DE2328450C2

DE2328450C2 - Verfahren zur Herstellung von reiner kristallisierter Xylose

Info

Publication number: DE2328450C2
Application number: DE19732328450
Authority: DE
Inventors: August Wilhelm Dr. 6800 Mannheim Sohn
Original assignee: PWA PAPIERWERKE WALDHOF-ASCHAFFENBURG AG 8000 MUENCHEN DE
Current assignee: PWA PAPIERWERKE WALDHOF-ASCHAFFENBURG AG 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1973-06-05
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2328450A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reiner kristallisierter Xylose durch Hydrolyse von Holz mit SO2 unter Druck.

Es ist bekannt. Holz dadurch zu hydrolysieren, daß es mit einer Schwefeldioxydlösung gekocht wird. Bisher wurde immer vorgeschlagen, die SCVLösung so knapp zu halten, daß die Flüssigkeit vom Holz vollständig aufgesaugt wird. Im allgemeinen wird ein Gewichtsverhältnis von Holz zu SO2-Lösung von 1 :1 nicht überschritten. Die Hydrolysentemperatur beträgt zwischen 120 unJ i60"C Da nun die Xylose bzw. deren Hydrierungsprodukt Xylit in neuerer Zeit in besonders reiner, d. h. diätetisch verwendbarer Form dringend als Diabetikerzucker benötigt wird, wurde gefunden, daß der Reinheitsgrad des Vorproduktes Xylose mit den bekannten Methoden nicht erreicht werden kann, welcher gefordert werden muß, um die Xylose zu Xylit für den menschlichen Bedarf zu hydrieren. Die dazu verwendbare Xylose muß weitgehend frei von begleitenden Ligninstoffen und von Hexosen sein. Bisher wurde dies dadurch erreicht, daß durch Vorhydrolyse erhaltenes Zuckergemisch über Austauschersäulen geleitet und anschließend selektiv eluiert wird, Dieses Verfahren ist aber sehr aufwendig und vor allem auch sehr teuer.

Man hat daher vorgeschlagen, die erhaltenen Hydrolysate über Aktivkohle zu reinigen. Dabei ist jedoch der Zuckerverlust so beträchtlich, daß dieses Verfahren unrentabel wird. Andere bekannte Verfahren (GB-PS 9 22 684) gehen davon aus, Holzspäne oder Holzmehl mit so wenig SO2-Lösung zu erhitzen, daß die Flüssigkeit völlig aufgesaugt wird. Dadurch erzielt man eine besonders schonende Hydrolyse, die fast ausschließlich, insbesondere wenn es sich um Laubholz handelt, den Abbau des Xylans betrifft. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Ausbeute zu gering ist, und zwar sowohl bezogen auf Xylose als auch auf die Gesamtzuckermenge. Außerdem benötigt diese Form der Hydrolyse mit geringer Flüssigkeitsmenge einen intensiven Waschvorgang, mindestens eine Doppelwäsche, um den entstandenen Zucker aus den relativ trockenen Holzteilchen herauszulösen. Die Eindampfungskosten und der Aufwand steigen also erheblich an.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zu finden, mit dem so reine Xylose erhalten wird, daß sie bei der Weiterverarbeitung ein für den menschlichen Genuß, speziell für den Diabetiker, geeigneten Stoff ergibt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch.

Vorteilhaft wird der Prozeß im Rahmen einer Sulfit-Zellstoffanlage mit biologischer Ablaugeverwertung durchgeführt und die noch 30—40% der analytisch nachweisbaren Zucker enthaltende Mutterlauge des Hydrolysats der Hefefabrik bei gleichzeitiger Verwertung der Essigsäure und des Ammoniaks zugeleitet

Der Vorteil des Verfahrens besteht vor allem darin, daß man auch bei maximaler Zucker- und Xyloseausbeute eine reine Xylose erhalten kann, die für die Hydrierung zu Xylit besonders geeignet ist Darüber hinaus lassen sich die noch in der Mutterlauge vorhandenen Zucker in einer biologischen Ablaugeverwertung nutzbringend einsetzen. Dabei wird nocti die im Hydrolysat vorhandene Essigsäure und das Ammoniak zurückgewonnen, wobei das sich bildende Ammoniumacetat einen zweifach interessanten Nährkörper für die Hefegewinnung darstellt. Außerdem wird das nach dem Entspannen des Hydrolysedruckbehälters noch vorhandene Schwefeldioxyd als Ammoniumsulfit gebunden und bewirkt gemeinsam mit dem Acetat eine deutliche Beschleunigung der Zuckerkristallisation, und zwar selektiv derjenigen der Xylose.

