Способ гидролиза целлюлозосодержащего сырья Советский патент 1991 года по МПК C13K1/02 

Изобретение относится к пищевой, медицинской и микробиологической промышленности, в частности к способу получения глюкозного сиропа из целлюлозосодержаще го сырья, и может быть использовано при производстве сахаро- заменителейэ пищевых добавок, улучши- телей в хлебопечении, а также наполнителей лекарственных форм,

Цель изобретения - увеличение выхода полимерных гемицеллюлоз,

Способ гидролиза целлюлозосодер- жащего сырья включает делигнификацию измельченного сырья в присутствии

окислительного реагента, для делигнификации сырья используют реагенты образовывающие радикалы N0° и N0°t при этом окислительный реагент вносят из расчета 1 S2 t 10 3г/ион NOJ на 1 г субстрата, При этом в качестве окислительного реагента используют разбавленную азотную кислоту (0,7-5%) или 0,5-5%-ный раствор KNOj подвергнутый предварительно электроческой обработке.

Электрохимическую обработку раствора КМОа осуществляют в двухкамерном электролизере с использованием в качестве диафрагм бельтинг перхлорвиниле вой ткани. В анодную камеру заливают рабочий раствор KNO, а в катодную камеру - вспомогательный (водопроводную воду), Обработку проводят при следующих параметрах: сила тока 2 А, время обработки 40-60 мин и осуществляют до достижения рН раствора KN03 1,0-1,5.

Использование радикалов N0 и N0 в качестве окислительного реагента в процессе делигнификации позволяет увеличить гидролизуемость обратного сырья при уменьшении потерь гемицел- люлозных полимеров (ГЦП) в процессе предобработки, а также существенно уменьшить содержание продуктов деструкции лигнина в глюкозном сиропе, что облегчает его дальнейшую очистку для получения глюкозы пищевого и медицинского назначения.

Концентрация окислительного реагента должна быть не менее 1,210 г/ /ион N0g| на 1 г субсрата, в противном случае концентрация образующих радикалов N0 и N0 не обеспечивает достаточную степень окисления и деполимеризации лигниновых структур, что снижает процент делигнификации целлюлоз о содержаще го сырья.

Концентрация окислительного реагента должа быть не более 4,1«10 г/ион на 1 г субстрата, так как при повышении возрастает степень разрушения ГДП, что ведет к снижению выхода целевого продукта.

Предлагаемый способ предусматривает сохранение гемицеллюлозной части в виде полимеров.

Гемицеллюлозы и их производные обладают эмульгирующим, суспендирующим, пленкообразующим свойствами, что поз волит найти им применение в пищевой промышленности для изготовления диетических продуктов, как улучшителей в хлебопечении, наполнителей лекарственных форм и т.д.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Измельченное целлюлозосодержащее сырье смачивают при гидромодуле 3-4 0,7-5%-ный раствором азотной кислотой или 0,5-5%-ным раствором KNO, предварительно подвергнутым электрохимической обработке до концентрации ионов N0 4,1 ,9- г-ион/л. Сырье выдерживают в течение 12-24 ч при комнатной температуре (18-24 С),

5

0

0

5

0

5

0

5

что необходимо для полной диффузии ионов реагента к молекулам субстрата. По истечении времени смоченное сырье заливают 4-5%-ным раствором гидроокиси натрия, устанавливая конечный гидромодуль 50-60. Делигнификацию проводят при 50-60°С в течение 0,5-1 ч. После делигнификации сырье нейтрализуют разбавленной уксусной кислотой и промывают дистиллированной водой. Из нейтрализованного экстракта геми- целлюлозы осаждают спиртом или ацетоном.

Твердый остаток подвергают ферментативному гидролизу с целью получения раствора моносахаридов, который затем очищают и концентрируют любым известным способом.

Пример 1. Измельченные стержни кукурузных початков (СКП) О,1- 3 мм заливают 1%-ным раствором азотной кислоты, гидромодуль 3 (концентрация ионов 5,5 -Ю г/ион на 1 г субстрата), и выдерживают в течение 24 ч при комнатной температуре. Выдержанное сырье заливают 4%-ным раствором гидрооксида натрия (конечный гидромодуль 60). Делигнификацию проводят при 60°С при постоянном перемешивании в течение 60 мин. По истечении времени твердый остаток отфильтровывают, нейтрализуют разбавленной уксусной кислотой и промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции. Целочный экстракт нейтрализуют и гемицеллюлозы высаживают из него этанолом в соотношении 3:1 (об/об).

Твердый остаток подвергают ферментативному гидролизу целловиридином ГЗХ. Гидролиз ведут в ацетатном буфере при pri 5,0, при 48 С в течение 24 ч, Концентрация субстрата в реакционной смеси 1%, фермент добавляют из расчета 30 ед. АФБ (активность по фильтровальной бумаге) на 1 г субстрата. После гидролиза смесь отфильтровывают под вакуумом и промывают до нейтральной реакции. В фильтрате определяют редуцирующие вещества (РВ). Выход глюкозы 95% от всех продуктов гидролиза.

Выход ГПЦ 46,7% от их общего содержания в СКП.

Данные опыта представлены в ггбл.1.

Пример2, В качестве окислительного реагента используют 0,5%-ный раствор KNOg, предварительно подвергнутый электрохимической обработке в

двухкамерном электролизере. Обработку проводят при следукщих параметрах: плотность тока 2 А/дМ2-, время обработки ч. В результате в анодной камере рН раствора KNOj достигает 1,2, концентрация ионов N0 0,04169 г/ /ион/л. Измельченные СКП выдерживают с полученным реагентом в течение 24 ч при гидромодуле 3 (концентрация ионов NOj 1,210 4Г/ИОН на г субстрата). Затем выдержанное сырье заливают 4%-ным раствором NaOH, устанавливая конечный гидромодуль 60.

