Способ получения гидролизата растительного сырья

МИТЕТ СССР Й И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) А.П.Кулик,В.Т.Ровенский,Г.П.Ломова, С.М.Лисицкая, Л.И.Брага, Л.В.Коваль, И.С.Палий и В.И.Тихонов (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им.Ф.Э.Дзержинс" кого(56) 1, Авторское свидетельство СССР105278, кл. С 13 К 1/02, 1952.2. Слюняев В.П. Исследование процесса щелочного расщепления целлюлозы и древесины с целью получения продуктов, пригодных дНя выращивания. дрожжеподобных микроорганизмов. Дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Л., 1973, с. 184.(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОЛИЗАТА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, предусматривающий обработку его водным раствором щелочи при нагревании, гидролиз и выделение гидролизата, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения продолжительности процесса и повышения выхода в гидролизате органических кислот и карбонильных соединений, обработку растительного сырья ведут 10-20-ным водным раствором щелочи при соотношении щелочи и сырья 0,44-0,5, а гидролиз сырья осуществляют путем нагрева его до 65-75 фС) выдержки смеси в течение 40-60 мин при этойже температуре и последующего на- щ грева смеси до 185-210 фС с получе- . кием расплавленной массы, после чего массу растворяют в воде.Изобретение относится к микробиологической промышленности, преимущественно гидролизно-дрожжевому производству, и может быть использовано для получения питательных сред;,применяемых при биохимической переработкеИзвестен непрерывный кислотныйспособ гидролиэа растительного сырья,где в качестве катализатора используют концентрированную (60-80) серную кислоту при низких температурах50-80 С ) и малых модулях по моно"гидрату 1,5/0,25),продуктами которого являются моносахариды, образо"ванные из углеводородного комплекса сырья, и.негидролизуемый остатокгидролизный лигнин 13.Недостатками такого способа являются низкий выход полезного продукта44-54 от веса абсолютно сухого однолетнего растительного сырья, таккак используется только полисахаридная часть сырья, а также необходимость предварительной подготовки:сортировки сырья, удаления металлических частиц, посторонних включений, тонкого помола частиц до опре-,деленного размера.Наиболее близким к изобретениюпо достигаемому. эффекту являетсяспособ получения гидролизата растительного сырья ( хвойной и лиственной древесины )Г 2путем обработки его 1-ным раствором едкогонатра при нагревании с последую-щим гидролизом с жидкостным модулем по щелочному раствору 10 присоотношении щелочи и древесины,равном 0,1, давлении 15 ати, температуре 200 ОС, продолжительностипроцесса 5 ч. Затем содержимое в 40автоклаве охлаждают в течение 5 ч,нерастворенный остаток.отфильтровывают, промывают до нейтральнойреакции и направляют на последуюЩий Гидролиз( ДЛЯ ХОтОРОГО пРинЯт 45следующий режим: концентрация щелочи 4, жидкостной модуль 10, соотношение щелочи и древесины 0,4,давление 15 ати, температура 200 С,опродолжительность 6 ч,50По окончании автоклав охлаждаютв течение 5 ч. Шелочные растворыобъединяют вместе, отфильтровывают,пропускают через установку электродиалиэа для очистки и выделения ихи используют для выращивания кормовых дрожжей.Суммарное время процесса щелочной обработки древесины по известному способу составляет 21 ч.Выход полезных продуктов по отношению к древесине в результатетакой обработки следующий,:Растворено древесины 94-98Органическихкислот 40-67 655-22 4-23 в том числеуксусной кислоты 3-3,5оксикислот 26-27карбоксильныхсоединенийколлоидовнейтральныхвеществ 2-3фенолов 1,5Недостатками известйого способа являются длительность,а также низкий выход полезных продуктов, например фракций летучих, оксикислот, карбонильных соединений, феноловЦелью изобретения является сокращение длительности процесса и повышение выхода в гидролизате органических кислот и карбонильных соединений.