Способ получения микрокристаллической целлюлозы Российский патент 2025 года по МПК D21C1/04 

Изобретение относится к области получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), представляющей собой тонкодисперсный порошковый материал с повышенной степенью кристалличности, посредством гидролиза целлюлозосодержащего растительного сырья различными агентами. В качестве сырья могут быть использованы различные растительные материалы древесного и недревесного происхождения. Микрокристаллическая целлюлоза используется, например, в химической промышленности для получения эфиров целлюлозы.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения микрокристаллической целлюлозы (RU 2147057 C1 МПК D21C 1/04, С08В 15/02, опубл. 27.03.2000) из нетрадиционного недревесного растительного сырья - соломы овса посевного путем механического размола на вибрационной мельнице в течение 9 минут до порошкообразного состояния воздушно-сухой соломы овса посевного и последующим гидролизом и отбелкой его в растворе серной и пероксимоносерной кислот при заданной концентрации, атмосферном давлении, температуре 100-105°С в течение 0,5-2 часов. Полученная микрокристаллическая целлюлоза может быть использована в химической, парфюмерной, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности и в медицине.

Недостатком указанного способа является высокое содержание остаточного лигнина 20,3-26,09%, низкий выход продукта 35-41%, большой расход пероксимономерной кислоты (гидромодуль 50:1).

Техническим результатом использования заявленного способа является получение микрокристаллической целлюлозы высокой степени чистоты с пониженным содержанием лигнина 0,00-0,10%, со степенью кристалличности 75-82%, с выходом 45-60% с одновременным получением продукта с водоудерживающей способностью 200-320% за счет комплексного воздействия добавленных веществ, приводящего к снижению количества аморфных участков целлюлозы, а также появлению реакционноспособных групп. Полученный продукт может быть использован, например, для получения производных целлюлозы, например, эфиров.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения микрокристаллической целлюлозы, включающем гидролиз с отбелкой недревесного растительного сырья в растворе пероксимоносерной кислоты при атмосферном давлении, повышенной температуре, проводят предварительную последовательную обработку стеблей топинамбура, мискантуса гидроксидом натрия с концентрацией, соответствующей расходу 10-15% к абсолютно сухому сырью, в течение 1-2 ч и комплексом ферментов амилаза и целлюлаза в соотношении 1:1 при расходе 0,001-0,010% от массы абсолютно сухого материала в течение 0,5-1,5 часов при температуре 20-40°С.

Существенными признаками заявляемого способа являются неразрывная совокупность признаков, указанных в формуле изобретения. Общеизвестны добавки комплексов ферментов амилаза и целлюлаза, применяемые для деструкции 1,4 и 1,6-гликозидных связей нецеллюлозных и целлюлозных полисахаридов. В заявляемом решении ферменты выполняют как свою функцию, так и в комбинации заявленных веществ при данных соотношениях, в сочетании с другими признаками, указанными выше, достигают заявляемый технический результат. На основании этого можно сделать вывод о существенности отличий в заявленном решении.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.

Способ получения микрокристаллической целлюлозы состоит в следующем: недревесное растительное сырье - стебли топинамбура, мискантуса подвергают обработке раствора гидроксида натрия с концентрацией, соответствующей расходу 10-15% к абсолютно сухому сырью, при температуре 90-95°С при гидромодуле 10-15 в течение 1-2 часов. Затем проводят ферментативный гидролиз ферментами амилаза и целлюлаза в соотношении 1:1 с расходом 0,001-0,010% при температуре 20-40°С в течение 0,5-1,5 часов при гидромодуле 5. Полученный волокнистый продукт подвергают кислотному гидролизу в 3-3,1% растворе пероксимоносерной кислоты при температуре 100-105°С при гидромодуле 10-10,2 в течение 1-2 часов.

