При изготовлении пальмового масла в год образуется примерно 13 миллионов тонн растительных отходов. Большая часть полученных отходов сжигается, для получения электрической и тепловой энергии, которые обеспечивают работу устройств по отжиму пальмового масла. Однако ученые разработали более эффективный и вкусный способ использования этих отходов.
По окончании отжима пальмового масла, из отходов выделяются полезные химические соединения, в том числе и ксилозу (“древесный сахар”).
Оптимизация широко распространённой технологии переработки жмыха кукурузной соломы и сахарного тростника с целью получения углевода ксилозы, позволила сингапурским ученым, во главе с доктором Цинь Чуан Ву получить ксилозу из отходов, получаемых при производстве пальмового масла.
В отходах после производства пальмового масла содержится вещество под названием ксилан. Ксилан относится к такому классу веществ, как полисахариды (к ним также относятся крахмал, целлюлоза, хитин), его элементарными звеньями являются остатки ксилозы. Ксилан имеет свойство распадаться на отдельные молекулы ксилозы по окончанию процесса гидролиза (процесс взаимодействия с водой), который катализируется незначительным количеством средней кислоты. Однако гидролизу, который направлен на выделение ксилозы, растительные отходы пальмового масла подвергаются довольно редко, по сравнению с кукурузной соломой и жмыхом сахарного тростника. До определенного момента главной проблемой в этом случае была низкая эффективность, с точки зрения экономики, такой обработки пальмового жмыха.
Ученым из команды Цинь Чуан Ву удалось найти выход из этой ситуации и сделать экономически выгодным метод гидролиза производственных отходов пальмового масла.
В качестве катализатора процесса гидролиза они взяли комбинацию ортофосфорной и серной кислот.
Доктор Ву поясняет, что именно комбинация этих двух кислот позволяет получить большее количество ксилозы на выходе. Серная же и фосфорная кислоты, в процессе гидролиза, оказывают синергетический эффект, при этом метод конверсии растительных отходов после производства пальмового масла, который разработали ученые из Сингапура, позволяет получить на выходе не только ксилозу, но также такие вещества, как ксилитол (применяемый в качестве сахарозаменителя), молочную кислоту и этанол. Все эти вещества получаются в процессе ферментации, которую проходит полученная после гидролиза ксилоза при помощи микроорганизмов. Для осуществления ферментация, команда Цинь Чуан Ву применили специальное компьютерное моделирование для определения концентраций кислот – при слишком низкой концентрации кислот уменьшится скорость гидролиза, в свою очередь слишком высокая концентрация убьет находящиеся там микроорганизмы, которые необходимы для проведения ферментации ксилозы.
Следовательно, для оптимизации процесса обработки растительных отходов пальмового масла, необходимо тщательно и правильно подобрать соотношение ортофосфорной и серной кислот, температуру, при которой будет проходить процесс гидролиза, степень разбавления кислот, а также степень измельчения пальмового жмыха. При правильном подборе необходимых соотношений и соблюдении необходимых условий на выходе получается 80–90% ксилозы.
На последующем этапе гидролизат ксилозы подвергается микробиологической ферментации молочнокислыми бактериями, что приводит к образованию молочной кислоты.
Как говорит доктор Ву, молочная кислота необходима в производстве полимолочной кислоты – биологически разлагаемого полимера, который применяют в самых различных научных областях, благодаря его устойчивости в широком интервале температур.