Способ гидролиза целлюлозосодержащего сырья

 

Изобретение относится к пищевой и микробиологической промышленности, в частности к способу получения глюкозногс сиропа из целлюлозосодержащего 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 №

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСтИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 13 К 1 02

1 "

1 --.fU /)

«(.

ГОСУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4607212/13 (22) 22, 11 88 (46) 23.02.91. Бюл. ¹ 7 (71) Московский технологический институт пищевой промьппленности (72) К.А.Калунянц, Г.И.Прокудина, Л. В. Зайцева, А, А. Кочеткова, M. С. Петрова и Н. В. Никонова (53) 665.588 (088.8) (56) Biotechnol. 81oeng. 1985, V XXVI I р. 1418-1426. (54) СПОСОБ ГИДРОПИЗА ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ (57) Изобретение относится к пищевой и микробиологической промьппленности, I в частности к способу получения глю— козногс сиропа из целлюпозосодержащего сырья. Цель изобретения — увеличение выхода полимерных гемицеллюлоз.

Способ включает измельчение целлюлозосодержаще го сырья „смачив ание при гидромодуле 3-4 разбавленной азотной

Изобретение относится к пищевой, медицинской и микробиологической промышленности, в частности к способу получения глюкоз ного сиропа из целлюлозосодержащего сырья, и может быть использовано при производстве сахарозаменителей, пищевых добавок, улучшителей в хлебопечении, а также наполнителе и ле кар ств ен ных фор м.

Цель изобретения — увеличение выхода полимерных гемицеллюлоз .

Способ гидролиз а целлюлоз осодержащего сырья включает делигнификацию

I из««ельченного сырья в присутствии

„.SU 1629319

2 кислотой (0,7-5%) или 0,5-5%-ным раствором азотнокислого калия, предварительно подвергнутым электрохимической обработке. Окислительньп реагент вносят из расчета 1,2-10 +4s1 10 г/

/ион NOs« íà I г субстрата. Сырье выдерживают в течение 12-24 -ч при 18о

24 С. По истечении времени смоченное сырье заливают 4-5% — ным раствором гид— роокиси натрия, устанавливая конечньп« гидромодуль 50-60. Делигнифи.<ацию проводят при 50 — 60 С в течение 0,5-1 чПосле делигнификации сырье нейтрали— зуют разбавленной уксусной кислотой к промывают дистиллированной водой, Из нейтрализованного экстракта гекицеллюлозы осаждают спиртом или ацетоном.

Твердый остаток подвергают ферментативному гидролизу с целью получения раствора моносахаридов „KoTQDb«c затем очищают и концентрируют л1сбы известным способом. 2 з.п„ф-лы, 2 табл.

1 окислительного реагента, для делигнификации сырья используют реагенты,. р образовывающие радикапь«N0 и 110 при этом окислительный реагент вйосят из расчета 1,2 ° 10 -4,1 10 г/ион

ИОЗ на 1 г субстрата. При этом B качестве окислительного реагента используют разбавленную азотную кислоту (О, 7-5%) или 0,5-5%-нь«й раствор КИОЗ„ подвергнутый предварительно электроческой обработке, Электрохимическую обработку раствора ICN09 осуществляют в двухкамерном электролйзере с использованием в ка1629319 честве ди афр агм бел ьтинг пер хлор виниловой ткани. В анодную камеру заливают рабочий раст.вор KNO>, а в катодную камеру — вспомогательный (водопроводную воду), Обработку проводят

5 при следующих параметрах: сила тока

2 А, время обработки 40-60 мин и осуще ствляют до достижения рН р аст вор а

КМО 1,0-1,5.

1О

Использов ".íèå радикалов NO и МО в качестве окислительного реагента в процессе делигнификации позволяет увеличить гидролизуемость обратного сырья при уменьшении потерь гемицеллюпозных 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 медицинскоо го н аз н ачения, Концентрация окислительного реаген— 4. та должна быть не менее 1, 2 10 г/

/ион ЙО на 1 rсубсрата,,в противном случае концентрация образукнцих радикалов ЙО и NO не обеспечивает достаточную степень окисления и деполимериз ации лигниновых структур, что снижает процент делигнификации целлюпозосодержащего сырья.

Концентрация окислительного реагента должа быть не более 4,1 ° 10 г/ион

NO на 1 r субстрата, так как при повышении возр аст ает степень р азрушения

ГДП, что ведет к снюкению выхода цел ево го пр оду кт а.

Предлагаемый способ предусматривает сохранение гемицеллюлозной части в виде полимеров, Гемицеллюпозы и их производные обладают эмульгирующим, суспендирукнцим, пленкообразующим свойствами, что позволит найти им применение в пищевой промышленности для изготовления ди45 етических продуктов, как улучшителей в хлебопечении, наполнителей лекарственных форм и т.д. . Способ осуществляют следующим обе разом.

