Способ подготовки водных предгидролизатов для биохимической переработки Советский патент 1983 года по МПК C13K1/04 C12N1/22 

со

N0 Изобретение относится к гидролизно дрожжевой промышленности, а именно к способу подготовки водных предгидро лизатов для получения чистых субстратов с высоким содержанием моносахаров (РВ). Известен способ подготовки водных предгидролизатов к биохимической переработке, согласно которому перед ин версией коллоиды переводят в изоэлект рическое состояние раствором едкого натра, что позволяет повысить чистоту предгидролизатов и предотвратить карамелизацию СО Недостатком этого способа является введение большого количества щелочи,- что в итоге приводит к т®рможению роста дрожжей, а вызывает дополнительные экономические затраты Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подготовки водных предгидролизатов для биохимической переработки, заключающийся в том, что предгидролизат после варочного котла охлаждают до -5 С-10)С, в результате чего происходит его очистка от коллоидных веществ, далее его инвертируют, продувают паром, обогащают питательными солями, нейтрализуют аммиаком, разбавляют водой и на подготовленном таким образом субстрате выращивают дрожжи 2. , Недостатками указанного способа являются длительность технологического процесса за счет проведения кислотной инверсии, недостаточно высокое содержание моносахаров, а также получаемой биомассы. Целью изобретения является упрощение процесса в целом, увеличение содержания Сахаров и повышение тем самым выхода биомассы . Поставленная цель достигается тем что согласно способу подготовки водных предгидролизатов для биохимической переработки, включающему проведение операций замораживания предгидролизатов для очистки их от коллоидных веществ, фильтрации, продувки паром, обогащения питательными соля.ми, нейтрализации аммиаком с последующим выращиванием на полученном субстрате дрожжей, продувку паром осуществляют непосредственно после фильт рации предгидролизата, а замораживание последнего ведут при (-10) -(-25) в течение 3-12 ч. 22 Проведение процесса замораживания предгидролизатов от -10 до без ввода каких-либо реагентов приводит к полному разрыву гликозидных связей в цепях полисахаридов и переводу их в моносахара, что позволяет исключить стадию инверсии, в то же время повышается выход дрожжей, получаемых на субстратах, подготовленных таким способом, и их качество снижается загрязненность сточных вод. Использовали предгидролизата с Братского ЛПК (рН 3,2; содержание коплоидов 1,2б г/я ) и с опытного стенда Ленинградского гидролизного завода (рН содержание -КОЛЛОИДОВ 1,1 г/ /л J. Замораживание проводили в сосуде Дюара, в качестве хладагента использовали лед с ацетоном для получения температур ниже -10 С. Пример 1. Контроль. Образцы предгидролизата с Братского ЛПК подвергают инверсии 0, серной кислотой при 100°С в течение 8 ч. Затем обычным способом их готовят к выращиванию дрожжей (продувают воздухом, обогащают питательными солями, нейтрализуют аммиаком до рН ,2-k,(, разбавляют водой до концентрации РВ 1,2/х). На подготовленных таким способом субстратах выращивают дрожжи - Кандида Скоттии - КС-2. Выращивание проводят на установке периодического действия. Пример 2. Образцы предгидролизата с Братского ЛПК замораживают при -25°С в течение 6 ч в сосуде Дюара. Затем размораживают, отфильтровывают выпавший осадок коллоидов и подготавливают обычным способом к выращиванию дрожжей ( исключая стадию инверсии)продувают воздухом, обогащают питательными солями, нейтрализуют аммиаком до рН ,, разбавляют водой до концентрации РВ 1,2 . На подготовленных таких способом субстратах выращивают дрожжи - Кандида Скоттии - КС-2. Выращивание проводят на установке периодического действия. В табл, 1 приведены данные влияния криогенной обработки на доброкачественность субстратов. 310 т а б л и ц а 1 Выход био- . массы, % к РВ ,6 52,7 65,2 Протеин в биомассе. 6,А 53,7 56,« П р и м е р. 3. Образец предгидро лизатов в количестве 100 мл заливают в стеклянную ампулу с термометром, помещают в сосуд Дюара с хладагентом (лед и ацетон). Замораживают при -10 в теяение 3 ч. Затем достают ампулу и размораживают растворы при комнатной температуре ( ), В разморожен ных растворах выделяют выпавший осадок, определяют содержание РВ и коли чество коллоидных частиц. Пример 4.8 ампулу с термометром заливают образцы предгидролизатов, помещают в сосуд Дюара с хлад агентом и замораживают до -.25°С в те I чение 3 ч. Затем размораживают при ;20®С, выделяют выпавший осадок, определянзт содержание РВ и количество коллоидных частиц. Пример 5. В сосуд Дюара помещают хладагент и ампулу с образцами предгидролизатов. Замораживание производят до в течение 3ч. Затем полностью размораживают при ко натной температуре (20°С). В размороженных образцах отделяют выпавший 24 осадок, определяют содержание РВ и количество выпавших коллоидов. Пример 6. Образцы предгидролизатов замораживают по примеру 3 но продолжительность замораживания 6 ч. Затем размораживают при 20°С, выделяют выпавший осадок, определяют содержание РВ и количество выделенных коллоидов. Пример 7. Образцы предгидролизатов в количестве 100 мл замораживают по примеру j, но продолжительность замораживания 6 ч. В размороженных образцах определяют содержание РВ и количество выпавших коллоидов . Пример 8.В течение 6 ч замораживают предгидролизаты по примеру 5. Затем размораживают, выделяют осадок, определяют РВ и количество выпавших коллоидов. Пример 9. Замораживают образцы предгидролизатов в сосуде Доара по примеру 3 но продолжительность замораживания 12-ч. После размораживания при 20°С выделяют выпавший осадок и. определяют содержание РВ и количество выпавших коллоидов. Пример 10. 100 мл образцов предгидролизатов замораживают 12 ч по примеру . После размораживания выделяют выпавший осадок, определя ют содержание РВ и количество выделенных коллоидов. Пример 11. Образцы предгидролизатов в количестве 100 мл замораживают при -40°С в течение 13 ч по примеру 5. После размораживания 1при 20°С выделяют выпавший осадок, определяют содержание РВ и количество выпавших коллоидов. Параллельно определяют содержание РВ в исходных необработанных предгидролизатах. Данные влияния криогенной обработ|Ки на содержание РВ иколичество кол|лоидов приведены в табл. 2.

