vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2017-7-2-105-112vuzbiochemi-38Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGYОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ УЛЬТРАЗВУКОМ СОЛОМЫ ПШЕНИЦЫ В СРЕДЕ ХЛОРИДА 1-БУТИЛ-3-МЕТИЛИМИДАЗОЛИЯOPTIMIZATION OF WHEAT STRAW ULTRASOUND PROCESSING IN THE ENVIRONMENT OF 1-BUTYL-3-METHYLIMIDAZOLIUM CHLORIDEХоанг Куанг КыонгHoang Quang Cuonghqc9189@gmail.comЕвстафьевС. Н.Evstaf’EvS. N.esn@istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation20172309201972105112Copyright © Хоанг Куанг Кыонг ., Евстафьев С.Н., 20192019Хоанг Куанг Кыонг ., Евстафьев С.Н.Хоанг Куанг Кыонг ., Evstaf’Ev S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/38

Выполнена термическая обработка биомассы соломы пшеницы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия при температурах 80, 100, 120 и 140 °C с использованием ультразвукового воздействия с частотой 44 кГц и мощностью 10, 30 и 50 Вт. После обработки из соломы выделены фракции целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина. Полученные фракции полисахаридов подвергали ферментативному гидролизу с использованием препарата «Целлолюкс-А». С целью оптимизации процесса термообработки методом математического моделирования с использованием программы Design-Expert 8.0.5.2 исследовано изменение массовой доли сахаров ферментолиза фракций полисахаридов соломы в зависимости от технологических факторов термообработки: температуры, продолжительности и мощности облучения. Установлено, температура 103 °C, продолжительность обработки 5 мин и мощность облучения 48,5 Вт являются оптимальными условиями для максимального выхода сахаров. Расхождение между прогнозируемым и экспериментально полученным выходом сахаров составило 1,8%, что подтверждает обоснованность полученной модели.

Heat treatment of wheat straw biomass in the environment of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride is executed at temperatures of 80, 100, 120 and 140 °C using ultrasonic frequency of 44 kHz and a power of 10, 30 and 50 W. Cellulose, hemicellulose and lignin were isolated from straw after treatment. The resulting fractions of polysaccharides were subjected to enzymatic hydrolysis using preparation Tsellolyuks A. The change of the mass concentration of sugars yielded in the enzymatic conversion of straw polysaccharides depending on the heat treatment process factors (temperature, duration and power) was investigated to optimize the heat treatment process by mathematical modeling using Design-Expert 8.0.5.2 program. The temperature of 103 °C, processing duration of 5 minutes and the power of 48.5 W were found to be optimum conditions for the maximum yield of sugars. The discrepancy between the predicted and experimentally obtained sugar yield was 1.8% that confirms the validity of the received model.

