Способ получения ксилозы

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Iiii 786904 (61) Дополнительный к патенту

2023495/ (22) Заявлено 13, О. 75 (21) .21799Q5/23 Q (51}м коз

С 07 Н 3/02

С 13 K 13/00 (23) Приоритет 24.04,74 (32) 25. 04. 73

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (33) CIIIA (31) 354391

Опубликовано 0712,80. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 071230 (53} УАК 547.455. .526.07 (088.8) Иностранцы

Аско Дж.Мелайя, Лаури Хямялэйнен, Хейкки Олави Хейккиля (Финляндия) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Суомен Сокери Осакейхтие" (Финляндия) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КСИЛОЭ61

Изобретение относится к усовершен. ствованному способу получения ксилоэы из пентозансодержащих материалов, предпочтительно из ксилансодержащих материалов, с последующей очисткой и 5 разделением хроматографическим способом.

Известен способ получения ксилозы из богатого ксиланом материала путем кислотного гидролиэа с последующей нейтрализацией раствора Са(ОН) и фильтрацией, удалявшей из раствора основную массу загрязняющих примесей.

Ксилозу извлекают путем кристаллизации, а очистку проводят путем рекри- 15 сталлизации для обессоливания v. обес. цвечивания. Если в качестве исходного материала используют богатый ксиланом растительный продукт, то выход может достигать 1,8Ъ от сырьевого ма- 20 териала (1) .

Известный способ не позволяет использовать его широко в промышленных масштабах иэ-за ряда недостатков.

Например, растворы с высоким содержа-25 нием ксилозы, полученные из древесных опилок, настолько загрязнены, что необходимы дополнительные дорогостоящие стадии процесса перед тем, как извлекать ксилозу. . 30

Целью изобретения является упрощение технологии и повышение качества целевого продукта.

Поставленная цель достигается способом получения ксилоэы путем кислотного гидролиза пентозансодержащего сырья, нейтрализации, Фильтрации, обессоливания и обесцвечивания полученного гидролиэата, отличительной особенностью которого является тз, что очищенный гидролизат, содержащий от 25 до 28 вес.Ъ сахаров, подвергают хроматографическому фракционированию, пропуская через колонку, заполненную полистиролсульфонатной катионообменной смолой, поперечно сшитой с 3,5% дивинилбензола, в форме соли щелочноэемельного металла, со скоростью от

16 до 17 л/ч на 1 м сечения колонки.

Как правило, высота колонки примерно 2,5 — 5 м. Раствор ксилозы высокой степени чистоты можно использовать в качестве источника ксилоэы в виде водного раствора или ксилозу можно кристаллизовать из этого раствора.

Предлагаемый способ дает возможность получать раствор ксилозы достаточно высокой степени чистоты для гарантированного его гидрирования в

786304 ксилит в г..>мышленном масштабе. Исходное сырье представляет собой предпочтительно лигноцеллюлоэу, включая древесину различных видов деревьев, например березы и бука. Можно использовать также овсяную шелуху, кукурузные кочерыжки и стебли, кокосовую скорлупу, миндальную шелуху, солому, багассу и отходы семян хлопчатника.

При использовании древесины ее предпочтительно измельчают до состояния щепы, стружки, опилок и т. п.

Исходное сырье подвергают гидролизу таким образом, чтобы получить максимальный выход пентоз> полученный раствор нейтрализуют, применяя вещества, не вызывающие разложения сахаров, например гидроокись натрия

Следующей стадией предлагаемого способа является стадия очистки продуктов гидролиэа. Эта стадия включает две основные стадии», а именно удаление соли — сульфата натрия и большей части органических примесей и окрашивающих веществ путем применения методики исключения ионов, причем вторая стадия способствует окончательному удалению окрашивающих веществ, Методика исключения ионов позволяет удалять соль из раствора, и подобные процессы обычно используют в сахарной промышленности для очистки мелассы.

После завершения стадии удаления соли раствор все еще содержит неко25

30 торое количество органических и неорганических примесей. Их удаляют на стадии удаления красящих веществ пу- Ç5 тем обработки загрязненных растворов ионообменными системами, содержащими сильный катионообменный материал, а затем слабым анионообменным материалом, после чего осуществляют стадию 40 пропускания раствора через адсорбент или через слой активированного угля.

Стадия очистки может быть еще более усовершенствована, если зто необходимо, введением стадии с применением синтетического макроячеистого адсорбента, например "Амберлита ХАД", для удаления органических примесей.

