RU2783913C2 - Method for production of glucose syrup and hydrolysis lignin from cellulose-containing raw materials - Google Patents
Method for production of glucose syrup and hydrolysis lignin from cellulose-containing raw materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783913C2 RU2783913C2 RU2020143990A RU2020143990A RU2783913C2 RU 2783913 C2 RU2783913 C2 RU 2783913C2 RU 2020143990 A RU2020143990 A RU 2020143990A RU 2020143990 A RU2020143990 A RU 2020143990A RU 2783913 C2 RU2783913 C2 RU 2783913C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mass
- raw materials
- minutes
- cellulose
- glucose syrup
- Prior art date
Links
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- OSNSWKAZFASRNG-BMZZJELJSA-N (3R,4S,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4,5-tetrol;hydrate Chemical compound O.OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O OSNSWKAZFASRNG-BMZZJELJSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 9
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 15
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003301 hydrolyzing Effects 0.000 claims description 12
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 8
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N D-Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000008103 glucose Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 10
- 229940088598 Enzyme Drugs 0.000 description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 4
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 4
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 4
- 229940106157 CELLULASE Drugs 0.000 description 3
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 3
- 101710022772 bgc Proteins 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 108010084185 Cellulases Proteins 0.000 description 1
- 102000005575 Cellulases Human genes 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 108010001817 Endo-1,4-beta Xylanases Proteins 0.000 description 1
- 240000006669 Helianthus annuus Species 0.000 description 1
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 241000223259 Trichoderma Species 0.000 description 1
- 241000223262 Trichoderma longibrachiatum Species 0.000 description 1
- 240000008529 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 101700006119 XYL1 Proteins 0.000 description 1
- 101700047052 XYLA Proteins 0.000 description 1
- 101700051122 XYLD Proteins 0.000 description 1
- 101700065756 XYN4 Proteins 0.000 description 1
- 101700001256 Xyn Proteins 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005904 alkaline hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 1
- 239000005667 attractant Substances 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 230000024881 catalytic activity Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000031902 chemoattractant activity Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 235000005824 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic Effects 0.000 description 1
- 231100000255 pathogenic effect Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 235000021307 wheat Nutrition 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 101700065693 xlnA Proteins 0.000 description 1
- 101700006979 xyl2 Proteins 0.000 description 1
- 101710017636 xynS20E Proteins 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам получения кислородосодержащих органических соединений из целлюлозосодержащего сырья (ЦСС).The invention relates to the field of biotechnology, in particular to methods for obtaining oxygen-containing organic compounds from cellulose-containing raw materials (CSS).
Заявляемый способ может быть использован на предприятиях по переработке самого разнообразного ЦСС в сельскохозяйственной и деревообрабатывающей промышленности для получения важной в пищевой промышленности и животноводстве кормовой добавки - глюкозы. В качестве другого полезного продукта получается гидролизный лигнин, который может быть использован как топливо в брикетах, сырье для получения природного газа, сорбент для фильтрации, удобрение для растений и т.д. (см., например, URL: http://wood-prom.ru/clauses/sdelay-sam/lignin-gidroliznyy, дата обращения 14.12.2020).The inventive method can be used at enterprises for the processing of the most diverse CSS in the agricultural and woodworking industries to obtain an important feed additive in the food industry and animal husbandry - glucose. As another useful product, hydrolytic lignin is obtained, which can be used as fuel in briquettes, raw material for natural gas production, sorbent for filtration, fertilizer for plants, etc. (see, for example, URL: http://wood-prom.ru/clauses/sdelay-sam/lignin-gidroliznyy, accessed 14.12.2020).
Из уровня техники известны различные способы переработки ЦСС, такого как зерноотходы, отходы мукомольных заводов, пивная дробина, рисовая шелуха, стержни початков кукурузы, солома, сено, скорлупа орехов, багасса (сахарный тростник после измельчения и отжима сока), а также опилок и щепы деревообрабатывающих предприятий.From the prior art, various methods for processing CSS are known, such as grain waste, flour mill waste, brewer's grains, rice husks, corn cobs, straw, hay, nut shells, bagasse (sugarcane after grinding and squeezing juice), as well as sawdust and wood chips. woodworking enterprises.