Выход ГЦП 55,0% от их общего содержания в ПС, Выход глюкозы при ферментативном гидролизе 83,2% от преДелигнификацию проводят при 60 С при добработэнного субстрата (табл. 2).

постоянном перемешивании в течение 40 мин. В остальном условия эксперимента не отличаются от описанных в примере 1.

Выход ГЦП составляет 45,3% от их содержания в СКП (табл. l) .

Пример 3. Получение глюкозно- го сиропа из пшеничной соломы (ПС). Измельченную ПС (0,1-3 мм) запивают 1%-ным раствором riNO,гидромодуль 4 (концентрация ионов N0 7, г/ион на 1 г субстрата), и выдерживают в течение 24 ч при комнатной температуре. Выдержанное сырье заливают 4%- ным раствором NaOH , устанавливая конечный гидромодуль 60. Делигнификацию проводят при 60°С в течение 60 мин. В остальном условия проведения эксперимента не отличаются от описанных в примере i. Ферментативный гидролиз ПС ведут в течение 72 ч.

Выход ГЦП 54,7% от их содержания в ПС. Выход глюкозы при ферментативном гидролизе 83,2% от предобрабо- танного субстрата (табл. 2) .

П р и м е р 4. Получение глюкоз- ного сиропа из ПС.

В качестве окислительного реагента используют 0,5%-ный раствор KNOj,

Способ позволяет повысить выход целевого продукта за счет сокращения потерь полимерных гемицеллюлоз на 5- 20%, исключить использование дорого-

20 стоящих реагентов (перекиси водорода) и повысить технологичность процесса за счет замены перекиси водорода разбавленной азотной кислотой либо раствором азотнокислого калия, предвари25 тельно подвергнутого электрической обработке.

Формула изобретения

1. Способ гидролиза целлюлозосо- 30 держащего сырья, включающий предобработку измельченного сырья окислительным и щелочным реагентами с последующим ферментативным гидролизом, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения выхода полимерных гемицеллюлоз, в качестве окислительного реагента используют реагент, образующий радикалы N0 и N0{, при этом окисли- - тельный реагент вносят из расчета

40

1-3

4,1-10 эг/ион N0, на 1 г суб1,2 -10- стр ат а,

2. Способ по п. отличающийся тем, что в качестве окислительного реагента используют раэбавпредварительно подвергнутый электро- ленную азотную кислоту, химической обработке. Условия проведе-3. Способ по п. 1,отличаюния обработки и параметры получаемо-щ и и с я тем, что в качестве окислиго реагента те же, что в примере 2.тельного реагента используют 0,5-5%Условия обработки ПС полученным окис- ньй раствор азотнокислого калия, лительным реагентом те же, что в при- jg предварительно подвергнутого электромере 3. Концентрация ионов N0g 1,2 химической обработке.

X г /ион на 1 г субстрата при гидромодуле 3. Затем выдержанное сырье заливают 4%-ным раствором NaOH, устанавливая конечный гидромодуль 60. Делигнификацию проводят при 60°С в течение 60 мин. В остальном условия проведения эксперимента не отличаются от описанных в примере 1. Ферментативный гидролиз ПС ведут в течение 72 ч.

Выход ГЦП 55,0% от их общего содержания в ПС, Выход глюкозы при ферментативном гидролизе 83,2% от преСпособ позволяет повысить выход целевого продукта за счет сокращения потерь полимерных гемицеллюлоз на 5- 20%, исключить использование дорого-

0 стоящих реагентов (перекиси водорода) и повысить технологичность процесса за счет замены перекиси водорода разбавленной азотной кислотой либо раствором азотнокислого калия, предвари5 тельно подвергнутого электрической обработке.

Формула изобретения

1. Способ гидролиза целлюлозосо- 0 держащего сырья, включающий предобработку измельченного сырья окислительным и щелочным реагентами с последующим ферментативным гидролизом, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения выхода полимерных гемицеллюлоз, в качестве окислительного реагента используют реагент, образующий радикалы N0 и N0{, при этом окисли- - тельный реагент вносят из расчета

0

1-3

4,1-10 эг/ион N0, на 1 г суб1,2 -10- стр ат а,

2. Способ по п. отличающийся тем, что в качестве окислительного реагента используют раэбавленную азотную кислоту, 3. Способ по п. 1,отличаюТ а б л и ц а 1

Изобретение относится к пищевой и микробиологической промышленности, в частности к способу получения глю- козногс сиропа из целлюлозосодержаще- го сырья. Цель изобретения - увеличение выхода полимерных гемицеллюлоз. Способ включает измельчение целлюлозосодержаще го сырья, смачивание при гидромодуле 3-4 разбавленной азотной кислотой (0,7-5%) или 085-5%-ным раствором азотнокислого калия, предварительно подвергнутым электрохимической обработке. Окислительный реагент вносят из расчета 1,2- , 1 /ион rJOj на 1 г субстрата. Сырье выдерживают в течение 12-24 ч при 18- 24 С. По истечении времени смоченное сырье заливают 4-5%-ным раствором гидроокиси натрия, устанавливая конечный гидромодуль 50-60. Делигнифихашпо проводят при 5Q-60°C в течение 0,5-1 ч- После делигнификации сырье нейтрализуют разбавленной уксусной кислотой и промывают дистиллированной водой Из нейтрализованного экстракта re мицеллюлозы осаждают спиртом или ацетоном. Твердый остаток подвергают ферментативному гидролизу с целью получения раствора моносахаридов, которые затем очищают и концентрируют лк-оы - известным способом. 2 з.п„ф-лы9 2 табл. 1# А №