DE1567336C3 - Verfahren zur Herstellung von Xylose lösungen - Google Patents

Description

Die technische Darstellung von Xyloselösungen hat in neuerer Zeit erhebliche Bedeutung erlangt, da das Hydrierungsprodukt der Xylose, der Xylit, sich als ein ausgezeichnetes, dem Sorbit weit überlegenes Süßungsmittel für Diabetiker erwiesen hat.

Es sind eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Xyloselösungen bekannt, die von pentosanreichen Naturstoffen, wie Laubhölzern, Stroh, Haferspelzen, Maiskolben, Baumwollsaathülsen, Flachsschäben oder Aprikosenkernen, ausgehen.

So behandelt man gemäß der britischen Patentschrift 922685 Holz mit 10- bis 40%iger Salzsäure bei einer Temperatur von 40 bis höchstens 90° C. Die Ausbeute, bezogen auf vorhandenes Pentosan, beträgt in den Beispielen maximal 73%, wobei die Xylose sehr schlecht auskristallisiert.

Gemäß britischer Patentschrift 934904 verwendet man den Säuregehalt des Holzes zum Aufschluß. Auch hier gewinnt man höchstens 70% Xylose, bezogen auf vorhandene Pentosane. Auch aus Aprikosenkernen hat man schon Xylose gewonnen, wobei Ausbeuten von 12 bis 13%, bezogen auf den Ausgangsstoff, erhalten wurden.

Alle diese Verfahren haben den Nachteil ungenügender Ausbeuten.

Es ist weiter seit langem bekannt, daß Kokosnußschalen Pentosane enthalten und daß man daraus Xylose herstellen kann (vgl. A. Tollens, Annalen der Chemie, Band 286 [1895], Seite 306); dieses Verfahren wird unter Verwendung einer Vorbehandlung des Materials mit verdünnter Salzsäure, verdünntem Ammoniak und Extraktion mit Alkohol durchgeführt. Die Hydrolyse erfolgt mit der lOfachen Menge 4%iger Schwefelsäure, die Ausbeute an Xylose beirägt nur etwa 7%. Dieses Verfahren hat daher keine technische Bedeutung erlangt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für die Hydrolyse von Kokosnußschalen eine Vorbehandlung nicht erforderlich ist und daß man bei der Hydrolyse mit einer sehr viel geringeren Flüssigkeitsmenge, als sie bisher verwendet wurde, arbeiten kann.

Gegenstand der Erfindung ist das im Anspruch gc nannte Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren bringt mehrer Vorteile mit sich.

So entfällt eine Vorbehandlung. Weiterhin ist di in der Hydrolysestufe zu verarbeitende Flüssigkeit? menge gering. Außerdem benötigt man weniger Säur als bei den bekannten Verfahren.

Die nach Abtrennung der Feststoffe erhaltene Xy

ίο loselösung wird bei der Behandlung mit Aktivkohl sofort entfärbt, was bei den bekannten Verfahre; kaum der Fall ist. Die entfärbte Xyloselösung ist prak tisch frei von kristallisationshemmenden Stoffen un< kann nach Neutralisation der Säure, z. B. durch Io nenaustauscher, direkt in bekannter Weise zu XyIi hydriert werden. Falls die Xyloselösung eingeeng werden soll, beispielsweise für die Kristallisation de Xylose, so hat die bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren erhaltene Lösung den Vorteil, daß ihr Volumei erheblich geringer ist als das der Lösungen bekannte Verfahren. Die Abtrennung der Feststoffe von de Xyloselösung nach der Hydrolyse ist sehr einfach, d; die Feststoffe praktisch keine Reaktionslösung zu rückhalten. Der abgetrennte Rückstand kann deshal genausogut wie die eingesetzten Kokosnußschalen i; der Kunststoffindustrie verwendet werden. Es fällt so mit praktisch kein unverwertbarer Rückstand bei den erfindungsgemäßen Verfahren an. Die Ausbeuten be tragen 85 bis 90%, bezogen auf vorhandene Pentc sane, und bis über 20%, bezogen auf Ausgangsstoft Als Säure wird Schwefelsäure bevorzugt. Die be

vorzugt verwendete Menge an wäßriger Säure je Ge wichtsteil Kokosnußschalen beträgt 2,5 bis 3,0 Ge wichtsteile.

Arbeitet man bei Atmosphärendruck, so setzt mar vorzugsweise 2- bis 3gewichtsprozentige wäßrigi Salzsäure, 3- bis 4gewichtsprozentige wäßrige Schwe feisäure oder 1,5- bis 3gewichtsprozentigen wäßriger Bromwasserstoff ein.

Arbeitet man dagegen bei Überdruck, so betrag die Säure konzentration vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Ge wichtsprozent. Der bevorzugte Druckbereich bei ei nem Arbeiten unter Überdruck beträgt 2 bis 4 ati und der bevorzugte Temperaturbereich 110 bi:

135° C, insbesondere 125 bis 130° C. Bei Überdruc! erhitzt man vorzugsweise 95 bis 125 Minuten.