Макроячеистый адсорбент можно использовать на стадии очистки сразу же после стадии исключения ионов, но перед стадией катионного обмена.

По альтернативному варианту она может ооставлять заключительную стадию процесса очистки.

Очищенный раствор пентоз, полученный на стадии очистки, можно за.тем использовать для извлечения кси.лозы путем хроматографического фракционирования с получением раствора высокой степени чистоты в отношении d0 ксилозы, после чего осуществляют кристаллизацию. Пентозные мелассы, представляющие собой неразделенные фракции, можно подвергать последующему хроматографическому фракциониро- б5 ванию для выделения одного или нескольких других сахаров, присутствующих в этом продукте. Их можно также применять в качестве источника углеводов для ферментативных процессов.

Пример 1. Для получения ксилозы по способу согласно изобретению используют березовую древесину в виде стружки.

Березовые стружки в количестве, обеспечивающем получение 1000 г сухого вещества, подвергают гидролизу с применением серной кислоты и получают смесь гидролиэата и древесной массы, содержащей в общей сложности 204 г ксилоэы. Эту массу удаляют иэ гидролизата и либо отбрасывают, либо используют для других целей. Остаток гидролиэата,содержащий 204 г ксилоэы, нейтрализуют едким натром с получением гидролизата, содержащего 204 r кKсcиHл оoз3ы, 110 г органического материала, включая ксилозу, и 67 г неорганического материала. Гидролизат затем нагревают для удаления нежелательной уксусной кислоты и воды, а затем подвергают стадии удаления солей путем исключения ионов и очистки пропусканием раствора последовательно через слои сильного катионообменного материала и слабого анионообменного материала. При этом 14 г ксилозы вместе с большей частью неорганического материала и некоторым количеством органического материала удаляют и отбрасывают в солевую фракцию. Сахарную фракцию, содержащую большую часть ксилозы вместе с частью органических примесей и с небольшим количеством органических примесей, снова упаривают для удаления дополнительного количества воды.

Полученный в результате концентрированный раствор сахаров пропускают для удаления красящих веществ через слой активированного угля. Очищенный таким образом раствор содержит 181 г ксилозы с 40 г органического материала.

Обогащенный ксилозой раствор подвергают очистке хроматографическим

Фракционированием с последующей кристаллизацией. Очищенный раствор пентоз содержит, кроме ксилоэы, некоторые сахара и может быть в значительной степени обогащен ксилозой с использованием способа хроматографического фракционирования. Применяют хроматографическую колонку, заполненную катионообменным материалом сильнокислого характера в виде сульфонированного полистирола, сшитого 3,5% дивинилбензола, в стронциевой форме.

Высота колонки 1;0 м, диаметр 9,4 см.

Смолу погружают в воду. В качестве исходного раствора используют раствор пентоз,содержащий 25% сухого остатка, 786904 следующего состава, Ъ (в расчете на сухой остаток):

Ксилоэа 73

Арабиноза 6,1

Манноза 9,0

Галактоза 5,1

Глюкоза 6,8

Раствор равномерно подают через верх колонки со скоростью 27 мл/мин до тех пор, пока в колонку не будут загружены все 60 г твердых частиц.

Первые 108 мл материала, проходящего через колонку и содержащего преимущественно воду, которая находилась первоначально в колонке, отбрасывают. Анализ последующих фракц;*. гоказан в табл.1.

При соединении фракций 6,7 и 8 получают раствор, содержащий ксилоэу со степенью чистоты 89Ъ. Эту oeioгащенную ксилозой фракцию можно использовать для получения чистой кристаллической ксилоэы. Обогащенный ксилозой раствор, получаемый соединением фракции 6,7 и 8, можно (по альтернативному варианту) гидрировать с получением относительно чистого раствора ксилита. Можно также кристаллизовать ксилозу иэ неочищенного раствора, например из исходного раствора, применяемого выше в этом примере, после чего можно фракционировать сахара, остающиеся в сиропе,. посредством хроматографии с применением ионообменных смол. Фракцию,обогащенную ксилозой, рециркулируют на стадию кристаллизации. Также можно получить другие пентозы и гексозы из соответствующих фракций, а остаточные фракции можно вводить в мелассы иэ пентоэ.