соломаполисахаридыхлорид 1-бутил-3-метилимидазолияфракционированиеультразвукмоделированиеоптимизацияstrawpolysaccharides1-butyl-3-methylimidazolium chloridefractionationultrasoundmodelingoptimizationReferencesBrandt A., Ray M. J., To T. Q., Leak D. J., Murphy R. J., Welton, T. Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures // Green Chemistry. 2011. V. 13, N 9. P. 2489-2499.Brandt A., Ray M. J., To T. Q., Leak D. J., Murphy R. J., Welton, T. Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures // Green Chemistry. 2011. V. 13, N 9. P. 2489-2499.Zhang Z-G, Chen H-Z. Enhancement of the enzymatic hydrolysis of wheat straw by pretreatment with 1-allyl-3-methylimidazolium chloride ([Amim]Cl) // African Journal of Biotechnology. 2012. V. 11, N 31. P. 8032-8037.Zhang Z-G, Chen H-Z. Enhancement of the enzymatic hydrolysis of wheat straw by pretreatment with 1-allyl-3-methylimidazolium chloride ([Amim]Cl) // African Journal of Biotechnology. 2012. V. 11, N 31. P. 8032-8037.Nawshad M., Zakaria M., Mohamad Azmi, B. K. Ionic liquid-a future solvent for the enhanced uses of wood biomass // Eur. J. Wood Prod. 2012. V. 70. P. 125-133.Nawshad M., Zakaria M., Mohamad Azmi, B. K. Ionic liquid-a future solvent for the enhanced uses of wood biomass // Eur. J. Wood Prod. 2012. V. 70. P. 125-133.Tang A. M., Zhang H. W., Chen G., Xie G. H., Liang W. Z. Influence of ultrasound treatment on accessibility and regioselective oxidation reactivity of cellulose // Ultrasonics Sonochemistry. 2005. V. 12, N 6. P. 467-472.Tang A. M., Zhang H. W., Chen G., Xie G. H., Liang W. Z. Influence of ultrasound treatment on accessibility and regioselective oxidation reactivity of cellulose // Ultrasonics Sonochemistry. 2005. V. 12, N 6. P. 467-472.Gadhe J. B., Gupta R. B., Elder T. Surface modification of lignocellulosic fibers using high-frequency ultrasound // Cellulose. 2006. V. 13. P. 9-22. DOI: 10.1007/s10570-005-9018-z.Gadhe J. B., Gupta R. B., Elder T. Surface modification of lignocellulosic fibers using high-frequency ultrasound // Cellulose. 2006. V. 13. P. 9-22. DOI: 10.1007/s10570-005-9018-z.Aliyu M., Hepher M. J. Effects of ultrasound energy on degradation of cellulose material // Ultrasonics Sonochemistry. 2000. V. 7, N 4. P. 265-268.Aliyu M., Hepher M. J. Effects of ultrasound energy on degradation of cellulose material // Ultrasonics Sonochemistry. 2000. V. 7, N 4. P. 265-268.Mikkola J.P., Kirilin A., Tuuf J.C., Pranovich A., Holmbom B., Kustov L.M., Murzin D.Y., Salmi T. Ultrasound enhancement of cellulose processing in ionic liquids: From dissolution towards functionalization // Green Chemistry. 2007. V. 9, N 11. P. 1229-1237.Mikkola J.P., Kirilin A., Tuuf J.C., Pranovich A., Holmbom B., Kustov L.M., Murzin D.Y., Salmi T. Ultrasound enhancement of cellulose processing in ionic liquids: From dissolution towards functionalization // Green Chemistry. 2007. V. 9, N 11. P. 1229-1237.Swatloski R.P., Spear S.K., Holbrey J.D., Rogers R.D. Dissolution of cellulose with ionic liquids // Journal of the American Chemical Society. 2002. V. 12, N 18. P. 4974-4975.Swatloski R.P., Spear S.K., Holbrey J.D., Rogers R.D. Dissolution of cellulose with ionic liquids // Journal of the American Chemical Society. 2002. V. 12, N 18. P. 4974-4975.Mohan P.R., Kumar B.V., Reddy O.V.S. Optimization of pretreatment conditions for increased cellulose conversion of sugarcane bagasse using peracetic acid employing central composite design // Songklanakarin J. Sci. Technol. 2013. V. 35 , N 2. P. 177-185.Mohan P.R., Kumar B.V., Reddy O.V.S. Optimization of pretreatment conditions for increased cellulose conversion of sugarcane bagasse using peracetic acid employing central composite design // Songklanakarin J. Sci. Technol. 2013. V. 35 , N 2. P. 177-185.Qiu Z.G.M. Aita S.M. Optimization by response surface methodology of processing conditions for the ionic liquid pretreatment of energy cane bagasse // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2014. V. 89, N 5. P. 682-689. DOI:10.1002/jctb.4167.Qiu Z.G.M. Aita S.M. Optimization by response surface methodology of processing conditions for the ionic liquid pretreatment of energy cane bagasse // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2014. V. 89, N 5. P. 682-689. DOI:10.1002/jctb.4167.Anupama M.P., Mahesh D.G., Ayyanna C. Optimization of fermentation medium for the production of Ethanol from Jaggery using box-behnken design // International Journal of Applied Biology and Pharmaceutical Technology. 2010. V. 1. P. 34-45.Anupama M.P., Mahesh D.G., Ayyanna C. Optimization of fermentation medium for the production of Ethanol from Jaggery using box-behnken design // International Journal of Applied Biology and Pharmaceutical Technology. 2010. V. 1. P. 34-45.Fang H., Zhao C., Song X. Optimization of enzymatic hydrolysis of steam-exploded corn stover by two approaches: Response surface methodology or using cellulase from mixed cultures of Trichoderma reesei RUT- C30 and Aspergillus niger NL02 // Bioresource Technology. 2010. V. 101, N 11. P. 4111-4119.Fang H., Zhao C., Song X. Optimization of enzymatic hydrolysis of steam-exploded corn stover by two approaches: Response surface methodology or using cellulase from mixed cultures of Trichoderma reesei RUT- C30 and Aspergillus niger NL02 // Bioresource Technology. 2010. V. 101, N 11. P. 4111-4119.Tian S., Wang Z., Fan Z., Zuo L. Optimization of CO2 laser-based pre-treatment of corn stover using response surface methodology // Bioresource Technology. 2011. V. 102, N 22. P. 10493-10497.Tian S., Wang Z., Fan Z., Zuo L. Optimization of CO2 laser-based pre-treatment of corn stover using response surface methodology // Bioresource Technology. 2011. V. 102, N 22. P. 10493-10497.Евстафьев С.Н., Хоанг К.К. Влияние условий обработки на выход и состав продуктов фракционирования соломы пшеницы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия // Химия растительного сырья. 2016. N 4. С. 27-34. DOI: 10.14258/jcprm.2016041308.Евстафьев С.Н., Хоанг К.К. Влияние условий обработки на выход и состав продуктов фракционирования соломы пшеницы в среде хлорида 1-бутил-3-метилимидазолия // Химия растительного сырья. 2016. N 4. С. 27-34. DOI: 10.14258/jcprm.2016041308.Dubois M., Gilles K.A. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Analyt. Chem. 1956. V. 28. P. 350-356.Dubois M., Gilles K.A. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Analyt. Chem. 1956. V. 28. P. 350-356.Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высш. шк., 1985. 327 с.Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высш. шк., 1985. 327 с.Draper N.R., Smith H. Applied Regression Analysis. Third Edition. New Jersey, John Wiley & Sons, 1998, 736 p.Draper N.R., Smith H. Applied Regression Analysis. Third Edition. New Jersey, John Wiley & Sons, 1998, 736 p.Frees E.W. Regression modeling with actuarial and financial applications. New York: Cambridge University Press, 2009. 584 p.Frees E.W. Regression modeling with actuarial and financial applications. New York: Cambridge University Press, 2009. 584 p.Floudas C.A., Paralos P.M. Encyclopedia of optimization. Second Edition. New York: Springer, 2008. 4622 p.Floudas C.A., Paralos P.M. Encyclopedia of optimization. Second Edition. New York: Springer, 2008. 4622 p.

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