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения гидролиэата растительного сырья, предусматривающему обработку его водным раствором щелочи при нагревании,гидролиэ и выделение гидролизата, обработку растительного сырья ведут 10-20-ным водным раствором щелочи при соотношении щелочи и сырья 0,44-0,5, а гидролиз сырья осуществляют путем нагрева его до 65-75 С, выдержки смеси в течение 40-60 мин при этой же температуре и последующего нагрева смеси до 185-210 С с получением Расплавленной массы, после чего массу растворяют в воде.Указанные концентрации и ступенчатость нагрева предназначены для обеспечения максимального и равномерного распределения щелочи в сырье за счет набухания, которое осуществляется.при достижении температуры реакционной массы 65-75 С с выдержкой 40-60 мин.Интервалы по концентрации щелочи, температура процесса набухания и его продолжительность обеспечивают максимальный выход полезных продуктов при использовании различных видов растительного сырья.Модуль по щелочи в пределах 0,44- 0,5 представляет собой то количество катализатора, которое позволяет осуществить расщепление сырья с максимально возможным выходом усваиваемых дрожжами продуктов. Температурный предел 185-210 С. Это наиболее благоприятные условия, при которых сырье, расщепляясь за короткое время с образованием максимального выхода полезных продуктов из всех компонентов гемицеллюлоэ, целлюлозы, лигнина ), переходит в текучее состоянии - расплавленную массу, которую растворяют в необладающем ингибирующим действием по Отношению к дрожжеподобным микробрганизмам и не оказывающем вредного воздействия на1036743 40 Выход продуктов щелочного расцепления, Ъ от сырья по способу Кзвестному Предлагаемому Показатели Подсолнечная лузга Подсолнеч- Сосна 2ная лузга Костральна Костральна 100,00 90, 39 95,00 99,00 Общее количество органических кислот,в том числе а) летучих кислот с числом углеродных атомов С-С 43,75 40,00 41,55 52, 40 59,00 9,00 12,90 19,40 12,83 20,50 из них: уксусной кислоты;3,20 8,93 4,74 7,60 11,87 живой. организм растворителе, налример в воде.Выбор количества растворителяопределяется в зависимости от требуемой концентрации полезных продуктов.Полученный щелочной раствор подготавливают для микробиологическойпереработки известными приемами(,путем электродиализа, обработкойкатионитной смолой Куи т.п. ).П р и м е р. 300 г товарной костОры льна ( 278 г абсолютно сухой навески ) тцательно смешивают с 20-нымраствором едкого натра (с учетомвлажности сырья ), содержащим 139 гцелочи 10,5.модулей по отношению 5к абсолютно сухой навеске), загружают в стальной аппарат с круглымдницем емкостью 3 л, предварительно разогретый до температуры сырья,которую оно приобретает при смешивании с раствором щелочи, т.е.40 С,По окончании загрузки аппаратзакрывают крышкой, снабженной сталь-,ной лопастной мешалкой, отводами дляпаров воды, газообразных продуктовреакции, ввода растворителя расплавленной массы сырья, а также карманадля термопары, и плотно забалчивают 30В днище аппарата имеется патрубок для выгрузки реакционной массы.После подготовки аппарата включают мешалку и обогрев, осуществляемый электроспиралью со скоростью 35 2 град/мин.По достижении температуры 75 ОС, необходимой для набухания сырья, .проводят изотермическую выдержку в течение 40 мин. При дальнейРастворено сырья 100,00 шем подъеме температуры до 185 С происходит концентрирование щелочного раствора и сам процесс гидролиза за счет упаривания воды и расщепления сырья с образованием,расплавленной массы. Обцее время варки 2 ч.