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Verfahren zur Gewinnung von reiner Xylose Es ist bekannt, daß man
durch saure oder alkalische Extraktion von pentosanereichen Pflanzenstoffen, wie
Samenschalen oder Laubholzarten, Lösungen erhalten kann, die neben sonstigen Zuckerarten
der leicht hydrolysierbaren Hemicellulose hauptsächlich Xylose und zu Xylose hydrolysierbares
Xylan enthalten. Man kann diese Extrakte nach ihrer Neutralisation zu Sirupen eindampfen,
aus denen Xylose äuskristallisiert.
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Bei der Extraktion werden außer den Bestandteilen der leicht hydrolysierbaren
Hemicellulose noch andere Stoffe mit in Lösung gebracht, die in dem Kristallisationssirup
verbleiben. Durch diese anorganischen und organischen Beimengungen werden sowohl
die Kristallisation als auch die Darstellung reiner Xylosekristalle erschwert. Die
Verunreinigung des neutralisierten Sirups, die je nach dem Ausgangsmaterial aus
Salzen von organischen Säuren, wie Essigsäure, Uronsäuren usw. oder anorganischen
Salzen, ferner aus Eiweißkörpern sowie anderen Zuckerarten, bestehen, bilden zusammen
mit den Xylosekristallen eine schmierige Paste, die sich nur schlecht von der Mutterlauge
abtrennen läßt.
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Die Kristallisation selbst kann unter solchen Umständen Wochen dauern,
bis sie vollständig beendet ist. Um nach den bisher bekannten Kristallisationsmethoden
reine Xylosekristalle zu gewinnen, waren mindestens zwei Kristallisationsvorgänge
erforderlich. Man hat Xylosekristalle aus Baumwollsamenschalen auch schon unter
Rühren bei langsam absinkender Temperatur gewonnen. Abgesehen davon, daß dieser
Vorgang auch noch etwa z Tage in Anspruch nimmt, führt er gleichfalls nicht in einem
Arbeitsgange zum Ziele. Es ist vielmehr notwendig, die zunächst erzeugten braunen
Rohkristalle nochmals einer - zweiten Kristallisation zu unterwerfen, um reine Xylose
zu erhalten. Vielfach mußte man, um die letzten Mutterlaugeanteile abscheiden zu
können, sogar eine Umkristallisation aus Alkohol anschließen.
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Nach der Erfindung werden Xylosekristalle auf einfache Weise in ganz
kurzer Zeit und in solcher Beschaffenheit gewonnen, daß . eine Entfernung der Mutterlaugebestandteile
ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.
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Letzteres wurde dadurch erreicht, daß es gelungen ist, unter gewissen
Bedingungen grobe sandige Kristalle zu züchten, die in der Zentrifuge leicht abgeschleudert
werden und sich dann durch Decken mit Wasser ohne nennenswerten Zuckerverlust von
den anhaftenden Mutterlaugeresten reinwaschen lassen. Auf diese Weise kann man in
einem einzigen Kriställisationsvorgange unmittelbar aus dem -Rohsirup reine Kristalle
darstellen: Um diesen Erfolg zu erzielen, muß die Kristallisation des xylosereichen
Rohsirups, der auf eine bestimmte Konzentration eingestellt worden ist, bei erhöhter
und konstant bleibender Temperatur von q.o bis 5o° unter sanftem Bewegen der Kristallmasse
erfolgen. Der
Sirup soll auf eine Konzentration von etwa 70 % eingestellt
sein und der Xylosegehalt davon mindestens go °/o betragen. In diesem Falle erzielt
man besonders schöne Kristalle. Ist der relative Xylosegehalt niedrig, so erfolgt
wohl auch eine Kristallisation, jedoch sind die Kristalle schlechter ausgebildet,
und es entstehen zusammenhängende Kristallmassen, die die Mutterlauge hartnäckig
zurückhalten und dann beim Auswaschen mit ihr in Lösung gehen.