Пример 1. Навеску стеблей топинамбура массой 5,0 кг абсолютно сухого материала заливают раствором 50 кг раствора гидроксида натрия с концентрацией 2% (гидромодуль 10), что соответствует расходу гидроксида натрия 10% к абсолютно сухому материалу, нагревают до температуры 90°С со скоростью 2°С в минуту и выдерживают в течение 1 часа. Затем суспензию промывают и фильтруют на вакуумной установке до нейтральной реакции. Далее полученный волокнистый материал заливают 25 кг (гидромодуль 5) раствором ферментов амилаза и целлюлаза с общей концентрацией в растворе 0,02%, что соответствует расходу ферментов 0,001% к абс. сухому материалу, и выдерживают в течение 1 часа при температуре 20°С. Затем суспензию отфильтровывают и заливают 50 кг раствора пероксимоносерной кислоты концентрацией 3%, нагревают до температуры 100°С и выдерживают в течение 1 часа, охлаждают, отделяют гидролизат. Полученный продукт промывают водой до нейтральной реакции, высушивают. Показатели микрокристаллической целлюлозы: СП-200, остаточное содержание лигнина 0,05%, степень кристалличности 0,05%. Остальные примеры приведены в таблице.

Общеизвестно, что микрокристаллическая целлюлоза отличается высокой степенью чистоты и высоким содержанием упорядоченной части целлюлозы с кристаллографической ориентацией макромолекул. Степень кристалличности определяют при помощи рентгеновского дифрактометра, например, XRD-6100 (Shimadzu, Япония). Благодаря способности диспергироваться в водной среде имеет высокоразвитую гидрофильную поверхность с большим количеством активных гидроксильных групп, что обуславливает способность материала к образованию гелевых структур.

Из данных таблицы видно, что заявляемый способ в заявляемых параметрах осуществления обеспечивает решение описанных выше задач. В соответствии с предлагаемым способом получают продукт с выходом 45-60%. Образцы микрокристаллической целлюлозы имеют низкое содержание лигнина 0,00-0,10%, степень кристалличности 75-82% за счет снижения аморфных участков при средней степени полимеризации не более 230. Полученные образцы при контакте с водой обладают высокой водоудерживающей способностью 200-320%.

Полученные результаты при использовании предварительной обработки обусловлены:

- увеличением поверхности раздела фаз благодаря поверхностно-активным свойствам ферментов;

- снижением содержания нецеллюлозных полисахаридов в аморфной части целлюлозы, а также повышением количества реакционноспособных групп за счет гидролиза целлюлозной цепи;

- повышением степени кристалличности в результате сорбции и перекристаллизации продуктов гидролиза на микрокристаллитах целлюлозы.

Полученный продукт используют, например, в химической промышленности для получения эфиров целлюлозы.

Изобретение относится к области получения микрокристаллической целлюлозы из недревесного растительного сырья. Способ получения микрокристаллической целлюлозы из стеблей топинамбура и мискантуса включает гидролиз с отбелкой недревесного растительного сырья в растворе пероксимоносерной кислоты при атмосферном давлении и температуре 100-105°С в течение 1-2 часов. При этом перед гидролизом с пероксимоносерной кислотой стебли топинамбура или мискантуса обрабатывают раствором гидроксида натрия с расходом 10-15% к абсолютно сухому материалу и гидромодулем 10-15 при температуре 90-95°С в течение 1-2 часов и проводят гидролиз ферментами амилазы и целлюлазы в соотношении 1:1 при расходе 0,001-0,010% от массы абсолютно сухого материала в течение 0,5-1,5 часов при температуре 20-40°С. Изобретение позволяет обеспечить получение микрокристаллической целлюлозы с выходом 45-60%, степенью кристалличности 75-82% при сниженном гидромодуле кислотного гидролиза. 1 табл., 1 пр.

Способ получения микрокристаллической целлюлозы, включающий гидролиз с отбелкой недревесного растительного сырья в растворе пероксимоносерной кислоты при атмосферном давлении и температуре 100-105°С в течение 1-2 часов, отличающийся тем, что в качестве недревесного растительного сырья используют топинамбур или мискантус, при этом перед гидролизом с пероксимоносерной кислотой стебли топинамбура или мискантуса обрабатывают раствором гидроксида натрия с расходом 10-15% к абсолютно сухому материалу и гидромодулем 10-15 при температуре 90-95°С в течение 1-2 часов и проводят гидролиз ферментами амилазы и целлюлазы в соотношении 1:1 при расходе 0,001-0,010% от массы абсолютно сухого материала в течение 0,5-1,5 часов при температуре 20-40°С.