Способ получения сахаров

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРОВ путем гидролиза целлюлозосодержащего материала, включающий его измельчение и последующую обработку водным раствором фосфорной кислоты при 170- 175°С, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода и чистоты целевого продукта, в качестве целлюлозосодержащего материала используется макулатура, а ее обработку раствором фосфорной кнслдТы проводят в присутствии двузанещенного фосфорнокислого аммония в количестве 0,03-0,1 моль.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕПУБЛИН (!9) (11) 4(51)С 1 К1 02 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3664487/28-13 (22) 21.11.83 (46) 28 ° 02.85. Бюл. В 8 (72) В. С. Крылов, А;Я.Агеев, Б.П.Ширшов и Г.В.Виноградова (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени лесотехнический институт им.Ленинского комсомола (53) 663.53(088.8) (56) 1. Патент США Р 4058411, кл. С 13 К 1/02, 1976.

2. Шарков В.И. Технология гидролизных производств. И., "Лесная промышленность", 1973, с. 20.

i (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРОВ пУтем гидролиза целлюлозосодержащего материала, включающий его измельчение и последующую обработку -водным раствором фосфорной кислоты при 170175 С, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода и чистоты целевого продукта, в качестве целлюлозосодержащего материала используется макулатура, а ее обработку раствором фосфорной кислоты проводят в присутствии двузамещенного фосфорнокислого аммония в количестве 0,03-0 ° 1 моль.

1 1142

Изобретение относится к гидролизной промышленности, а именно к способу получения сахаров, и может быть использовано в производстве спирта и кормовых дрожжей.

Известен способ гидролиза природных целлюлозосодержащих материалов, включающий измельчение материала, его обработку при температуре окружающей среды водным раствором фосфор- 1п ной кислоты до получения гелеподобной смеси и последующую экстракцию из нее фосфорной кислоты водным раствором тетрагидрофурана (1 ч. воды на 30-100 ч. тетрагидрофурана) f1) .

Недостатками данного способа являются низкий выход гексозных сахаров (около 50 ) и наличие в них нежелательных примесей производных фурана, а также колебания рН гидролизной среды, возникающие в результате разложения исходного сырья ° Кроме того, использование тетрагидрофурана ограничивает применение данного способа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сахаров, включающий его измельчение и последующую обработку водным раствором фосфорной кислоты при 170-175 С f2)

Недостатками данного способа являются низкий выход редуцирующих веществ — гексодных сахаров (около

54 ) и наличие примесей фурфуропа— продукта распада моносахаридов. Наличие фурфурола затрудняет последующий процесс спиртового брожения сахаров ввиду того, что фурфурол, являясь антиокислителем, угнетает жизнедеятельность спиртообразующих аэробных микроорганизмов.

Цель изобретения — увеличение выхода и чистоты целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения сахаров путем гидролиза целлюлозосодержащего материала, включающему его измельчение и последующую обработку 50 водным раствором фосфорной кислоты при 170-175 С, в качестве целлюлозоО содержащего материала используется макулатура, а ее обработку раствором фосфорной кислоты проводят в 55 присутствии двузамещенного фосфорнокислого аммония в количестве 0,030 1 моль»

510 2

Осуществление обработки целлюлозосодержащего материала водным раствором фосфорной кислоты в присутствии двузамещенного фосфорнокислого аммония способствует увеличению выхода и чистоты сахаров за счет создания мягких условий гидролиза, в которых двузамещенный фосфорнокислый аммоний поддерживает постоянный водородный показатель среды (рН 4-6), препятствующий распаду образующихся моносахаридов до фурфурОла, муравьиной кислоты, гуминовых веществ и пр.

Уменьшение количества двузамещенного фосфорнокислого аммония ниже

0,03 моль приводит к увеличению кислотности среды, при этом происходит активная диссоциация кислоты в водном растворе с образованием дополнительного количества ионов гидроксония, вызывающих отщепление молекул воды от молекул получаемых в процессе гидролиза моносахаридов. Следовательно, моносахариды разрушаются, образуя фурфурол, муравьиную кислоту, гуминовые вещества и прочие соединения.

Увеличение количества двузамещенного фосфорнокислого аммония выше

0,1 моль приводит к изменению соотношения концентраций соли и кислоты в буферной смеси (NHg) HP04 .Н РО4), что вызывает колебания рН среды и ведет к снижению скорости (замедлению) гидролиза и уменьшению выхода целевого продукта-гексодных сахаров.

Использование макулатуры в качестве целлюлозосодержащего сырья является оптимальным. условием осуществления предлагаемого способа в связи с тем, что полисахариды данного исходного сырья (газетная макулатура) содержат однородные по составу моносахариды.

Пример 1. Газетная макулатура в количестве 2 кг измельчалась и распускалась в гидроразбивателе.