Нагрев прекращают, а расплавленную массу постепенно заливают предварительно нагретой до 80 С водой ( 250 мм ), перемешивая реакционную массу до получения одно-Фазной консистенции. Затем открывают спускной патрубок и полученную смесь выливают в 5750 мл воды.Полученный щелочной раствор подвергают ионообменной очистке на колонке, заполненной катионитной смолой Ку, освобождаясь при этом от ионов натрия и частично от лигнина. Кислый гидролизат, содержащий свободные органические кислоты и карбонильные соединения, используют при приготовлении питательной среды для выращивания дрожжей.Для получения сравнительных данных с известным способом параллельно проводили опыты по ступенчатому расщеплению костры льна,. подсолнечной лузги и сосны разбавленными растворами едкого натра по известному способу.Как видно изданных табл.1 по предлагаемому способу варки условный выход полезных продуктов значительно увеличивается. При этом повышается содержание уксусной кислоты, фракции оксикислот, понижается содержание смоляных кислот, что положительно отражается на качестве гидролизатов.Таблица 11036743 Продолжение табл. 1 йВыход продуктов щелочного расщепления,от сырьяпо способуПредлагаемому Известному Показ атели Костральна Подсолнечная лузга б ) Фракции оксикислот 38,0026,16 31,65 29,73 26,60 в) смоляных кислот 0,50 1,35 2,42 1,12 2,60 Карбонильных соединений 15,34 6,20 17,39 10,91 9,84 21,70 5,40 4,36 Фенолов 4,70 0,50 полезных про- дуктов 74,34 69,79 52,46 53,69 61,70 АбсолютносухиедрОжжи.3,57 45,53 36 О, 535 Полученный гидролизат находит широкое применение для выращивании микроорганизмов. Так, полученный описанным способом гидролиэат иэ костры. льна с концентрацией органических кислот 2,66, карбонильных соединений 0,7, фенолов 0,29 разбавляют водой до соответствующих .концентраций, нейтрализуют водным раствором аммиака до рН. 5,6. Затем вносят в него питательные соли: азот - в виде сульфата аммония, Фосфор - в виде одно- и двузамещенных солей калия,магний - в виде серно- кислого магния. Выращивание био" массы проводилось в стендовых ФерКостра Подсолнечльна ная лузга Сосна 2) 25 ментерах на 3 л рабочий эапас -1 л ). Скорость мешалки - 900 об/мин.Подача воздуха - 1 л/л.мин. Температура культивирования 37 С, рН вФерментере 5,6. Соотношение культур 30 в ферментерах следующее. Кандида тропикалис Н- 70, Трихоспорен кутанеум Н- 30. Контрольные пробыотбирали при непрерывном процессекультивирования. Выращивание про водили при концентрации оргайических кислот в гидролиэате 1,84 концентрация карбонильных соединенийпри этом 0,09, Фенолов 0,04) ипри разбавлениях 1:1, 1:2, 1:3табл, 2),Т а блица 2Заказ 5941/25 Тираж 364 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Из данных табл. 2 следует, чтооптимальный вариант роста получаетсяна гидролнзате с разбавлением 13,т.е. на концентрации органических кискислот 0,46 и протоке 0,12 ч . СодЕржаниесырого протеинапри этом 551,4,Остаточное содержание органических кислот в .культуральнбй жидкости0,12, карбонильных соединений 0,02,Фенолов 0,06, Выход товарных дрожжей с 1 т абсолютно сухого сырьясоставляет 350 кг.Предлагаемый способ но сравнениюс известным позволяет сократитьпродолжительность процесса в 10,5 - 5 14 раз (2 ч против 21 ч по извест-ному ), увеличить выход полезныхпродуктов (питательных, веществ дляроста дрожжеподобных микроорганизмов ) в 1,2-1,4 раза, т.е. с 54-62до 75 от их содержания в сырье,повысить эФФективность производстваза счет высокого (69,79-7434) выхода полезных продуктов, проводитьпроцесс расщепления растительногосырья в одну ступень, используя реакционные аппараты, работающие беэдавления, получать максимальный выход полезных продуктов иэ любого вида растительного сырья (многолетнего, однолетнего),