Wenn nun die Kristallisation bei 60%, spätestens jedoch bei 70% der analytisch nachweisbaren Zuckermenge im Hydrolysat abgebrochen ist und der Kristallbrei durch eine Zentrifuge abgetrennt wird, erhält man bereits eine so reine Xylose, daß die sonst gebräuchlichen, schwierigen Reinigungsmethoden entfallen können. Es genügt eine einfache Umkristallisation aus Wasser. Die dann in der Mutterlauge noch verbleibende gelöste Xylose wird zusammen mit den Hexosen und der Arabinose sowie der Essigsäure und dem Ammonium-Stickstoff der Hefefabrik zur Ausbeutesteigerung zugeführt.

Nachstehend ist anhand eines Beispiels eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt.

Beispiel

2000 kg lufttrockenes Buchenholzmehl aus der Schnitzelhackmaschine einer Sulfitzellstoffanlage (entsprechend 1400 kg Tr.S.) mit einem theoretischen Gehalt an 340 kg Xylose werden in einem 10-m³-Druckrohr mit 180 kg SO₂ und 6 m³ H₂O (Kondensat) erhitzt. Das Holzmaterial ist mit der Hydrolysierflüssigkeit bedeckt. Nach einer Anheizzeit von 20 Min. werden 130⁰C erreicht. Diese Temperatur wird 2 Stunden lang gehalten, sodann wird innerhalb von weiteren 30 Min.

auf 60-70⁰C abgekühlt.

Das durch Abfließen abgetrennte Hydrolysat wird nach Aufbesserung seines SO₂-Gehaltes auf erneut 3% in einem zweiten Druckrohr unter gleichen Bedingungen mit 2000 kg frischem Holzmehl in Reaktion gebracht. Nach diesem zweiten Druckprozeß wird die Hauptmenge des SO₂ durch Entspannung zurückgewonnen und zur Schwefeldioxydanlage der Zellstofferzeugung zurückgefördert. Die mit wenig Wasser gewaschenen Holzmehlanteile aus den Druckrohren werden zur weiteren Hydrolysatgewinnung kurz abgepreßt und über eine Blasleitung zur Ablaugenverbrennungsanlage gefördert und verbrannt.

Das mit dem Waschwasser vereinigte Hydrolysat, zusammen 6 m³, enthält nun 2 χ 240 = 480 kg Xylose, also rund 70% der Theorie. Daneben sind in dem Hydrolysat 110 kg andere Zucker, hauptsächlich Hexosen, sowie 160 kg Essigsäure, etwa 200 kg SO₂ bzw. H2SO3 und 360 kg Ligninbestandteile gelöst. Dieses Hydrolysat wird mit 220 kg wäßrigem Ammoniak von 22% auf pH 4,8 gebracht.

Das so neutralisierte Hydrolysat wird im Vakuum bei 60—70⁰C bis» zu einer Konzentration von 55—60% eingedampft Die aus dem verbleibenden Sirup bei Abkühlung sich abscheidenden Xylosekristalle werden abgetrennt, mit wenig Wasser gewaschen und aus Wasser umkristallisiert Die Ausbeute beträgt 320 kg in einer praktisch hexosefreien Qualität Dies sind 66,5% der im Hydrolysat gelösten Xylosemenge.

Die Mutterlauge, die neben dem nichtkristallisierten Rest von 160 kg Xylose noch die genannten anderen Zucker sowie etwa 90% der ursprünglich vorhandenen Essigsäure in Form von Ammoniumacetat enthält, wird der Hefefabrik (biologische Buchensulfitablaugenverarbeitung) zugeführt Der Gewinn an Torula-Hefesub-

stanz aus diesem Zucker/Essigsäuresubstrat beträgt 110 kg.

Die beschriebene, hier diskontinuierlich gestaltete Hydrolyse kann auch kontinuierlich, z. B. in einer für die Zellstoffherstellung gebräuchlichen oder ähnlich gebauten Anlage, durchgeführt werden, wobei das Holz jnd die S(>2-Lösung in einem solchen Verhältnis zugeführt werden, daß die völlige Bedeckung der Holzsubstanz gewährleistet ist

Anstelle des Buchenholzmehls aus der Schnitzelhackmaschine können auch normale Hackschnitzel verwendet werden. Das Restholz aus der Hydrolyse kann nach einem alkalischen Aufschlußverfahren zu Zellstoff weiterverarbeitet werden.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von reiner, kristallisierter Xylose durch Hydrolyse von Holz mit SO₂ unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man das Holz mit mindesten.«· der zweifachen Menge an wäßriger Schwefeldioxyd-Lösung, bezogen auf das Gewicht des lufttrockenen Holzes, umsetzt, das erhaltene Hydrolysat mit Ammoniak auf pH 4—5 einstellt, das Reaktionsgemisch eindampft und den Kristallbrei von der Mutterlauge abtrennt, sobald 60%, maximal jedoch 70% der analytisch nachweisbaren Xylose-Menge kristallisiert sind.