Die Entfernung der Säure aus der Xyloselösun;. nach der Hydrolyse und der Abtrennung des Rück Standes, im allgemeinen bis zu einem pH-Wert vor 3 kann man in üblicher Weise durch Ionenaustau scher, im Falle von Schwefelsäure als Hydrolysiersäure auch mit Bariumcarbonat oder Calciumcarbona vornehmen.

Beispiel 1

Man wärmt 2,5 1 etwa 4.%ige Schwefelsäure im Öl bad auf 100° C vor, gibt 1000 g Kokosnußschalen mehl hinzu und erhitzt 2 Stunden unter Rückfluß Dann saugt man den unlöslichen Rückstand ab um wäscht ihn mit wenig Wasser. Das Filtrat neutralisier man mit Calciumcarbonat bis zu einem pH-Wer von 3.

Der Kokosnußschalenmehlrückstand beträgt nacl dem Trocknen etwa 735 g und kann, wenn er nich weiter aufgeschlossen werden soll, direkt in de Kunststoffindustrie Verwendung finden.

Die neutralisierte, wäßrige Lösung wird mit Aktiv kohle entfärbt.

Wenn man diese Lösung unter vermindertem Druck bei 40 bis 45° C zum leichten Sirup eindunstet, mit dem gleichen Volumen Methanol versetzt, vom ausgeschiedenen Feststoff absaugt und im Vakuum eindunstet, so erstarrt der verbliebene Sirup bald kristallin; er hat ein Gewicht von etwa 240 g und enthält ungefähr 85% Xylose. Durch einfache Umkristallisation erhält man zunächst 140 g reine Xylose, aus der Mutterlauge lassen sich leicht noch weitere Anteile isolieren.

Arbeitet man, wie vorstehend beschrieben, jedoch mit 2 %iger Schwefelsäure, so erhält man einen Rückstand von ungefähr 760 g und ungefähr 200 g Rohzucker (Xylosegehalt 72%). Durch Umkristallisation erhält man etwa 140 g reine Xylose.

Arbeitet man, wie vorstehend beschrieben, jedoch mit einer 6%igen wäßrigen Schwefelsäure, so erhält man einen Rückstand von ungefähr 705 g, ein Zukkerrohprodukt von ungefähr 265 g (75 % Xylose) aus dem etwa 155 g reine Xylose gewonnen werden.

Beispiel 2
1000 g Kokosnußschalenmehl werden mit 2,5 1 einer Hydrolysiertüssigkeit, die 1,2 Gewichtsprozent Chlorwasserstoff und 0,3 Gewichtsprozent Bromwasserstoff enthält, 2 Stunden unter Rückfluß lebhaft erhitzt. Nach dem Absaugen und Nachwaschen mit Wasser verbleibt ein Rückstand von 670 g. Die saure Lösung wird mit Ionenaustauschern entionisiert und mit Aktivkohle entfärbt.

Nach dem Eindunsten im Vakuum bei einer Temperatur bis 45° C verbleibt ein Sirup, der schnell

ίο durchkristallisiert und ein Gewicht von ungefähr 295 g besitzt. Aus ihm lassen sich durch einmaliges Umkristallisieren ungefähr 160 g reine Xylose gewinnen.

Beispiel 3

1000 g Kokosnußschalenmehl werden im Autoklaven bei ungefähr 2,5 atü mit 3 1 0,5%iger Schwefelsäure ungefähr 100 Minuten bei 125 bis 130° C hydrolysiert. Die Aufarbeitung erfolgt in der in Beispiel 1 zo beschriebenen Weise.

Aus dem erhaltenen Sirup kann man 18% reine Xylose, bezogen auf das eingesetzte Kokosnußschalenmehl, gewinnen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Xyloselösungen, die praktisch frei von kristallisationshemmenden Begleitstoffen sind, durch Hydrolyse von zerkleinerten Kokosnußschalen mit verdünnter Mineralsäure bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 Gewichtsteil zerkleinerte, chemisch nicht-vorbehandelte Kokosnußschalen entweder bei Atmosphärendruck und Siedetemperatur mit 2,5 bis 4 Gewichtsteilen einer wäßrigen, insgesamt 1,5- bis 6gewichtsprozentigen Chlorwasserstoff-, Bromwasserstoff- und/ oder Schwefelsäure oder bei Überdruck und Temperaturen von 110° bis 135° C mit 2,5 bis 4 Gewichtsteilen einer wäßrigen, insgesamt 0,3- bis l,5gewichtsprozentigen Chlorwasserstoff-,

   Bromwasserstoff- und/oder Schwefelsäure behandelt und in bekannter Weise den ungelösten Reaktionsrückstand von der Flüssigkeit trennt, diese entfärbt und neutralisiert.