СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИНОГРАДНОГО САХАРА И ДЕКСТРИНА ДЕЙСТВИЕМ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ НА КЛЕТЧАТКУ ИЛИ ДРЕВЕСИНУ Советский патент 1928 года по МПК C13K1/00 

Как известно, сахаристые вещества из клетчатки были впервые получены в 1819 г. Бракано действием крепкой серной кислоты на клетчатку. По методу Бракано впоследствии работали многие другие исследователи (Флексиг, Штерн, Ост и др.), работы которых хотя и значительно усовершенствовали этот метод, но практического значения такой способ получения сахаристых веществ не мог иметь по следующим причинам.

1. Значительный расход серной кислоты (3-4 части на 1 ч. клетчатки).

2. При осаждении серной кислоты получается такой большой осадок гипса, что для сколько-нибудь полного извлечения из него сахара потребовалось бы такое количество воды, что последующая выпарка этой воды (50-60 част. воды на 1 г сахара) делает такой путь получения сахара невыгодным.

3. Из работ Штерна и др., а также из практики крахмально-паточного производства известно, что избыток кислоты отчасти разрушает образовавшийся виноградный сахар раньше, чем весь декстрин перейдет в сахар, отчасти же путем реверсии переводит его обратно в высшие сахариды, чем и объясняется, что выход кристаллизующегося виноградного сахара не удается поднять выше 30-40% от веса клетчатки. Сильным разбавлением можно довести концентрацию серной кислоты до любой степени (1-3%), но по отношению к клетчатке содержание серной кислоты остается прежним (300-400%), между тем, как при крахмально-паточном производстве придерживаются пределов 1-5%, и сахар получается тем чище, чем меньше кислоты взято на 1 часть крахмала.

В виду этого в последнее время, все попытки получения сахара из древесины велись исключительно с разбавленными кислотами и, напр., Вильштетер в 1914 г. в своем патенте на гидролиз клетчатки и древесины высоко-концентрированной соляной кислотой для получения искусственного шелка и т.п. совершенно не говорит о возможности практического получения сахара, хотя им поляриметрически и было доказано, что клетчатка по его методу может быть нацело превращена в декстрозу.

В последнее время этот вопрос нашел практическое разрешение в Америке, где несколько заводов производят сахаристые вещества из древесины путем ее обработки водной сернистой кислотой под давлением, при высокой температуре. Но работа при высокой температуре, в свою очередь, имеет тот недостаток, что клетчатка (или лигнин) столь туго поддается гидролизу разбавленными кислотами, что на ряду с гидролизом реакция идет в сторону образования других несахаристых веществ. Полученные таким путем сахаристые вещества не могут применяться в пищу, так как даже получаемый из них спирт в такой степени загрязнен ядовитыми примесями (метиловый спирт, ацетон и др.), что находит себе только техническое применение.

Предлагаемый способ имеет целью устранить указанные недостатки и дать возможность экономически выгодным образом получать декстрин и виноградный сахар весьма высокого качества, соединяя в себе все преимущества метода концентрированных и метода разбавленных кислот.

Если процесс гидролиза концентрированной кислотой при низкой температуре путем разбавления водою прервать в тот момент, когда уже вся клетчатка перешла в декстрин, а образование виноградного сахара еще не прошло далеко, то, пуская кислый раствор декстринов на диализатор, можно почти всю кислоту извлечь из декстринов, и при целесообразной конструкции диализатора, получить с одной стороны сравнительно высоко-концентрированный раствор декстринов (8-12%), при низкой концентрации кислоты (0,5-1,5%), а с другой - сравнительно крепкую кислоту (35-40% H₂SO₄) с очень небольшим содержанием сахара. Такая кислота или может найти применение сама по себе (напр., после прибавления некоторого количества дымящей серной кислоты может итти на суперфосфатное производство), или же путем упаривания в вакууме может быть доведена до 60-65% H₂SO₄, и после этого требуется только прибавление небольшого количества дымящей серной кислоты, чтобы в виде 68-70% H₂SO₄ вновь итти на гидролиз клетчатки, при чем небольшое количество содержащегося в ней сахара не теряется, а совершает постоянный кругооборот. Слабокислый раствор декстринов обычным путем, по методу разбавленных кислот, весьма гладко и нацело может быть переведен в виноградный сахар весьма высокого качества или же может итти на получение декстрина, при чем получаемый декстрин обладает всеми качествами картофельного декстрина и с успехом может заменять последний во всех случаях его технического и пищевого применения.

Пример 1. 1 кг клетчатки растворялся в 4 л 70% H₂SO₄ при 15-18°, в течение 12 часов до тех пор, пока при разбавлении водою получалась только едва заметная муть. Реакционная смесь при охлаждении была разбавлена водою до концентрации 50% H₂SO₄ и сейчас же пущена на диализатор. Получено 10 л раствора декстринов с 1% H₂SO₄ и с концентрацией клетчатки - 10%; путем гидролиза в автоклаве обычным путем после отбелки углем получено 800 г кристаллического виноградного сахара и из отбельной угольной массы водою извлечено 50 г сахара более низкого качества. С другой стороны, получена 40% серная кислота, в которой найдено 50 г сахара. Так как этот сахар не теряется, а после выпарки кислоты в вакууме вновь идет в дело и увеличивает выход следующей загрузки, то можно считать, что из 1 кг клетчатки получается 900 г сахара, т.-е. выход составляет 90%.

Пример 2. 2 кг воздушно-сухой древесной муки (18% влажности) обрабатывались 6 л 70% H₂SO₄ при 15-18° в течение 24 ч.; масса разбавлялась водою с таким расчетом, чтобы получилось 50% H₂SO₄; отфильтрованный нерастворимый остаток извлекался водою, и водная вытяжка присоединена к первому фильтрату. На диализаторе получено 20 л раствора декстрина, содержащего 0,8% H₂SO₄. Путем гидролиза получено 540 г светлого виноградного сахара и 60 г темного; в кислоте найдено 70 г сахара; общий выход виноградного сахара составляет 700 г или 35% из веса древесины. Полученный сахар по качеству не ниже сахара из клетчатки.

Пример 3. 2 кг древесной муки обработаны 6 л 72% H₂SO₄ при 10-12° в течение 15 часов. Разбавление и фильтрование, как в предыдущем примере. Полученный на диализаторе раствор декстринов был доведен известковым молоком до слабо-щелочной реакции, отфильтрован и нагревался при 50° в течение 2 час. (для омыления могущих встретиться сернокислых эфиров декстрина), затем насыщен углекислотой, обесцвечен углем, выпарен до густоты сиропа и, далее, после отделения от гипса, выпарен в вакууме досуха. Получено 650 г сухого декстрина, что составляет 32,5% от веса древесины; в кислоте найдено 50 г сахара.

Способ получения виноградного сахара и декстрина действием серной кислоты на клетчатку или древесину, отличающийся тем, что полученные известным путем растворы клетчатки в концентрированных кислотах, перед окончательным гидролизом при высокой температуре, предварительно подвергают диализу в целях получения растворов высокой концентрации декстрина при низкой концентрации кислоты.