Способ получения растворов моносахаридов Советский патент 1978 года по МПК C13K1/02 

1

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а точнее к способу получения растворов моносахаридов путем гидролиза полисахаридов сульфитных щелоков разбавленными кислотами для последующей переработки их на спирт или кормовые дрожжи.

Сульфитные щелоки - это отработанные варочные растворы, образующиеся при получении целлюлозы и полуцеллюлозы из растительного сырья в результате варки с сульфитными варочными реагентами.

Отработанные сульфитные щелоки (главным образом моносульфитные и бисульфитные) содержат значительное количество полисахаридов - гемицеллюлоз, олигосахаридов и целлодекстринов, - которые не сбраживаются и не ассимилируются дрожжами при биохимической переработке щелоков, но легко могут быть гидролизованы до моносахарндов. Осуществление дополнительного гидролиза полисахаридов сульфитных щелоков (СЩ) представляет значительный интерес для увеличения выработки кормовых дрожжей.

Известен способ гидролиза полисахаридов СЩ путем введения в него серной кислоты и последующего нагревания при температуре 100°С и выше 1.

Однако на практике этот способ практического применения не нашел из-за большого расхода минеральных кислот на подкисление СЩ, так как СЩ содержат соли, вступающие во взаимодействие с минеральной кислотой.

Известен также способ получения моносахаридов из полисахаридов сульфитных щелоков путем гидролиза его разбавленными минеральными кислотами и выделения целевого продукта 2. Этот способ предусматривает декатионирование путем электродиализа на ионитовых мембранах, нагрев и выдержку при температуре выше 100°С. При декатионировании кислотность щелока возрастает, а последующее нагревание при повыщенной кислотности и температуре вызывает гидролиз полисахаридов СЩ.

Недостатками данного способа являются сложность технологии электродиализа и связанные с этим значительные затраты.

Цель изобретения - повысить выход моносахаридов, а также упростить процесс.

Поставленная цель достигается тем, что перед гидролизом осуществляют сорбцию полисахаридов путем пропускания сульфитного щелока через колонку с сорбентом, а гидролизу разбавленными минеральными кислотами подвергают полисахариды на сорбенте.

При этом в качестве сорбента целесообразно использовать сульфитную небеленую целлюлозу.

Для осуществления предлагаемого способа поток сульфитного щелока пропускают через слой загруженного в колонку сорбента, специально подобранного таким образом, что он избирательно сорбирует из щелока главным образом полисахариды. После насыщения сорбента полисахаридами подачу СЩ прекращают, оставшемуся в аппарате СЩ дают стечь или -вытесняют его небольшим количеством воды и через сорбент с поглощенными на нем полисахаридами пронускают горячий раствор минеральной кислоты, при этом полисахариды растворяются и гидролизуются до моносахаридов. Но окончании гидролиза подачу кислоты прекращают, оставшейся кислоте дают стечь либо вытесняют ее небольшим количеством воды и в аппарат вновь подают СЩ для поглощения полисахаридов. Последующий цикл гидролиза может быть осуществлен с использованием гидролизата от предыдущего цикла, что способствует экономии кислоты и повышению концентрации сахара в гидролизате.

Процесс поглощения полисахаридов сорбентом и удаления их с сорбента обработкой кислотой может осуществляться многократно. С целью повышения эффективности поглощеиия стадию обработки сорбента СЩ проводят при 70-160°С; гидролиз полисахаридов достаточно легко протекает при температуре около 100°С и концентрации минеральной кислоты (серной, сернистой или соляной) 1- 2%. При температурах выше 100°С гидролиз можно проводить при меньших концентрациях кислоты.

Процесс поглощения цолисахаридов сорбентом и их последующий гидролиз можно осуществлять и путем перемешивания сорбента с СЩ на стадии сорбции или с кислотой на стадии гидролиза с последующим разделением путем фильтрования.

В качестве сорбента для избирательного поглощения полисахаридов сульфитного щелока целесообразно использовать целлюлозу, например, сульфитную небеленую. Как показали исследования, сульфитная целлюлоза может поглощать до 15% полисахаридов по отношению к своему весу.

Пример 1. Навеску сульфитной небеленой целлюлозы с Архангельского ЦБК, взятую в количестве 21,4 г в расчете на абсолютно сухое вещество (содержание пентозанов в целлюлозе 4,6%), загружают в колонку диаметром 35 мм и высотой 200 мм, помещают в баню с кипящей водой и через колонку непрерывно пропускают 150 мл горячего (около 90°С) моносульфитного щелока с Архангельского ЦБК (плотность 1,028 т/м, содержание моносахаридов - следы, содержание полиса аридных компонентов -1,69%), предварительно отфильтрованного от мелкого волокна на сетке № 40, со скоростью 100 мл/ч. Сорбцию контролируют по убыли показателя окисляемости СЩ в г 02/л и по содержанию полисахаридных компонентов (ПК) в щелоке. Количество поглощенной из СЩ органики в г Оз составляет 2,385 г, а по убыли содержания ПК -2,05 г.

После прекращения подачи СЩ оставшийся в колонке СЩ вытесняют 100 мл воды, затем через колонку пропускают 150 мл горячей (90°С) 2%-ной соляной кислоты со скоростью 100 мл/ч. В пропущенной через колонку кислоте (гидролизате) находится 2,43 г О2 органических веществ, т. е. несколько больше, чем поглотилось из СЩ. Это расхождение относят за счет гидролиза гемицеллюлозных (легкогидролизуемых) компонентов в сульфитной целлюлозе. Содержание моносахаридов после инверсии, равное 1,89 г, оказалось близким к количеству поглощенных ПК.

Пример 2. Через колонку с целлюлозой после завершения процесса в примере 1 пропускают свежий образец моносульфитного щелока в количестве 150 мл за 1 ч, затем все остальные операции повторяют как в примере 1. Количество поглощенной органики составляет 0,945 г 02, содержание моносахаридов в гидролизате после инверсии - 0,89 г.

Пример 3. Через колонку с целлюлозой пропускают 150 мл моносульфитного щелока в условиях примера 1. Затем пропускают 500 мл воды со скоростью 100 мл/ч, целлюлозу с поглощенными ПК извлекают из колонки и определяют содержание пентозанов, количество которых составляет 14,4%, что подтверждает эффективную сорбцию полисахаридов из СЩ на целлюлозе.

Адсорбция ПК моносульфитного щелока целлюлозой происходит за счет образования водородных связей между гидроксильными и карбоксильными группами целлюлозы и ПК.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что для осуществления его не требуются какие-либо посторонние, отсутствующие на целлюлозных предприятиях материалы, так как в качестве сорбента используют продукт, вырабатываемый самими предприятиями. Учитывая, что сорбент может быть использован многократно, его расход небольшой. Щелок после обработки по предлагаемому способу может быть направлен на регенерацию по обычной технологии.

Формула изобретения

1. Способ получения растворов моносахаридов из полисахаридов сульфитных щелоков путем гидролиза его разбавленными минеральными кислотами и выделения целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью повыщения выхода моносахаридов, а также упрощения процесса, перед гидролизом осуществляют сорбцию полисахаридов путем пропускания сульфитного щелока через колонку с сорбентом, а гидролизу разбавленными минеральными кислотами подвергают полисахариды на сорбенте. 5 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют сульфитную небеленую целлюлозу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе5 6 1. Сапотницкий С. А. Использование суль-. фитных щелоков. М., «Лесная промыщленность, 1965, с. 125-126. 2. Авторское свидетельство СССР №406873. кл. С I2B 3/10, 1971.