JD

r

VO

чО

СПОСОБ ПОЛГОТОВКИ ВОДНЫХ ПРЕДГИДРОЛИЗАТОВ ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ, включающий проведение операций замораживания предгидролизатов для очистки их от коллоидных веществ, фильтрации, продувки паром, обогащения питательными солями, нейтрализации аммиаком с последующим выращиванием на полученном субстрате дрожжей, отличаюи1ийся тем,что, с целью упрощения процесса, увеличения содержания Сахаров и повышения тем самым выхода биомассы, продувку паром осуществляют непосредственно после фильтрации предгидролизата, а замораживание последнего ведут при (-10) - (-25)°С в течение 3 12 ч.

D

CM

cn

0-1

- vD

4D чО

t ЧО

vD

-3CNI

CvJ

О CNI

О CNI

rГО

CNI

C3

en

CTi

LA

- r

CD

C3

o

cn

r

cr

r

чО

чО

Ln CNJ

MD

ЧО

CNI

CNI

CNJ CNI

О

CD ГО

с:з

CN

СЭ

m r -cr

-cr

71П101

Пример 12Дс инверсией). Образцы предгидролизатов после замораживания при -10°С в количестве 100 мл отфильтровывают от выпавших осадков и инвертируют при 130°С под s давлением в течение 3 ч (замораживание проводят в течение 6ч). После инверсии в образцах определяют содержание РВ.

Пример 13. Исходные предгид - 10 ролизаты, которые не замораживают, инвертируют 0,5%-ной серной кислотой при 100°С в течение 8 ч Добычная инверсия при атмосферном давлении). После инверсии в образцах .определяют со- is держание РВ. В табл. 3 приведены данные содержания истинных Сахаров в водных предгидролизатах с Братского ЛПК.

П ри ме р 1 А.Образцы предгидролизатов с Братского ЛПК инвертируют по м

Пример 17. Проводят частичный гидролиз 10 г ксилана в 2 л 0,1 н. серной кислоты при 100 С. Гидролиз проводят в, конической колбе с обратным холодильником. Через 3,6 и 12 Ч- отбирают пробы, в которых определяют СП и содержание РВ.

Пример 18. Проводят частичный гидролиз 10 г глюкоманнана в 2 л 0,1 н. серной кислоты при 100°С, В пробах, которые отбирают через 3;

328

примеру 13 Затем в инвертированных предгидролизатах и в исходных неинвертированных определяют содержание истинных Сахаров методом бумажной хроматографии.

Пример 15. Образцы предгидролизатов с Братского ЛПК замораживают при -10°С в течение 6 ч, затем размораживают При 20°С, проводят инверсию по примеру 12. После этого определяют содержание истинных Сахаров методом бумажной хроматографии в образцах до и после инверсии .

Пример 16. Образцы предгидролизатов с Братского ЛПК замораживают в сосуде Дюара при -25°С в течение 6 ч, а затем размораживают при 20°С и определяют методом бумажной хроматографии содержание истинных Сахаров. Данные приведены в табл. 3.

Таблица 3

6 и 12 ч, определяют СП и содержание РВ.