Измельченное целлюлоз осодержаще е

50 сырье смачивают при гидромодуле 3-4

0,7-5 -ный раствором азотной кислотой или О, 5-5 -ным р а ст в ор о и КН О >, предварительно подвергнутьгм электрохимической обработке до концентрации

55 ионов NO 4, 1 10 -2,9- 10 г-ион/л.

Сырье выдерживают в течение 12-24 ч о при комнатной темпер атур е (18-24 С), что не об хо димо для пол ной диффузии ионов peareHTa к молекулам субстрата, По истечении времени смоченное сырье заливают 4-5 .-ным раствором гидроокиси натрия, устанавливая конечный гидромодуль 50-60. Дели гнификацию проводятт при 50-60 С в течение 0,5-1 ч.

После делигнификации сырье нейтрализуют разбавленной уксусной кислотой и промывают дистиллированной водой.

Из нейтрализованного экстракта гемицеллюлозы осаждают спиртом или ацетоном.

Твердый остаток подвергаюг ферментативному гидролизу с целью получения раствора моносахаридов, который затем очищают и концентрируют любым известным способом, Пример !. Измельченные стержни кукурузных початков (СКП) 0,1—

3 мм заливают 1 .-ным раствором азотной кислоты, гидр о модуль 3 (ко нцентр ация ионов NO 5,5 -10 +г/ион на 1 r 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. Щелочньм э кстр акт нейтрализуют и гемицеллюлозы высаживают из него этанолом в соотношении 3: 1 (об/об) .

Твердый остаток подвергают ферментативному гидролизу целловиридином

ГЗХ. Гидролиз. ведут в ацетатном бу— фере при рН 5,0, при 48 С в течение

24 ч. Концентрация субстрата в реакционной смеси l, фермент добавляют из расчета 30 ед. АФБ (активность по фильтровальной бумаге) на 1 r субстрата. После гидролиза смесь отфильтровывают под вакуумом и промывают до нейтральной реакции, В фильтр ате определяют редуцирукнцие вещества (РВ) .

Выход глюкозы 95 от всех продуктов гидролиз а.

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

Данные опыта представлены в rã:áë. l.

Пример 2. В качестве окислительного реагента используют 0,5 -ный раствор KNOg предварительно подвер,— нутый электрохимической обработке в

5 162931 двухкамерном эл ектр олиз ере . Обработку проводят при следукщих параметрах: плотность тока 2 А/дМ ; время обработки 1 ч, В результате в анодной ка— мере рН раствора КИО достигает 1;2, 5 концентрация ионов N09 0,04169 г/

/ион/л. Измельченные СКП выдерживают с полученным реагентом в течение

24 ч при гидромодуле 3 (концентрация ионов NO) 1,2 10 4г/ион на 1 г субстрата) . Затем выдержанное сырье заливают 4Х-ным раствором йаОН, устанавливая конечный гидромодуль 60. о

Делигнификацию проводят при 60 С при постоянном пер емешив анни 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, 1).

Пример 3. Получение глюкозного сиропа из пшеничной соломы (ПС) .

Измельченную ПС (О, 1-3 мм) заливают

1 -ным раствором НМО, гидромодуль 4 25 (концентрация ионов NO 7,4 10 г/ион на 1 r 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 о

60 мин, В остальном условия проведения эксперимента не отличаются от описанных в примере 1. Ферментативный гидролиз ПС ведут в течение 72 ч.

Выход ГЦП 54,7 от их содержания в ПС. Выход глюкозы при ферментативном гидролизе 83,2Х от предобработанного субстрата (табл. 2) .

Пример 4. Получение глюкозного сиропа из ПС.

В качестве окислительного реагента используют 0,5Х-ный раствор KNO» предварительно подвергнутый электРо- 45 химической обработке. Условия проведения обработки и параметры получаемого реагента те же, что в примере 2.

Условия обработки ПС полученным окислительным реагентом те же, что в при- 50

- мере 3. Концентрация ионов NO> 1,2

9 6

F10 «г/ион на 1 г субстрата при гицромодуле 3. Затем выдержанное сырье заливают 4Х-ным раствором КаОН, устанавливая конечный гидромодуль 60.

Делигнификацию проводят при 60 С в о 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 83,2Х от предобработанного субстрата (табл. 2) .

Способ позволяет повысить выход целевого продукта за счет сокращения потерь полимерных гемицелпюпоз на 520Х исключить использование дорогостоящих реагентов (перекиси водорода) и повысить технологичность процесса за счет замены перекиси водорода разбавленной азотной кислотой либо раствором аэотнокислого калия, предварительно подвергнутого электрической обработке.

