Способ получения ксилозы

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет 24,04,74 (32) 25, 04, 73 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(53) УДК 547.455. .526.07 (088.8) ИностранцыАско Дж.Мелайя, Лаури Хямялэйнен, Хейкки Олави Хейккиля (Финляндия)(72) Авторы изобретения Иностранная фирма(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КСИЛОЭЫ Изобретение относится к усовершенствованному способу получения ксилоэы из пентозансодержащих материалов,предпочтительно из ксилансодержащихматериалов, с последующей очисткой и 5разделением хроматографическим способом,Известен способ получения ксилозыиз богатого ксиланом материала путемкислотного гидролиэа с последующейнейтрализацией раствора Са(ОН) ифильтрацией, удалявшей из раствораосновную массу загрязняющих примесей.Ксилозу извлекают путем кристаллизации, а очистку проводят путем рекристаллизации для обессоливания и обесцвечивания. Если в качестве исходного материала используют богатый ксиланом растительный продукт, то выходможет достигать 1,8 от сырьевого материала 1 .Известный способ не позволяет использовать его широко в промышленных масштабах иэ-за ряда недостатков.Например, растворы с высоким содержа нием ксилозы, полученные из древесныхопилок, настолько загрязнены, что необходимы дополнительные дорогостоящиестадии 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 пентоэансодержащего сырья, нейтрализации, Фильтрации, обессоливания и обесцвечивания полученного гидролиэата, отличительной особенностью которого является тэ, что очищенный гидролизат, содержащий от 25 до 28 вес.% сахаров, подвергают хроматографическому фракционированию, пропуская через колонку, заполненную полистиролсульфонатной катионообменной смолой, поперечно сшитой с 3,5 дивинилбенэола, в форме соли щелочноэемельного металла, со скоростью от 16 до 17 л/ч на 1 мсечения колонки.Как правило, высота колонки примерно 2,5 - 5 м. Раствор ксилозы высокой степени чистоты можно использо- вать 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 вксилит в.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 гидро- лизу таким образом, чтобы получить максимальный выход пентоз полученный раствор нейтрализуют, применяя вещества, не вызывающие разложения сахаров, например гидроокись натрияСледующей 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, при. чем 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 неко 25 30 торое количество органических и неорганических примесей. Их удаляют на стадии удаления красящих веществ пу 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 жепосле стадии исключения ионов,но перед стадией катионного обмена,По альтернативному варианту она может ооставлять заключительную стадию процесса очистки. 50 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 60 ксилозы, после чего осуществляют кристаллизацию. Пентозные мелассы, представляющие собой неразделенные Фракции, можно подвергать последующему хроматографическому Фракциониро- б 5 ванию для выделения одного или нескольких других сахаров, присутствующих в этом продукте. Их можно также применять в качестве источника углеводов для Ферментативных процессов.П р и м е р 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 г ксилозы, 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, заполнен. ную 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, 786904следующего состава,(в расчете на сухой остаток):Ксилоэа 73Арабиноза 6,1Манноза 9,0Галактоза 5,1Глюкоза 6 к 8Раствор 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 89. Эту обогащенную 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.П р и м е р 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,:Арабиноза 6Ксилоза 78Манноза 6,5Галактоза 5Глюкоза 4,5В 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;5 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 26 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, получая35 л раствора, обогащенного ксилозой,следующего состава, г:15 АрабиноэаКсилоза 2433 (85)Ианноза 240Галактоз а 108Глюкоза ЗЗ 3) П р и м е р 3. Раствор, обогащенный ксилозой, полученный гидролизомдревесины березы с последующими процессами удаления солей и удалениякрасящих веществ, описанными выше, 25 подвергают дальнейшей очистке хроматографическим Фракционированием наколонке с ионообменной смолой, какописано ниже, Со"тав твердых веществраствора, обогащенного ксилоэой,определенный по данным газохроматографического анализа, следующий,;Арабиноэа 6,5Ксилоэа 77Манноэа 7Галактоза 4Глюкоза 5,5В качестве смолы используют катионообменную смолу сильно кислого характера, т.е. сульфонированный полистирол, сшитый 2,5 дивинилбензола, 40 причем смола находится в стронциевойформе. Средний размер частиц смолы0,32 мм. Разделение осуществляют при51 ОС. Длина колонки 350 см, диаметр22,5 см. Колонку погружают в воду.45 Обогащенный ксилозой раствор подаютв колонку с постоянной скоростью15 л/ч. Общее количество твердыхвеществ, подаваемое в колонку, составляет 4 кг (в виде раствора с со.держанием твердых веществ 28).Первый поток, вытекающий из колонки, в количестве 88 л, содержащий преимущественно воду, отбрасывают. Затем последующие Фракции собирают и подвергают анализу. Полученные результаты приведены в табл.ЗФракции 3-6 собирают, получая 35 лобогащенного ксилозой раствора следующего состава, гАрабинозаКсилоза 2385 (90) Манноэа 124Галактоза 4865 Глюкоза 82,78 Еь 904 Таблица 3 омеракии 7 об 3 б 0 б 5 9 5 2 9 ормула изобретения чку заполненную ой катионообмено сшитой с в форме соли талла, со скочна 1 мс Источники инф инятые во внимание 1. Патент Франции С 13 К 9/00, опу тип).рмации,при экспертизеР 2047193, лик,1971 (про 0 кл Составитель В.Жестковкина Техред Т.Маточа Корректор С,Ц 1 екиар едактор Зо 893/бб Тираж 495 ВНИИПИ Государственнопо делам изобретен 13035, Москва, Ж, Р Подпискомитета СССРи открытийская наб д.4/ о ка о Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Способ получения ксилозы путем кислотного гидролиза пентозансодер жащего сырья, нейтрализации, фильтрации, обессоливания и обесцвечив ния полученного гидролизата, о т л ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса и повышения качестна целевого продукта, очищенный гидролнзат, содержащий от 25 до 28 вес,Ъ сахаров, подвергают хрома тографическому фракционированию,пропус полист ной см 3,5 Ъ д щелочн ростью чения ая через коло ролсульфонатн лой, поперечн винилбензола, земельного ме от 16 до 17 л олонки,