В частности, известен способ получения глюкозы из целлюлозосодержащих отходов, см. патент РФ 2346055, опубл. 10.02.2009. Недостатком известного способа является его неэкологичность из-за использования опасных веществ типа серной кислоты, а также необходимость специальной аттестации рабочих мест для работы с указанными в способе опасными веществами и их утилизацией. Другой недостаток - необходимость нагрева сырья до высоких температур в 100°С и достаточно длительное время получения глюкозы от 4 до 7 часов.In particular, a method for producing glucose from cellulose-containing waste is known, see RF patent 2346055, publ. 02/10/2009. The disadvantage of the known method is its environmental friendliness due to the use of hazardous substances such as sulfuric acid, as well as the need for special certification of workplaces for working with hazardous substances specified in the method and their disposal. Another drawback is the need to heat the raw material to high temperatures of 100°C and a rather long time to obtain glucose from 4 to 7 hours.
Известный способ утилизации и переработки вторсырья из ЦСС, см. патент РФ 2580497, опубл. 10.04.2016, предлагает для предобработки ЦСС использовать кислотный и щелочной гидролиз, высокую температуру и длительное время выдержки субстрата. Тем самым его недостатком является неэкологичный способ предобработки и длительное время выдержки до 80 часов.A well-known method for the disposal and recycling of recyclables from the CSS, see RF patent 2580497, publ. 04/10/2016, proposes to use acid and alkaline hydrolysis, high temperature and long exposure time of the substrate for CSS pretreatment. Thus, its disadvantage is a non-ecological pre-treatment method and a long exposure time of up to 80 hours.
В патенте US 20150087031, опубл. 15.11.2016, предлагается способ переработки ЦСС с получением сахаров, который предусматривает применение на стадии предобработки аминного акстрактанта, содержащего 3-лауриламин, что подавляет рост пекарских дрожжей, повсеместно использующихся в пищевой промышленности. Другим недостатком является высокая длительность заявляемого процесса.US Pat. No. 20150087031, publ. 11/15/2016, a method for processing CSS with the production of sugars is proposed, which involves the use of an amine attractant containing 3-laurylamine at the pre-treatment stage, which inhibits the growth of baker's yeast, which is widely used in the food industry. Another disadvantage is the high duration of the proposed process.
Близким аналогом является техническое решение, описанное в патенте ЕА 006944, опубл. 30.06.2006, где по заявлению авторов выход глюкозы достигает 60-100%, на что, однако, требуется от 14 до 16 часов.A close analogue is the technical solution described in EA patent 006944, publ. 06/30/2006, where, according to the authors, the glucose yield reaches 60-100%, which, however, takes from 14 to 16 hours.
Наиболее близким способом к заявляемому является способ утилизации целлюлозосодержащих отходов с получением побочного полезного продукта, см. патент РФ 2645121, опубл. 15.02.2018, в котором ЦСС подвергают обработке на активаторе-стерилизаторе до получения сухого или мокрого тонкого и сверхтонкого дисперсного измельчения путем коагуляции с последующим разрушением и разрывом волокон сырья в зоне истирания, затем полученную субстанцию подвергают ферментативному гидролизу на основе ферментного мультиэнзимного комплекса, состоящего из целлюлаз, ксиланаз и бета-глюканаз в соотношении фермента к субстрату от 1 к 6000 до 1 к 2000, с получением углеводных гидролизатов и глюкозы.The closest method to the claimed is a method of recycling cellulose-containing waste to obtain a useful by-product, see RF patent 2645121, publ. 02/15/2018, in which CSS is subjected to processing on an activator-sterilizer until dry or wet fine and ultrafine dispersed grinding is obtained by coagulation, followed by destruction and rupture of the fibers of the raw material in the abrasion zone, then the resulting substance is subjected to enzymatic hydrolysis based on an enzymatic multi-enzyme complex consisting of cellulases, xylanases and beta-glucanases in the ratio of enzyme to substrate from 1 to 6000 to 1 to 2000, with the production of carbohydrate hydrolysates and glucose.