Пример 2. Обогащенный ксилозой раствор, полученный гидролизом березовой древесины с последующим удалением солеи и красящих веществ по методике примера 1, подвергают дальнейшей очистке хроматографическим фракционированием на колонке с ионообменной смолой по методике, описанной ниже. Раствор, обогащенный ксилозой, имеет по данным гаэохроматографического анализа следующий состав,Ъ:

Арабиноза 6

Ксилоза 78

Манноза 6,5

Галактоза 5

Глюкоза 4,5

В качестве смолы используют катионообменную смолу сильно кислого .характера, представляющую собой сульфонированный полистирол,сшитый

3,5% дивинилбензола, причем смола находится в кальциевой форме. Сред ний размер частиц смолы 0,32 мм.

Разделение осуществляют при 49 С.

Высота колонки 350 см, диаметр

22;3 см.Колонку погружают в воду.

Обогащенный ксилозой раствор подают в кОлОнку с пОстОяннОЙ скОростью

17 л/ч. Всего в колонку подают 4 кг твердого материала в виде раствора, содержащего 26Ъ твердых частиц.

Гервый поток, вытекающий из колонки, в количестве примерно 88 л, содержащий в основном воду, отбрасывают. Затем собирают и анализируют последующие фракции. Состав этих фракций приведен в табл.2.

Фракции 3-6 соединяют, получая

35 л раствора, обогащенного ксилозой, следующего состава, г:

Арабиноэа

Ксилоза 2483 (85Ъ)

Ианноза 240

Галактоз а 108

Глюкоза S3

;ф Пример 3. Раствор, обогащенный ксилозой, полученный гидролизом древесины березы с последующими процессами удаления солей и удаления красящих веществ, описанными вйше, 25 подвергают дальнейшей очистке хроматографическим фракционированием на колонке с ионообменной смолой, как описано ниже. СО .тав твердых веществ раствора, обогащенного ксилоэой, определенный по данным газохроматографического анализа, следующий,Ъ:

Арабиноэа 6,5

Ксилоэа 77

Манноэа 7

Галактоза 4

Глюкоза 5,5

В качестве смолы используют катионообменную смолу сильно кислого характера, т.е. сульфонированный полистирол, сшитый 2,5Ъ дивинилбензола, 40 причем смола находится в стронциевой форме. Средний размер частиц смолы

0,32 мм. Разделение осуществляют при

51ОC. Длина колонки 350 см, диаметр

22,5 см. Колонку погружают в воду.

4 Обогащенный ксилозой раствор подают в колонку с постоянной скоростью

15 л/ч. Общее количество твердых веществ, подаваемое в колонку, составляет 4 кг (в виде раствора с со о .держанием твердь.х веществ 28Ъ).

Первый поток, вытекающий из колонки, в количестве 88 л, содержащий преимущественно воду, отбрасы-. вают. Затем последующие фракции собирают и подвергают анализу. Полученные результаты приведены в табл.3

Фракции 3-6 собирают, получая 35 л обогащенного ксилозой раствора следующего состава, г

Арабиноза

Ксилоза 2385 (90Ъ)

Манноэа 124

Галактоза 48

65 Глюкоза 82

786904

Т а б л и ц а 1

0,2

0,35

0,2

0,75

1,1

0,9

0,05

1,0

4,4

0,1

9,05

0,45

0,3

11,65

0,3

0,2

0,6

0,6

9,8

1,0

0,05

1,3

0,9

5,0

0,6

1,05

0,5

1,85

0,8

0,35

0,15

0,05

О;7

0,75

1,1

0 35

0,2

0,8

0,05

0,,4

0,1.Таблиц ухого вещества, r анноза Галактоза Лрабиноза

91

155

497

704

720

580

124

41

289

66

66

10,786ь904

Т а б л и ц а 3

Номер фракции

"57

447

662

696

580

25

108

331

66

124

99

41

10

Формула изобретения

Составитель В.Жестков

Редактор З.бородкина Техред Т.Маточ*а Корректор С.(1екиар

Заказ 8893/66 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул .Проектная,4

Способ получения ксилозы путем кислотного гидролиза пентоэансодержащего сырья, нейтрализации, фильтрации, обессоливания и обесцвечивания полученного гидролизата, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения качестна целевого продукта, очищенный гидролизат, содержащий от 25 до

28 вес.Ъ сахаров, подвергают хроматографическому фракционированию, Зо пропуская через колонку, заполненную полистиролсульфонатной катионообменной смолой, поперечно сшитой с

3,5Ъ дивинилбенэола, в форме соли щелочноземельного металла, со скоростью от 16 до 17 л/ч на 1 м се2 чения колонки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 2047193, кл. С 13 К 9/00, опублик.1971 (прототип).