Способ получения сахаров

(9) (11) 1)С 1 К 10 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О СВИДЕТЕЛ ТОРСИ В Б.П,Шир ч УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский ордена ТрудовогоКрасного Знамени лесотехническийинститут им.Ленинского комсомола(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САХАРОВ путем гидролиза целлюлозосодержащего материала, включающий его измельчение и последующую обработку водным раствором фосфорной кислоты при 170- 175 С, о т л и ч а ю щ и й с я тем, то, 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 0,03-01 моль.1142Изобретение относится к гидролизной промышленности, а именно к способу получения сахаров, и может бытьиспользовано в производстве спиртаи кормовых дрожжей,5Известен способ гидролиза природных целлюлозосодержащих материалов,включающий измельчение материала,его обработку при температуре окружающей среды водным раствором фосфор Оной кислоты до получения гелеподобной смеси и последующую экстракциюиз нее фосфорной кислоты водным раствором тетрагидрофурана (1 ч. водына 30-100 ч. тетрагидрофурана) 1 .Недостатками данного способа являются низкий выход гексозных сахаров(около 50 ) и наличие в них нежелательных примесей производных фурана,а также колебания рН гидролизнойсреды, возникающие в результате разложения исходного сырьяКроме того,использование тетрагидрофурана ограничивает применение данного способа.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является способ получения сахаров, включающий его измельчение и последующую обработкуводным раствором фосфорной кислотыпри 170-15 С 2 .Недостатками данного способа являются низкий выход редуцирующих веществ - гексодных сахаров (около54 ) и наличие примесей фурфуропа -продукта распада моносахаридов, Наличие фурфурола затрудняет последующий процесс спиртового брожения сахаров ввиду того, что фурфурол, являясь антиокислителем, угнетает жизнедеятельность спиртообразующихаэробных микроорганизмов. Цель изобретения - увеличение выхода и чистоты целевого продукта.45 РПоставленная 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 целлюлозоОсодержащего материала используется макулатура, а ее обработку раствором фосфорной кислоты проводят в 55 присутствии двузамещенного фосфорно- кислого аммония в количестве 0,03- 0,1 моль. 510 1 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 (МН 4) НР 04.НРО 4 ), 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.1 П р и м е р 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 г или 0,03 моль) двузамещенного фосфорно- кислого аммония. Полученная масса 25 .-ной концентрации перемешивалась и загружалась в автоклав, где при0170 С в течение 1,5 ч осуществлялся гидролиз целлюлозосодержащего материала. По окончании гидролиза от полученного жидкого гидролизата отделя10 4на сушку, а гидролизат - анализировался на содержание редуцирующих веществ и перекачивался в резервуары 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. 5Как видно из приведенньгх примеров и данных таблицы, осуществление гидролиза целлюлозосодержащего материала по способу получения сахаров приводит к повышению выхода гексозных сахаров до 75,0-82,4(см. примеры 1- 3,6), при обеспечении их чистоты, т.е, при отсутствии фурфурола в гидролизате. Кроме того, использование макулаатуры в качестве исходного сырья впредлагаемом способе получения сахаров путем гидролиза целлюлозосодержащего материала решает проблемуее утилизации .и экономит дефицитные 5природные целлюлозосодержащиематериалы. 3 .11425лась твердая фаза - лигнин и в жидкой фазе определялось содержание редуцирующих веществ известным путем.П р и м е р 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 Олы, 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 15примере 4 - 0,01 моль (1,35 г) впримере 5 - 0,5 моль (75,6 г) .П р и м е р 6. Для осуществления гидролиза в заводских условияхцеллюлозосодержащий материал - макулатура газетная в количестве 100 кгподавалась со склада ленточным транспортером в гидроразбиватель для измельчения. Туда же подавалась сосгустителей свежая вода. Разбавленная масса с концентрацией 1,33 изгидроразбивателя подавалась на линиюмагнитных сепараторов, где осуществлялась ее очистка от примесей, Очищенная масса с концентрацией 1% направлялась на пропировочные сортировки, где отсортировывалась и подавалась на сгуститель, где масса сгущалась до концентрации 25 .35Сгущенная масса подавалась в смесительный бассейн, туда же добавлялась 70%-ная фосфорная кислота в количестве 14 л и 2,0 кг (0,03 моль)двуэамещенного фосфорнокислого аммония. 0Попученная смесь с концентрацией12 5.варочный аппарат, где при 175 С в течение 3 ч осуществлялся гидролиз целлюлозосодержащего материала. 5По окончании гидролиза проваренная масса с концентрацией 2,5 поступала в выдувной резервуар, куда добавлялся 25%-ный раствор аммиака(для нейтрализации фосфорной кислоты). Далее масса с концентрацией 1,5 направлялась на вакуум-фильтр, гдеосуществлялось отделение твердойфазы (лигнин и прочие нерастворимыепродукты 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,5 шен: наполи ид ие побочных нродуктов О Отсут- ствует ф ству ьиная к кислот гумино е в-ва проч. со динен 3 одписное е в еектная, ул.Пр КоличестводвузамещенногофосфорЪКоличест редуцирующих веществ, В Отсут- Отсут- Отс ствует ствует ств ВЫКИПИ Зака Филиал ППП фйа 20 2 О 100 личи саха Имеются побочны продукт (фурфурол, му- равьина 58/26 Тирнт , г.Уагор Имеются побочные продукты (фурурол, мура лота, гуминовые в"ва и проч. соединения)