Способ обработки грубых растительных кормов Советский патент 1979 года по МПК A23K1/12 

Изобретение относится к производству кормов. Известен способ обработки грубых растительных KopiMOB, таких как древесное сырье и отходы древесины, включающий обработку их 0,5-5,0°/о-ной серной кислотой при температуре ПО-135° под давлением 3- 7 атм до осахаривания целлюлозы 1. Однакокормовая ценность получаемого корма невелика. Известен также способ обработки грубых растительных кормов, предпочтительно древесных, включающий смещивание их с раствором серной кислоты и последующее тепловое воздействие на смесь температурой 110 135°С при избыточном давлении в присутствии металлического катализатора (платины или окиси железа) для интенсификации процесса кислотного гидролиза древесины при разрушении лигнин-целлюлозных связей в корме 2. Однако проведение кислотного гидролиза древесного сырья в присутствии металлического катализатора не обеспечивает получения высокопитательного корма. Целью изобретения является повыщение питательности грубого корма. Поставленная цель достигается тем, что при реализации способа, включающего кислотный гидролиз исходного сырья при избыточном давлении и повыщенной температуре в присутствии металлического катализатора для разрущения лигнин-целлюлозных связей в сырье, кислотный гидролиз проводят вначале при температуре 105-110°С и избыточном давлении 1,4-2,1 кг/см в течение 12-20 мин, а затем при температуре 135-150°С и давлении 9-10,5 кг/см при одновременной обработке гидролизуемой массы насыщенным паром до осахаривания целлюлозы, после чего конечный продукт нейтрализуют до рН 5,5. В качестве металлического катализатора используют железо или марганец, или их соли в количестве 0,4% от веса сухого корма. Смешивание растительного корма с кислотой проводят в соотношении 40:60 (вес.°/о). Конечный продукт после нейтрализации высущивают. В качестве исходного растительного сырья используют кочерыжки кукурузных початков, стебель кукурузы, солому злаковых культур (пшеницы, овса, риса), древесину и древесные отходы и т. п.

Если растительный сырьевой материал является грубым, что, видимо, относится к большей части растительных материалов, необходимо уменьшить размеры частиц сырьевого материала до максимум 0,6 см; Для этого материал сначала направляют в древорубку, корморезку или дробилку (тип дробилки зависит от вида органического материала). Затем в смесителе частицы органического материала перемешиваются с жидкой основой, состоящей из воды, металлического и кислотного катализаторов: В качестве металлических катализаторов используют железо или марганец или производные этих металлов. Оба катализатора вполне удовлетворительны с функциональной точки зрения, но железный катализатор предпочтителен вследствие своей экономичности. Кроме того, железо имеет питательную ценность и большая часть его соединений нетоксична.

Металлически.ми катализаторами могут служить железные или марганцевые опилки, или смесь металлов в виде частиц, но металлический катализатор более предпочтителен по сравнению с другими соединениями, такими как, например, хлорид железа, сульфат железа, нитрат железа или любая нетоксическая соль железа или марганца: Количество металлического катализатора, которое при этом используется, зависит от типа выбранного катализатора, но содержание его В количестве 0, от сухого веса растительных органических частиц вполне достаточно.

Кислотным катализатором может служить любая нетоксическая кислота (фосфорная, уксусная, угольная, соляная, серная, сернистая). Она должна находиться 2-3 ч при нормальном давлении и окружающей температуре в контакте с кормом, чтобы осуществить полное насыщение органических частиц.

Затем смесь поступает в окислительный аппарат, где подвергается окислению при повышенном давлении и температуре в присутствии кислорода в течение 12-20 мин. Температура поддерживается в пределах от 105 до 1.10°С, давление составляет 10,5 кг/см , чтобы обеспечить приблизительно 1,4-2,1 кг/см избыточного парциального давления кислорода.

Необходимая температура органическогоматериала на стадии окисления может быть достигнута различными способами. Можно, например, использовать пар, электронагреватели и теплооб ленники, расположенные внутри окислительного аппарата; можно окислительный аппарат подогревать внешними устройствами.

