Способ гидролиза растительного сырья

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3 ШС 13 К 10 гИЬ.ЪО н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) А.Т.Порубова и С.А.Сапотницкий (71) Ленинградская ордена Ленина лесотехническая академия им.С.М.Кирова(56) 1.Шарков В.И., Сапотницкий С.А., Дмитриева О.А. Технология гидролизого производства, М., фЛесная проенность", 1973, с. 65-68.2,Авторское свидетельство СССР Р 745951, кл. С 13 К 1/02, 1978. (54)(57) 1. СПОСОБ ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, предусматривающий.ЯО 2819 Д предварительную подготовку сырья путем выдерживания в замороженном состоянии с последующим разморажива кием и обработку кислотой при нагре ванин, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения и упрощения процесса, а также повышения качества гидролизата, выдерживание в замо роженном состоянии осуществляют в воде при гидромодуле 5-15 в течение 6 ч, размораживание ведут при 20 С, а обработку кислотой - при 80-160 С2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что выдерживание в замороженном состоянии осуществляют при (-5) - (-25) С.Изобретение относится к гидро лизной промышленности, а именно к способу гидролиза растительного сырья.Известен способ гидролиза растительного сырья, согласно которому сырье предварительно измельчают, а затем обрабатывают кислотой при 170- 190 С С 1 З .Известен также способ гидролиза растительного сырья, предусматриваю щий предварительную подготовку сырья путем выдерживания в замороженном состоянии с последующим размораживанием И обработку кислотой при нагревании. Замораживание осуществляют в 130-ном растворе серной кислоты при (-4) - (-20) С и гидромодуле 0,1- 1, выдерживают 2-10 сут и размораживают, обрабатывая водой при 70-100 С; Кислотный гидролиз,ведут в две стадии, температура на первой составля ет 100-120 С, на второй - 170-185 С. Недостатками известного способаявляются длительность и сложностьпроцесса, связанные с продолжительным выдерживанием сырья в замороженном состоянии обработкой горячейводой и цреведением двухстадийногогидролиза. Кроме того, способ характеризуется недостаточно высоким качеством гидролизата, содержащегобольшое количество органических примесей и коллоидов,Цель изобретения - ускорение иупрощение процесса, а также повышение качества гидролизата.Указанная цель достигается тем,что согласно способу,гидролиэарастительного сырья, предусматривающему предварительную подготовку сырья 40путем выдерживания в замороженномсостоянии с последующим раэмораживанием, обраФотку кислот при нагре-.вании, выдерживание в замороженномсостоянии осуществляют в воде пригидромодуле 5-15 в течение 6 ч, размораживание ведут при 20 С, а обработку кислотой - при 80-160 С.Выдерживание в замороженном состоянии осуществляют при (-5) - (-25) С.Сущность способа заключается в 50следующем.Исходное сырье замораживают притемпературе ("5) - (-25) С в водепри гидромодуле 5-15, выдерживаютв течение 6 ч, а затем размораживают прн 20 С, Такая предобработкасырья позволяет проводить кислотныйгидролиз в одну стадию при 80-160 Св течение 30 мин.В работе используют опилки с 60влажностью 50. Замораживание образцов проводят в сосуде Дьюара. Вкачестве хладагента используют ледс ацетоном и смесь поваренной солисо льдом65 П р и м е р 1. (известный способ).100 г опилок смачивают 10-ной серной кислотой при модуле 0,5, затем замораживают до -4" С в течение 10 дн, Затем обрабатывают водой при 70 дС. В обработанных таким путем опилках определяют содержание легко- и трудногидролизируемых полисахаридов (табл, 1),П р и м е р 2. Образцы по 100 г древесных опилок заливают водой примодуле 5; 10 и 15 и помещают в сосудДьюара с охлаждающей смесью. Замораживание ведут при (-5),(-10) и (-2 БЪ". в.течение б ч, Затем опилки размораживают при 20 ОС, отфильтровывают и определяют в них содержание легко- и трудногидролизуемых полисахаридов (табл. 1). П р и м е р 3 (известный способ). Опилки, подготовленные аналогично примеру 1, направляют на первую ступень пентозного гидролиза (,модуль 2), продолжительностью 2 ч, а затем на вторую ступень гексозного гидролиза при 190-200 С. В полученном гидролизате определяют содержание редуцирующих веществ, а в древесном остатке содержание легко- и трудногидролизуемых полисахаридов.Данные приведены в табл. 2П р и е р 4, Опилки, подготовленные аналогично примеру 2 при температуре замораживания (-10)С вместе с водой помещают в металлический автоклав.В течение 30 мин проводят кислотный гидролиэ 0,5-ной серной кислоты при 80; 120 и, 160"С. В полученном гидролизате определяют содержание редуцирующих веществ, а в древесном остатке - содержание легко- и тюудногидро- лизуемых полисахаридов (табл. 2),П р и м е р 5. 