Пример 19. В сосуде Дюара с охлаждающей смесью (лед и ацетон )проводят замораживание 10 г ксилана в 2 л воды при -25°С в течение 3 ч. Затем размораживают и определяют СП и содержание РВ.

Пример 20. Юг ксилана с 2 л воды замораживают по примеру 19, при продолжительности замораживания

6 ч. Затем размораживают при 20°С определяют СП и содержание РВ.

Пример 21. 10 г ксилана замораживают в 2 л воды в сосуде Дюара с охлаждающей смесью ( лед и ацетон ). Замораживание, проводят при в 1 учение 12 ч. Затем размораживают и определяют СП и содержание РВ.

Приме

р 22. В сосуде Дюара 10 г глюкоманнана в 2 л замораживают

воды при -25 С. Продолжительность замораживания 3 ч. После размораживания при 20 С определяют СП и содержание РВ.

Гидролизполисахаридов при100 С 0,1 н. серной кислоты

32,26 501,5 3,2

62,96 38,12,5 20,5

12И, 8,013,5 3,0 Замораживание полисахаридов в воде при -25 С в воде

53,2 35,31,6828,5

63,9 28,22,9 17,6 1216,i 6,891,6 3,5 Пример 25 о Образец предгидро лизата с Братского ЛПК замораживают до -25 С в течение 6 ч, а затем берут 10 мл обработанного предгидролизата и 10 мл необработанного и проводят экстракцию этйлацетатом. Этилацетатные фракции объединяют и подсушивают прокаленным MgSO в течение не менее 30.мин. Этилацетат из образцов отгоняют на водяной бане. После отгонки в образцы вводят 0,5 мл раствора капроновой кислоты концентрацией (внутренний стандарт. Пробы в количестве мкл вводят в испаритель хроматографа для определения продуктов деструкции Сахаров ( уксусной кислоты, левулиновой кислоты, фур(| урола, оксиметилфурфурола ).

Пример 23. 10 г глюкоманнана замораживают, в 2 л водыПО примеру 19. Продолжительность замораживания б ч. Затем размораживают и определяют СП и содержание РВ.

Пример 2, Образец глюкоманнана замораживают в воде при , по примеру 19, но продолжительность

замораживания 12 ч. После размораживания определяют СП и содержание РВ. В табл. представлены данные гидролиза полисахаридов при 100 С 0,1 н. серной кислотой и замораживания полисахаридов при -25 С в воде.

Таблица 4 Пример 26. 50 мл предгидролизата с Братского ЛПК замораживают до в течение 6 ч и размораживают при 20°С, затем подкисляют до рН 1-2, отгоняют с паром летучие кислоты. Отгонки пр1Оводят до 20-кратного объема (1л). По)1ноту .отгонки проверяют по метилоранжу. Отгон подщелачивают раствором едкого натра до рН 12, упаривают до мл, подкисляют упаренный раствор до рН 1-2. Затем экстрагируют серным эфиром 5 раз при модуле экстракции 1. Эфир сушат прокаленным MgSO в течение суток, и-збыток эфира отгоняют на водяной бане при , В оставшемся растворе определяют содержание муравьиной кислоты. В качестве внутреннего стандарта ис11. 101013212

пользуют раствор декана в хлороформе.гидролизате. В табл. 5 дано содержа-.

Определение проводят на хроматографение продуктов деструкции Сахаров в

ЛХМ-72. Параллельно проводят определе-водных предгидролизатах Братского ЛПК

ние в исходном необработанном пред-до и после обработки п.ри .

Таким образом, понижение температуры до дает возможность полностью исключить инверсию, получить высококачественный целевой продукт с дополнительным экономическим эффектом, который получается за счет снижения расходов на оборудование (не нужен инвертор), пар, электроэнергию и химикаты (серная кислота), т.е. способ в целом значительно упрощается.

Кроме того, по предложенному способу происходит повышение содержания РВ с до k,2% в процессе заморажи-35 вания до -25 С, при этом снижение температуры (в отличие от известного способа, в которых образцы заморожены до ) не приводит к разрушению моносахаров, способ позволяет увеличить40

Таблица. 5

выход дрожжей до б5 против 52,7 по известному. -Согласно представленным примерам с и табл. k возможен гидролиз полисахаридов (ксилана и глюкоманнана ) при низких температурах до в воде, при этом становится возможным исключение стадии инверсии. Как следует из табл. Ц увеличивается содержание РВ и снижается СП. Это указывает на то, что происходит разрыв глюкозидных связей, т.е. идет гидролиз за счет концентрационного эффекта, возникающего при низких температурах, давления льда и интенсивного действия протонов водорода. Именно это и позволяет проводить гидролиз полисахаридов и исключить инверсию при температуре -25°С.