Окисление смеси достигается при поступлении в окислительный аппарат кислорода воздуха, газообразного кислорода или перекиси водорода HjiOj.. Количество к слорода,

которое необходимо для реакции со смесью на стадии окисления, составляет приблизительно 3,75-5 вес.°/о от веса сухого растительного органического материала.

На стадии окисления разрушается, по крайней мере, часть лигнин-целлюлозных связей растительного органического материала, а также отделяется по крайней мере часть молекул целлюлозы. Разрушив лигнинцеллюлозные связи, можно подвергнуть молекулы целлюлозы последующей обработке. Металлический катализатор способствует разрушению «бета-химических связей и глюкозных колец в цепи целлюлозы. Физический распад наблюдается визуально в смесителе. Раствор ослабляет химические связи между глюкозными группами целлюлозы. Предполагают, что катализатор воздействует в первую очередь на места соединения групп. Добавляя кислород и металлический катализатор, например FeCij, с тем чтобы

получить , предполагают, что ион Fe обрывает лигнин-целлюлозную связь. Реакция кислорода с целлюлозой в присутствии кислотного и .металлического катализаторов является экзотермической. Кислород, поступающий в окислительный аппарат, заверщает окисление.

Окисленная смесь подается из окислительного аппарата в гидролизный аппарат. Гидролиз может быть осуществлен как периодический или непрерывный процесс в одном

или нескольких аппаратах. Гидролиз проводится при повыщенных давлении и температуре, при этом смесь насыщается паром. Предпочтительны давление 10,5 кг/см2 и температура реакции 135-150°С, продолжительность реакции 3-7 мин. Очевидно, при более низких температуре и давлении время реакции пропорционально увеличивается; оно будет также изменяться в зависимости от размеров и свойств органических частиц и концентрации катализатора

и т. д. На ствлаии гидролиза, па крайней мере, часть молекул целлюлозы превращается в сахариды и сахарные кислоты. Процесс превращения целлюлозных молекул на стадии гидролиза охватывает как молекулы целлюлозы, которые имелись в органическом

веществе, предназначенном для обработки, так и дополнительные, которые высвободились при разрушении лигнин-целлюлозной связи на стадии окисления. Таким образом, гидролиз в совокупности с предварительной стадией окисления существенно увеличивает осахаривание, которое достигается на стадии гидролиза.

Далее смесь из гидролизного аппарата поступает на нейтрализацию кислотных катализаторов, которая осуществляется различными веществами, однако предпочтительно испол.ьзуется аммиак. С некоторыми видами органического , которые в естесгзенном состоянии имеют высокое содеожаниё органических, кислот, может понадобиться дополнительная нейтрализация, при которой используется известь, кальцинированная сода или каустическая сода вместо аммиака или в сочетании с ним.

В результате получают раствор с высоким содержанием жидкости, который может использоваться для кормления без дополнительной обработки. Однако из-за высокого содержания воды перевозка таких продуктов была бы дорогостоящей, а хранение с высоким содержанием воды привело бы к порче продукта. Если продукт предназначен для перевозки или хранения, необходимо его высушивание. Высушенный продукт упаковывается, например, в мешки или собирается в большие емкости, удобные для перевозки.

Формула изобретения

1. Способ обработки грубых растительных кормов, включающий кислотный гидролиз исходного сырья под избыточным давлением и повышенной температуре в присутствии металлического катализатора для разрушения лигнин-целлюлозных связей в сырье, отличающийся тем, что, с целью повышения питательности кор.мов, кислотный гидролиз сырья проводят вначале при температуре 105-110°С и избыточном давлении 1,4-2,1 кг/см в течение 12-20 мин, а затем при температуре 135-150°С и давлении 9-10,5 кг/cм при одновременной обработкегидролизуемой массы насыщенным паром до осахаривания целлюлозы, после чего конечный продукт нейтрализуют до рН 5,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металлического катализатора используют железо или марганец, или их соли в количестве 0,4% от веса сухого корма.

3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что кислотный гидролиз исходного сырья проводят при соотношении сырья и кислоты, равном 40:60 (вес. %).

4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что конечный продукт после нейтрализации высушивают.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Котовский Л. В. Древесина, как кормовой продукт. Л., 1934, с. 34-40.

2.Патент США № 1101061, кл. 127-37, 1914.