Формула изобретения

1. Способ гидролиза целлюпозосодержащего сырья, включающий предобработку измельченного сырья окислительным и щелочным реагентами с последукицим ферментативным гидролизом, о тл и ч а ю шийся тем, что ° с целью увеличения выхода полимерных гемицел-. люлоз, в качестве окислительного реагента используют реагент, образукщий радикалы NO u NO при этом окисли-тельный реагент вносят из расчета

1,2 ° 0 -4;1.10 г/ион ЙО на 1 г субстр ат а.

2, Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что в качестве окисли+ тельного реагента используют разбавленную азотную кислоту, 3. Способ поп. 1, отли чаюшийся тем, что в качестве окисли-. тельного реагента используют 0,5-SXный раствор азотнокислого калия, предварительно подвергнутого электрохимической обработке, 1629319

Таблица!

Сте пе нь соя>>билля ацнн субстрата прн фермент атнв ыом гндролнае >

24 ч, 2

Вмход

ГШ1> I от содеркання в

СКП делнгннфнкацнн МаОН

Условна обработки окнслнтельвюм реагентом

Концентрация окнслн0!lb>T

Время, »ss пщро модуль

Темпера"

typa, C

Концентрацня МОЭ> г/нон на

1 rСКП тельного реагента, уль

Предлагае>ый способ

55!0 4 60

l,25 ° 10 4 60

4ьо (О 5 50

l 2 10 4 50

5810 4 60

1,0 IO 5 60

5,9 10 5 50

Z 5 lO 5 50

6710 5 50

9,6.10 4 60

1210 4 60

4 1 10 5 60

1,0 10 4 50

4510 5 60

Инвестиций способ

4 60

wO г ННС, 3 Нное 5

4 Нмоэ О 7

5 НМО, О l б Ннов 0,5

НМО, (О

В НМО, 7

9 НКОэ 2

lO KN0 э 4

I I KN05 О 5

12 Кмоэ 5

13 Кмоэ 0,4

14 КМОВ б

92,9

40,5

60 40

I 5 Н,о, Таблнца2

Условия обработки окислитель>им реагентом

Вьссод П(П>

Х от содеряания в ПС

Условия делнгнифнкацнн МаОН елань союбнлня ацнн бстрата н ферментнвяом гндролнзе>

Температура, С

Концентрация

МаОН, Х рема

>е>н онцентр

w МОЗ °

/нон на

r ПС ре ч! 5 Неоя

79,0

34,1

60 40

Составитель А,Болобова

Техред A. Кравчук

Редактор H. Гунько

Корректор C.×åðíè

Заказ 410 Тираж 245 Подписное

И1ИИПИ Государственного комитет;! по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35> Рау(((ская наб., д. 4/5

Производственно-издательский ко((бинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина,101

НМО, 2 Нмоэ

НМО э

4 НМО

5 Нмоэ

Нноэ

7 Нмоэ в нмо, 9 Кмоэ

10 KN09

"Моэ

12 Кмоэ

13 Кмоэ

14 КНО

1 24

2 24

5 12

0,7 24

О, I 24

0,5 24

IO I7

7 12

2 24

4 12

0,5 24

5 (2

04 24 б 17

24 3

l7 3

12 4

24 2,5

24 3

24 3

lZ 3

12 3

24 3

12 4

24 .3

12 6

24 3

l7 4

4

2,5

3

3

4

6

7,4 ° 10

1,67 ° IO>

4,1 ° 10

i 2.10Ë

l,О (О э

7,9 10

6,7 10

9,6 !О э

4, 1,10 ! 0,10"

4 ° 5 10

Предлагаеммй

4

4

4

5

4

5

5

Инвестиций сп

4 способ

60 о со б

60 60

60 40

50 30

60 30

60 60

60 60

50 30

50 40

50 50

50 60

60 40

50 50

60 50

50 60

60 60

60 40

50 40

60 30

60 60

50 60

50 40

50 40

60 40

50 60

60 60

60 50

60 50

50 60

46,7

47,9

47,6.

43,8

38,0

38,9

30,0

36, 7

45 9

46,0

45,3

43,5

37,7

39,0

54,7

55,1

56,9

49,8

34, 1

40,2

31,1

39,6 .

53 5

52,0

55,0

52,2

39,7

37,В

93,0

95,0

93,9

93,7

85,5

87,0

93 О

92,8

96,7

97 6

95,5

95,0

93,2

96,1

75,0

73,8

80>0

75,1

6l,9

68,5

81,1

79,9

76>6

78,9

75 0

77,5

65,4

78,5