Указанный способ является экологичным, так как использует для получения глюкозы только биологические ферменты и воду. Также способ отличается высокой скоростью ферментации сырья от 3 до 4 часов и выходом полезного продукта (глюкозы и гидролизного лигнина) на уровне 100%. Вместе с неоспоримыми достоинствами, способ-прототип имеет следующие недостатки: необходимость трудоемкого мелкодисперсного помола ЦСС со степенью измельчения сырья на частицы размера не менее 0,015 мм для обеспечения высокой скорости химической реакции и ограничение на область применимости «преимущественно отрубями, лузгой подсолнечника и опилками», что вероятно вызвано трудностями подготовки сырья. При этом результаты испытания способа-прототипа показали его слабую промышленную пригодность в виду низкой производительности мельниц сверхтонкого помола при подготовке сырья и сравнительно медленной фильтрации для разделения мелкодисперсного ферментированного сырья на раствор глюкозы и гидролизный лигнин. Также известно, что размер частиц муки тонкого помола существенно крупнее и составляет 0,04-0,05 мм, при этом производство муки тонкого помола является в среднем в 4 раза более энергозатратным, чем обдирной муки грубого помола со средним размером частиц 0,2 - 0,4 мм (см., например, http://hleb-produkt.ru/intensifikaciya/356-teoreticheskie-aspekty-snizheniya-energozatrat-pri-izmelchenii-reologicheskih-tel.html, дата обращения 17.12.2020), а также вредным для дыхательных путей и взрывоопасным, что требует соблюдения специальных мер и техники безопасности, например, работу в респираторах.This method is environmentally friendly, since it uses only biological enzymes and water to produce glucose. Also, the method is characterized by a high rate of fermentation of raw materials from 3 to 4 hours and a yield of a useful product (glucose and hydrolytic lignin) at the level of 100%. Together with indisputable advantages, the prototype method has the following disadvantages: the need for laborious finely dispersed grinding of CSS with a degree of grinding of raw materials into particles of a size of at least 0.015 mm to ensure a high rate of chemical reaction and a limitation on the scope of "mainly bran, sunflower husks and sawdust", which probably caused by difficulties in preparing raw materials. At the same time, the test results of the prototype method showed its poor industrial suitability due to the low productivity of ultrafine grinding mills in the preparation of raw materials and relatively slow filtration for separating finely dispersed fermented raw materials into a glucose solution and hydrolytic lignin. It is also known that the particle size of fine grinding flour is significantly larger and amounts to 0.04-0.05 mm, while the production of fine flour is on average 4 times more energy-intensive than peeled coarse flour with an average particle size of 0.2 - 0.4 mm also harmful to the respiratory tract and explosive, which requires special measures and safety precautions, for example, work in respirators.
Задача изобретения заключается в быстром, дешевом, экологически чистом и полностью безопасном производстве глюкозы и лигнина из ЦСС с дополнительным решением важной хозяйственной задачи экономически эффективной и экологически чистой переработки целлюлозосодержащих отходов от сельскохозяйственных и деревообрабатывающих производств.The objective of the invention is the fast, cheap, environmentally friendly and completely safe production of glucose and lignin from CSS with an additional solution to an important economic problem of cost-effective and environmentally friendly processing of cellulose-containing waste from agricultural and woodworking industries.
Техническое решение поставленной задачи обеспечивается за счет использования операции первичного измельчения ЦСС до размера частиц не более 10 мм, дальнейшего грубого помола до размера частиц не более 0,4 мм, затем его гомогенизации путем перемешивания и нагрева с добавлением воды и последующей ферментации в течение двух часов ферментным мультиэнзимным комплексом марки «Агроцелл», при нагреве массы от 30 до 90°С, с последующим ингибированием ферментированной массы дополнительным нагревом до 95°С в течение 5 минут, затем выполнения грубой фильтрации ферментированной массы охлаждением и отстаиванием с осаждением нерастворимого осадка гидролизного лигнина и последующей тонкой фильтрации полученной жидкости через мембрану, которая разделяется на глюкозный сироп и сорбент на основе гидролизного лигнина. Ферменты, обеспечивающие технический результат, должны обладать широким спектром энзимных активностей: целлюлазной, бета-глюканазной и ксиланазной. Указанные ферменты могут быть продуцируемы, например, грибами вида Trichoderma longibrachiatum (см., например, патент РФ 2303065, опубл. 20.07.2007).The technical solution of the task is provided by using the operation of primary grinding of CSS to a particle size of not more than 10 mm, further coarse grinding to a particle size of not more than 0.4 mm, then its homogenization by mixing and heating with the addition of water and subsequent fermentation for two hours enzyme multi-enzyme complex brand "Agrocell", when the mass is heated from 30 to 90°C, followed by inhibition of the fermented mass by additional heating to 95°C for 5 minutes, then coarse filtration of the fermented mass by cooling and settling with the precipitation of an insoluble precipitate of hydrolytic lignin and subsequent fine filtration of the resulting liquid through a membrane, which is separated into glucose syrup and a sorbent based on hydrolytic lignin. Enzymes that provide a technical result must have a wide range of enzyme activities: cellulase, beta-glucanase and xylanase. These enzymes can be produced, for example, by fungi of the species Trichoderma longibrachiatum (see, for example, RF patent 2303065, publ. 20.07.2007).
