, no. 15, pp. 1–15. DOI: 10.3390/en15061993.Satyavolu J., Ganesh Dattatreya Tadimeti J., Thilakaratne R. Xylose production and the associated integration for biocoal production // Energy Conversion and Management. 2020. X. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2020.100073Trofimova N.N., Babkin V.A. Study of acid hydrolysis of larch wood polysaccharides to obtain crystalline glucose. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja, 2009, no. 3, pp. 31–37. (In Russ.)Tavares A.P.M., Gonçalves M.J.A., Brás T., Pesce G.R., Xavier A.M.R.B., Fernandes M.C. Cardoon Hydrolysate Detoxification by Activated Carbon or Membranes System for Bioethanol Production // Energies. 2022. 15. 1993. URL: https://doi.org/10.3390/en15061993Umai D., Kayalvizhi R., Kumar V., Jacob S. Xylitol: Bioproduction and Applications. Front. Sustain, 2022, no. 3, pp. 1–16. DOI: 10.3389/frsus.2022.826190.Umai D., Kayalvizhi R., Kumar V., Jacob S. Xylitol: Bioproduction and Applications // Front. Sustain. 2022. Vol. 3. Р. 2. DOI: 10.3389/frsus.2022.826190Vardhan H., Sasmal S., Mohanty K. Detoxification of areca nut acid hydrolysate and production of xylitol by Candida tropicalis (MTCC 6192). Preparative Biochemistry & Biotechnology, 2023, no. 53, pp. 1–12. DOI: 10.1080/10826068.2023.2207093.Vardhan H., Sasmal S., Mohanty K. Detoxification of areca nut acid hydrolysate and production of xylitol by Candida tropicalis (MTCC 6192) // Preparative Biochemistry & Biotechnology. 2023. Р. 1–12 DOI: 10.1080/10826068.2023.2207093Vyglazov V.V. Technology of high-quality xylitol and other polyols based on pentosan-containing plant raw materials : diss. ... of PhD in Engineering : 05.21.03 : defense of the thesis 2005-02-15 : approved 2005-03-22. St. Peterburg: 2005. 602 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.