150 мя гндрслизата, который получают в процессе гидролиза опилок, предварительно замороженных с 10 модулями воды при (-10)ОС аналогично примеру 4, термостатируют при 90 С в течение 20 мин в металлическом сосуде емкостью 540 мл, В качестве внутреннего стандарта добавляют 0,5 мл раствора пропилового спирта. После установления динамического равновесия прокалывают нагретым шприцом резиновую прокладку в крышке сосуда, отбирают пробу в количестве 3-5 мл и вводят в испаритель хроматографа для определения методом ГЖХ содержания легколетучих органических примесей (ацетона, метанола, этанола).Данные приведены в табл. 3.П р и м е р 6. Гидролизат, полученный аналогично примеру 3 готовят аналогично примеру 5 и определяют в нем содержание легколетучих компонентов (ацетона, метанола, этанола) методом ГЖХ.1082819 Данные приведены в табл. 4.П р и м е р 10. 100 мл гидролизата, полученного аналогично примеру 3 анализируют на содержание коллоидных веществ аналогично примеру 9.Данные приведены в табл, 4.П р и м е р 11. Гйдролизат, полученный аналогично примеру 4, беэ инверсии и аэрации обогащают питательными солями, разбавляют водой до концентрации РВ 1,2 и на подготов" ленном субстрате выращивают дрожжи Кандида Скоттии КСна установке периодического действия.Данные приведены в табл. 5. П р и м е р 12. Гидролизат, полученный аналогично примеру 3 инвертируют 0,5-ной серной кислотой, продувают воздухом, нейтрализуют, обогащают питательными солями, разбавляют водой до концентрации РВ 1,2. На подготовленных субстратах выращивают дрожжи Кандида Скоттии КС"2 на установке периодического действия.Данные приведены в табл. 5. Как видно иэ полученных данных, предлагаемый способ позволяет получить гидролизат с высоким выходом сахаров, низким содержанием органических примесей,и коллоидов, а так же ускорить технологический процесс подготовки субстратов к биохимической переработке.Т а б л и ц а 1 и на содержание легко- и трудноаридов в опилках Влияние низкотемпературной обработк гидролизуемых полисах-25 14,8 41,4 10 14,2 40,4 40,0 15 14,1 47,4 Исходные опилки 18,1 Известный способ 18,0 47,4 Данные приведены в табл. 3.П р и м е р 7. 10 мл гидролизата,полученного в процессе гидролиза опи.лок аналогично примеру 4, экстрагируют 5 раз этилацетатом. Этилацетатные вытяжки объединяют и подсушивают 5прокаленным м 30 в течение 30 мин.Этилацетат иэ образцов отгоняют наводяной бане. После.отгонки в образцывводят 0,5 мл раствора 0,4-ной капроновой кислоты (внутренний стан" 1 рдарт). Пробы в количестве 35 мклвводят. в испаритель хроматографадля определения продуктов деструкциисахаров (уксусной и левулиновой кислот, фурфурола, оксиметилфурфурола).Данные приведены в табл. 4.П р и м е р 8. 10 мл гидролиэата,полученного в процессе гидролиэаопилок аналогично примеру 3, анализируют методом ГЖХ аналогично при"меру 7 на содержание продуктов деструкции сахаров (уксусной я левулиновой кислот, фурфурола, оксиметил-.фурфурола 1Данные приведены в табл. 4,П р и м е р 9. К 100 мл гидроли-,эата аналогично примеру 4, добавля ют 1 г активированного угля марки А.Смесь взбалтывают и фильтруют черезбумажный фильтр на воронке Бюхнера.Осадок сначала промывают 200 мл воды,30а потом 100 мл спирта. Спиртовыйраствор упаривают на водяной бане иосадок сушат при 98 С, потом взвешивают и определяют содержание коллбидных веществ. 35 Содержание полисахаридов в опилках,к исходному сырью1082819 Таблиц ; Влияние предварительной обработки на содержание легко- и трудногидролизуемых полисахаридов в древесном остатке после гидролиза -и на содержание РВ в гидролизатах при различной температуре гид- ролиза Температура гидролиза, С 80 Полисахариды, % РВ, % Трудногидро- лизуемые Легкогидролизуемые19,8 9,5 35,8 10 37,0 2,0 15 37,0 2,0 18,0 Известный способ 47,0 Продолжение таблицы 2 Температура гидролиза,С 160 120 Полисахариды, % Полисахариды, Ъ РВ, 3 РВ, % 22,3 2,4 37,4 23,8 39,9 2,4 1,0 56,7 10 1,0 1,0 56,7 15 32,0 26,8 36,4 8,5 Известный способ Теоретический выход РВ 65,5. Таблица 3 Содержание легколетучих органических компонентов в гидролизатах Содержание летучих компонентов, мг/лМетанол Способ обработки Ацетон Этанол Замораживание в воде при-101 ф С в течениеб ч при модуле Обработка в воде при1082819 Таблица 4 Содержание продуктов деструкции сахаров и коллоидных веществ в гидроливатах Содержание Уксусная Левулино- Муравьи."- кислота, вая кис- ная кисВ лота, В лота, В Способ обработки0,005 0,02 0,003 0 0 Известныйспособ 0,15 0,03 0,04 0,24 0,06 1,6Таблица 5ФКачественные показатели целевого продукта Гидролизаты, полученные. после гидролиза обработанных опилокОбработка в воде приМ=10, -10 в течениеб ч, гидролиз при 120 С Известный способ Показатели Выход биомассы,В от РВ 62,3 51,7 Содержание протеинав биомассе, В 50,3 54,7 Фтттютютттюттютююююа а титюнтюютт аиюи и Составитель Т.МелентьеваТехред О. Веце Редактор Л,Пчелинская и Корректор Г.Решетник и т аа т тт т Тираж 375 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Жю 35, Раушская наб., д.4/5Заказ 1678/24 филиал ППП "Патентф, г.Ужгород, Ул.Проектная,4 Обработкав воде при