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Die günstige Wirkung kann noch erhöht werden, wenn man die Kristallisation
des xylosereichen Sirups im angesäuerten Zustand vornimmt. Der Säuregrad der Lösung
kann einem PH .-- =-o,= entsprechen. Je höher der Säuregrad ist, um so höher kann
die Zuckerkonzentration sein. Bisher nahm man allgemein an, daß Pentosen in Gegenwart
von Mineralsäuren in der Wärme zersetzt werden. Es hat sich aber gezeigt, daß die
Empfindlichkeit gegenüber Säuren bei mittleren Temperaturen gering ist. Eine Xyloselösung
zeigt beispielsweise bei einer Säurekonzentration, die einem pH - i entspricht,
selbst bei 50° nach mehreren Tagen noch keine Zuckerzerstörung bzw. Bildurig von
Furfurol. Die Erhöhung der Kristallisationswirkung in mineralsaurer Lösung hängt
mit dem Gehalt der Sirupe an Essigsäure und anderen organischen Säuren zusammen.
Die Salze dieser Säuren stören die Kristallisation; zum Teil kristallisieren sie
auch zusammen mit der Xylose aus und verunreinigen sie. Wird die Kristallisation
aber unter solchen Bedingungen vorgenommen, daß die organischen Säuren im freien
Zustand bzw. als Laktone vorliegen, so fallen diese Nachteile weg. Man erzielt dabei
außerdem noch eine bedeutende Verbesserung der Farbe.
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-Ausführungsbeispiel Ein pentosenhaltiger invertierter Pflanzenauszug
wird auf eine Konzentration von 70 °/o an reduzierender Substanz gebracht, wovon
go °/o Xylose sind, bei 4a° mit einigen reinen Xylosekristallen angeimpft und unter
langsamem Rühren kristallisieren gelassen. Die Abscheidung von Kristallen beginnt
bereits nach kurzer Zeit. Die Temperatur wird konstant gehalten, bis die ganze Masse
gleichmäßig von wachsenden Kristallen durchsetzt ist. Schon nach einigen Stunden
ist der Vorgang so weit fortgeschritten, daß praktisch keine Neubildung von Kristallen
mehr erfolgt. Der zähflüssige, aus großen sandigen Kristallen von prismatischer
Gestalt bestehende Brei wird in eine Zentrifuge gebracht und abgeschleudert. Die
Mutterlauge läuft rasch ab. Anschließend wird Wasser über die Kristalle gestäubt
und auf diese Weise der letzte Rest an Mutterlauge weggewaschen. Die erhaltenen
Xylosekristalle sind chemisch rein und von angenehm süßem Geschmack.
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Der Kristallisationsvorgang kann in gleicher Weise bei einem Gehalt
an Mineralsäure entsprechend pH - i -o,= durchgeführt werden. Nur ist es dann zweckmäßig,
die Konzentration des Sirups auf 75 °1o reduzierende Substanz zu erhöhen.
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Pflanzenextrakte, die verhältnismäßig wenig Xylose enthalten, werden
vor der beschriebenen Kristallisation zweckmäßig einer Vorkristallisation bei gewöhnlicher
oder erniedrigter Temperatur unterworfen. Besonders bei Anwesenheit von schwer kristallisierenden
monomeren Zuckerarten und sonstigen sich ähnlich verhaltenden Bestandteilen der
Hemicellulose entsteht bei dieser Vorkristallisation, die bei einer Zuckerkonzentration
von 65 °1o durchgeführt werden kann, ein halbfester Kristallbrei, der in einer Filterpresse
von den nicht kristallisierenden Bestandteilen weitgehend befreit werden kann. Die
so gewonnenen Preßkuchen werden in wenig Wasser gelöst, und die Xylose kann dann
in der geschilderten Weise bei erhöhter Temperatur und unter Rühren auskristallisieren.