Сущность изобретения заключается в том, что целлюлозосодержащее сырье первично измельчают до размера частиц не более 10 мм, затем повторно измельчают до размера частиц не более 0,4 мм, измельченную массу гомогенизируют путем перемешивания и нагрева с добавлением воды, затем ферментируют при помощи нагрева и перемешивания полученной массы с добавлением в нее фермента марки «Агроцелл», процесс ферментации проходит в течение 120 минут при нагреве массы от 30 до 90°С, после чего ферментированную массу ингибируют дополнительным нагревом до 95°С в течение 5 минут, далее массу грубо фильтруют путем охлаждения и отстаивания с осаждением нерастворимого осадка гидролизного лигнина, полученную жидкость подвергают тонкой фильтрации при помощи мембраны, разделяя ее на глюкозный сироп и сорбент на основе гидролизного лигнина. Блок-схема заявляемого способа представлена на фиг. 1.The essence of the invention lies in the fact that the cellulose-containing raw material is primarily crushed to a particle size of not more than 10 mm, then re-crushed to a particle size of not more than 0.4 mm, the crushed mass is homogenized by stirring and heating with the addition of water, then fermented by heating and stirring of the obtained mass with the addition of the Agrocell brand enzyme to it, the fermentation process takes place for 120 minutes when the mass is heated from 30 to 90 ° C, after which the fermented mass is inhibited by additional heating to 95 ° C for 5 minutes, then the mass is coarsely filtered by cooling and settling with the precipitation of an insoluble precipitate of hydrolytic lignin, the resulting liquid is subjected to fine filtration using a membrane, dividing it into glucose syrup and a sorbent based on hydrolytic lignin. The block diagram of the proposed method is shown in Fig. one.
Известно, что ферментные комплексы с целлюлазной, ксилиназной и вета-глюканазной активностью обеспечивают эффективную переработку ЦСС (см., например, Промышленное применение грибов рода Trichoderma / Ф.К. Алимова. - Казань: Казанский гос. университет им. В.И. Ульянова-Ленина, 2006. - 209 с). По результатам экспериментов наилучшую эффективность показало себя применение фермента «Агроцелл» (см., например, https://kombikorm.ru//premix/cattle-premix/30-agrotsell, дата обращения 22.07.2021), что обеспечило заявленный технический результат. При этом наименьшую эффективность дало применение фермента «Агроксил», которого для получения технического результата потребовалось добавлять в 5 раз больше, что объясняется его относительно низкой бета-глюканазной и целлюлазной активностью.It is known that enzyme complexes with cellulase, xylinase and veta-glucanase activity provide efficient processing of CSS (see, for example, Industrial use of fungi of the genus Trichoderma / F.K. Alimova. - Kazan: Kazan State University named after V.I. Ulyanov - Lenina, 2006. - 209 s). According to the results of the experiments, the use of the Agrocell enzyme (see, for example, https://kombikorm.ru//premix/cattle-premix/30-agrotsell, accessed 07/22/2021) proved to be the best efficiency, which ensured the claimed technical result. At the same time, the use of the Agroxil enzyme gave the least efficiency, which, in order to obtain a technical result, had to be added 5 times more, which is explained by its relatively low beta-glucanase and cellulase activity.
Возможное патогенное воздействие ферментов исключается за счет наличия операции ингибирования ферментируемой массы в заявляемом способе. Результаты экспериментов показывают, что при нагреве до 95°С в течение как минимум 5 минут любая дальнейшая активность указанных ферментов полностью подавляется. При этом ингибирование дольше 15 минут проводить нецелесообразно.The possible pathogenic effect of enzymes is excluded due to the presence of the operation of inhibition of the fermented mass in the proposed method. The results of the experiments show that when heated to 95°C for at least 5 minutes, any further activity of these enzymes is completely suppressed. In this case, inhibition for longer than 15 minutes is not advisable.