Туда же добавлялось 800 мл 1%-ного ,водного раствора фосфорнои кислоты и 400 мл 1 -ного раствора (4 r или

0,03 моль) двузамещенного фосфорнокислого аммония. Полученная масса

25%-ной концентрации перемешивалась и загружалась в автоклав, где при

О

170 С в течение 1,5 ч осуществлялся гидролиз целлюлоз осодержащего материала. По окончании гидролиза от полученного жидкого гидролизата отделя10 4 на сушку, а гидролизат — анализировался на содержание редуцирующих веществ и перекачивался в резервуары

1 для последующего использования в дрожжевом производстве (гидролизат, содержащий отработанную фосфорную кислоту и растворенные сахара, как и в лабораторных условиях, нейтрализо-; вался аммиаком, при этом образовывался твердый осадок — аммофос, который отделялся от жидкой фазы и затем смешивался с лигнином, в результате получалось удобрение "лигнофос") °

Одновременно осуществлялся гидролиз целлюлозосодержащего материала по прототипу — пример 7.

Условия осуществления гидролиза макулатуры в лабораторных условиях (примеры 1-5) и в заводских условиях по предлагаемому способу (пример 6) и по известному способу, взятому за прототип (пример 7), а также результаты анализа гидролизата представлены в таблице.

Как видно из приведенньгх примеров и данных таблицы, осуществление гидролиза целлюлозосодержащего материала по способу получения сахаров приводит к повышению выхода гексозных сахаров до 75,0-82,4Х (см. примеры 13,6), при обеспечении их чистоты, т.е. при отсутствии фурфурола в гидролизате.

Кроме того, использование макулаа туры в качестве исходного сырья в предлагаемом способе получения сахаров путем гидролиза целлюлозосодержащего материала решает проблему ее утилизации .и экономит дефицитные

5 природные целлюлозосодержащие материалы.

3 .11425 лась твердая фаза — лигнин и в жидкой фазе определялось содержание редуцирующих веществ известным путем.

Пример 2-5. Гидролиз целлюлозосодержащего материала осуществлялся в условиях, аналогичных примеру 1, причем количество двузамещенного фосфорнокислого аммония в примерах 1-3 лежит в защищаемых пределах, в примерах 4-5 выходит за эти преде- 10 лы, а именно количество двузамещенного фосфорнокислого аммония составляло: в примере 1 — 0,03 моль (4,0 г), в примере 2 — 0,07 моль (9,45 г), в примере 3 — 0,1 моль (13,5 г), в 15 примере 4 — 0,01 моль (1,35 г) в примере 5 — 0,5 моль (75,6 г) .

Пример 6. Для осуществления гидролиза в заводских условиях целлюлозосодержащий материал — макулатура газетная в количестве 100 кг подавалась со склада ленточным транспортером в гидроразбиватель для измельчения . Туда же подавалас ь с о сгустителей свежая вода. Разбавленная масса с концентрацией 1,33Х из гидроразбивателя подавалась на линию магнитных сепараторов, где осуществлялась ее очистка от примесей. Очищенная масса с концентрацией 1Х нап- 1 равлялась на пропировочные сортировки, где отсортировывалась и подавалась на сгуститель, где масса сгущалась до концентрации 25 .

Сгущенная масса подавалась в смесительный бассейн, туда же добавлялась 70Х-ная фосфорная кислота в количестве 14 л и 2,0 кг (0,03 моль) двуэамещенного фосфорнокислого аммо-. ния. 10

Попученная смесь с концентрацией

12 5 ,5X перемешивалась и подавалась в . варочный аппарат, где при 175 С в течение 3 ч осуществлялся гидролиз целлюлозосодержащего материала. (5

По окончании гидролиза проваренная масса с концентрацией 2,5 посту(пала в выдувной резервуар, куда добавлялся 25Х-ный раствор аммиака (для нейтрализации фосфорной кислоты). Далее масса с концентрацией 1,5 направлялась на вакуум-фильтр, где осуществлялось отделение твердой фазы (лигнин и прочие нерастворимые продукты гидролиза) от жидкой (гидролизат). Твердая фаза направлялась

Способ получения сахаров путем гидролиза целлюлозосодержащего материала позволяет по сравнению с известным способом, взятым за прототип, получить чистый целевой продукт с высоким выходом, причем образующийся побочный продукт гидролизного производства "лигнофос", используемый в качестве удобрения, способствует удовлетворению потребности сельского хозяйства в фосфорных удобрениях.

1142510

Древесина

11акулатура

100,0

100,0

2,0

2 0 2 0 2 0

2,0

170

170

175

170

170

170 170

3,0

3,0

1,5

1,5

Bpe,÷ ., 1,5 1,5 1э5

Количество двузамещенного фосфорнокис лого аммонин» г 4,00

9,45 13,50

0,07 0,1

75,60 2000

1,35 моль 0,03

Количество редуцирующих веществ, 7<

0,01

0 5

0,03

82,4 78,0

75,0

80,0

Имеются побочные продукты (фурфурол, муравьиная кисНаличие побочных нродуктов

Отсут- Отсут«ствует ствует

Отсутствует

Отсутствует лота, гуминовые в-ва кислота, гуминовые в-ва и проч.сои проч. соединения) единения щцщДИ Заказ 658/26 Тираж 364 Подписное

Филиал ППП 11Йатент, г.Ужгород, улЛроектная, 4

Исходный целлюлозосодержащий материал Количество, кг

Условие гидролиза:

Температура, С

54,0 45;0

Гидролиз не завершен: наличие полисахаридов

Имеются побочнЫе продукты (фурфу- Отсутрол,му- ствует равьиная