В примере практической реализации заявляемого способа в качестве исходного сырья использовалось 100 кг пшеничной соломы, которая в течение 10 минут первично измельчалась до максимального размера частиц в 10 мм с помощью измельчителя «Саранча-4» с производительностью 600 кг/ч, затем измельченная солома вторично измельчалась до максимального размера частиц в 0,4 мм в течение 10 минут на зернодробилке «Шмель-4». Полученный помол соломы загружался с добавлением 500 л воды в диспергатор «РДН-2» с производительностью 3 м3/ч, где производился процесс гомогенизации в течение 36 минут, затем полученная масса загружалась в емкость для ферментации «ВН-600» объемом 600 л с добавлением 0,12 кг фермента марки «Агроцелл», при общем соотношении фермента к субстрату 1:5000, ферментация проходила в течении 120 минут при нагреве массы от 30 до 90°С, после чего ферментированная масса была ингибирована в течении 5 минут при температуре 95°С. После ингибирования масса загружалась для грубой очистки в фильтровальную емкость «ЦКТ-600» объемом 600 л, где производилась в течении 30 минут грубая фильтрация массы путем ее отстаивания с выделением нерастворимого осадка гидролизного лигнина. При этом для повышения эффективности и ускорения грубой фильтрации масса охлаждалась до температур от 10 до 4°С при помощи встроенного в фильтровальную емкость контура водяного охлаждения. После грубой фильтрации осаждением производилась тонкая механическая фильтрация жидкой массы в течение 12 минут при помощи мембранного проточного фильтра «Фибос-3» с производительностью 3 м3/ч. В результате был получен 15% глюкозный сироп (75 кг сухой глюкозы на 500 л воды) и 25 кг нерастворимого осадка, состоящего по массе на 98% из гидролизного лигнина. Тем самым весь технологический процесс по заявляемому способу является экологически чистым, не требующим специальных разрешений и условий труда. При этом процесс получения глюкозного сиропа и гидролизного лигнина из 100 кг сырья по заявляемому способу в конкретном примере занял 3 часа 43 минуты при фактических затратах 7 кВт*ч электроэнергии. Указанный результат примерно в 1,5 раза быстрее способа-прототипа, который занял 6 часов рабочего времени, из которых 1 час был потрачен на измельчение сырья, 4 часа было затрачено на ферментацию и 1 час на фильтрацию результата ферментации, и экономичнее примерно в 3 раза по затратам электроэнергии, что полностью отвечает заявленному техническому результату. Описанный пример реализации наглядно представлен на фиг. 2.In an example of the practical implementation of the proposed method, 100 kg of wheat straw was used as a feedstock, which was primarily crushed for 10 minutes to a maximum particle size of 10 mm using a Sarancha-4 chopper with a capacity of 600 kg/h, then the chopped straw was re-crushed up to a maximum particle size of 0.4 mm for 10 minutes at the Shmel-4 grain crusher. The resulting straw grinding was loaded with the addition of 500 l of water into the RDN-2 disperser with a capacity of 3 m 3 / h, where the homogenization process was carried out for 36 minutes, then the resulting mass was loaded into the VN-600 fermentation tank with a volume of 600 l with by adding 0.12 kg of Agrocell brand enzyme, with a total ratio of enzyme to substrate of 1:5000, fermentation took place for 120 minutes when the mass was heated from 30 to 90 ° C, after which the fermented mass was inhibited for 5 minutes at a temperature of 95 °C. After inhibition, the mass was loaded for rough cleaning into a 600-liter filter tank "CKT-600", where coarse filtration of the mass was carried out for 30 minutes by settling it with the release of an insoluble precipitate of hydrolytic lignin. At the same time, to increase the efficiency and accelerate coarse filtration, the mass was cooled to temperatures from 10 to 4°C using a water cooling circuit built into the filter tank. After coarse filtration by sedimentation, fine mechanical filtration of the liquid mass was carried out for 12 minutes using a Fibos-3 membrane flow filter with a capacity of 3 m 3 /h. The result was a 15% glucose syrup (75 kg of dry glucose per 500 l of water) and 25 kg of insoluble precipitate, consisting by weight of 98% hydrolytic lignin. Thus, the entire technological process according to the claimed method is environmentally friendly, does not require special permits and working conditions. At the same time, the process of obtaining glucose syrup and hydrolytic lignin from 100 kg of raw materials according to the claimed method in a specific example took 3 hours and 43 minutes at an actual cost of 7 kWh of electricity. The specified result is about 1.5 times faster than the prototype method, which took 6 hours of working time, of which 1 hour was spent on grinding raw materials, 4 hours were spent on fermentation and 1 hour on filtering the fermentation result, and about 3 times more economical on the cost of electricity, which is fully consistent with the claimed technical result. The described implementation example is illustrated in Fig. 2.
Claims (1)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020143990A RU2020143990A (en) | 2022-06-30 |
| RU2783913C2 true RU2783913C2 (en) | 2022-11-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7419809B2 (en) * | 2000-09-25 | 2008-09-02 | Iogen Energy Corporation | Method for glucose production with a modified cellulase mixture |
| CN101603065A (en) * | 2009-05-26 | 2009-12-16 | 三峡大学 | A kind of method of utilizing cellulose complex enzyme system to produce glucose and cellobiose |
| US8012721B2 (en) * | 2002-03-15 | 2011-09-06 | Iogen Energy Corporation | Method for glucose production using endoglucanase core protein for improved recovery and reuse of enzyme |
| RU2582649C2 (en) * | 2011-03-03 | 2016-04-27 | Торэй Индастриз, Инк. | Method of producing sugar solution |
| CN104334738B (en) * | 2012-03-30 | 2019-01-29 | 诺维信北美公司 | The method for producing tunning |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7419809B2 (en) * | 2000-09-25 | 2008-09-02 | Iogen Energy Corporation | Method for glucose production with a modified cellulase mixture |
| US8012721B2 (en) * | 2002-03-15 | 2011-09-06 | Iogen Energy Corporation | Method for glucose production using endoglucanase core protein for improved recovery and reuse of enzyme |
| CN101603065A (en) * | 2009-05-26 | 2009-12-16 | 三峡大学 | A kind of method of utilizing cellulose complex enzyme system to produce glucose and cellobiose |
| RU2582649C2 (en) * | 2011-03-03 | 2016-04-27 | Торэй Индастриз, Инк. | Method of producing sugar solution |
| CN104334738B (en) * | 2012-03-30 | 2019-01-29 | 诺维信北美公司 | The method for producing tunning |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2848935C (en) | Method for heating a feedstock | |
| KR101345113B1 (en) | Method of ash removal from a biomass | |
| RU2518305C2 (en) | Method of processing lignocellulose material | |
| CN102203271A (en) | Materials and methods for converting biomass to biofuel | |
| JP5442284B2 (en) | Pretreatment method for enzymatic hydrolysis treatment of herbaceous biomass and ethanol production method using herbaceous biomass as raw material | |
| CA2872920A1 (en) | High efficiency ethanol process and high protein feed co-product | |
| DE212012000174U1 (en) | Device for heating raw materials | |
| CN101747919B (en) | Steam decoking method and device of biomass delay coking process | |
| JP5278991B2 (en) | Method for producing ethanol raw material and ethanol from lignocellulosic biomass | |
| Periyasamy et al. | Influencing factors and environmental feasibility analysis of agricultural waste preprocessing routes towards biofuel production–A review | |
| RU2783913C2 (en) | Method for production of glucose syrup and hydrolysis lignin from cellulose-containing raw materials | |
| AU2013237533B2 (en) | Process for the production of organic compounds from plant species | |
| Wang et al. | Saccharogenic refining of Ginkgo biloba leaf residues using a cost-effective enzyme cocktail prepared by the fungal strain A32 isolated from ancient ginkgo biloba tree | |
| JP6256967B2 (en) | Pretreatment method for lignocellulose-containing biomass | |
| JP2019026847A (en) | Production method of purified lignin composite material and its product | |
| JP2014090707A (en) | Method for enzymatic saccharification of biomass containing lignocellulose and method of producing ethanol with biomass containing lignocellulose | |
| KR102073898B1 (en) | A physically pretreated biomass composition capable of membrane filtration | |
| JP6331490B2 (en) | Method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass | |
| AL-Rubaia’ay et al. | Production of xylose using acid hydrolysis of wheat straw. | |
| AU2010100669A4 (en) | Biofuel Production | |
| US9504992B2 (en) | Solid acid catalyst for preparing a monosaccharide and method of preparing a monosaccharide from seaweed using the same | |
| RU2645121C1 (en) | Method of utilizing cellulose-containing waste with extraction of adverse useful product | |
| JP2014054208A (en) | Method of producing ethanol from biomass containing lignocellulose | |
| JP2014039492A (en) | Method of producing ethanol from lignocellulose-containing biomass | |
| JP2015159755A (en) | Method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass |