SE439931B - PROCEDURE FOR GETTING GLUCOSE FROM CELLULOSALLY MATERIALS CONTAINING HEMICELLULOSA AND LIGNIN - Google Patents

PROCEDURE FOR GETTING GLUCOSE FROM CELLULOSALLY MATERIALS CONTAINING HEMICELLULOSA AND LIGNIN

Info

Publication number
SE439931B
SE439931B SE7901898A SE7901898A SE439931B SE 439931 B SE439931 B SE 439931B SE 7901898 A SE7901898 A SE 7901898A SE 7901898 A SE7901898 A SE 7901898A SE 439931 B SE439931 B SE 439931B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
cellulose
solvent
glucose
cellulosic material
process according
Prior art date
Application number
SE7901898A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE7901898L (en
Inventor
G T Tsao
M R Ladisch
B E Dale
Original Assignee
Purdue Research Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Purdue Research Foundation filed Critical Purdue Research Foundation
Publication of SE7901898L publication Critical patent/SE7901898L/en
Publication of SE439931B publication Critical patent/SE439931B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C13SUGAR INDUSTRY
    • C13KSACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
    • C13K1/00Glucose; Glucose-containing syrups
    • C13K1/02Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of cellulosic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B1/00Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
    • C08B1/003Preparation of cellulose solutions, i.e. dopes, with different possible solvents, e.g. ionic liquids
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/006Pulping cellulose-containing materials with compounds not otherwise provided for
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Description

1Ü 40 7901398-2 2 av syror eller enzymer, men dylika försök har inte varit fullständigt framgångsrika, åtminstone inte med att ta fram en ekonomiskt attraktiv metod som ger ett tillfredsställande högt utbyte av glukos ur cellulosahaltiga material. Of acids or enzymes, but such attempts have not been completely successful, at least not in developing an economically attractive method which gives a satisfactorily high yield of glucose from cellulosic materials.

Föreliggande uppfinning anger ett förfarande för att erhålla glukos ur cellulosahaltiga material innehållande hemicellulosa och lignin, varvid hemicellulosa avlägsnas från det cellulosahaltiga materialet, den cellulosa som innehålles i det cellulosahaltiga materialet upplöses i ett lösningsmedel vid rumsbetingelser, varvid lösningsmedlet utgör en blandning av etylendiamin, kadmiumoxid och vatten, varvid den upplösta cellulosan återutfälles och att den återutfâllda cellulosan hydrolyseras med hjälp av ett cellulasenzym vid ett pH-värde av ca 5 för att ge glukos. Processen kan också innefatta hydrolysering av cellulosahaltiga material, upplösta i ett lösningsmedel, för att producera glukos, varefter lignin separeras av från glukosen.The present invention provides a process for obtaining glucose from cellulosic material containing hemicellulose and lignin, wherein hemicellulose is removed from the cellulosic material, the cellulose contained in the cellulosic material is dissolved in a solvent at room conditions, the solvent being a mixture of ethylene and ethylene water, whereby the dissolved cellulose is reprecipitated and the reprecipitated cellulose is hydrolyzed by means of a cellulase enzyme at a pH of about 5 to give glucose. The process may also involve hydrolyzing cellulosic materials, dissolved in a solvent, to produce glucose, after which lignin is separated from the glucose.

Enligt vad som sagts ovan, bildar cellulosamolekyler högt ordnade kristallina strukturer. Dessutom bildar det lignin som finns i mellanskíkten i cellulosahaltiga material, en fysikalisk tätning som omger cellulosafibrerna i sådana material.As stated above, cellulose molecules form highly ordered crystalline structures. In addition, it forms lignin present in the interlayers in cellulosic materials, a physical seal that surrounds the cellulosic fibers in such materials.

I ett utförande av processen enligt föreliggande uppfinning, utnyttjas selektiv lösningsmedelsextraktion för att fraktionera fram hemicellulosa, cellulosa och lignin , (de tre huvudkomponenterna av allt cellulosahaltigt material). Denna fraktionering är nödvändig då man har funnit att efter det att cellulosan gått i lösning, är den inte längre skyddad av den kristallina strukturen eller av lignintätningarna, och cellulosan kan därefter lätt fällas ut. Den utvunna cellulosan kan sedan utnyttjas på ett antal sätt, som t.ex. i form av "syntetisk bomull" eller "nytt papper", och har funnits speciellt användbar när cellulosan hydrolyseras för att ge ett högt utbyte av glukos.In one embodiment of the process of the present invention, selective solvent extraction is used to fractionate hemicellulose, cellulose and lignin, (the three main components of all cellulosic material). This fractionation is necessary when it has been found that after the cellulose has dissolved, it is no longer protected by the crystalline structure or by the lignin seals, and the cellulose can then be easily precipitated. The recovered cellulose can then be used in a number of ways, such as in the form of "synthetic cotton" or "new paper", and has been found to be particularly useful when the cellulose is hydrolyzed to give a high yield of glucose.

Ett exempel på utförandet av vår process för utvinning av cellulosa ur cellulosahaltiga material, jämte användningen av densamma, inklusive utnyttjning genom hydrolysering för att producera glukos ur cellulosa följer nedan. I detta utförandet av vår process, extraheras först det cellulosahaltiga materialet, efter det att det fysikaliskt reduceras till en lämplig storlek, om så är nödvändigt eller önskvärt, med en utspädd syra eller alkali för att avlägsna hemicellulosan. Återstoden efter det att hemicellulosan avlägsnats innehåller cellulosa och lignin. Äterstoden upplöses därefter i ett lämpligt lösningsmedel. Det finns ett antal lösningsmedel rapporterade inom litteraturen som är kapabla att lösa upp cellulosa.An example of the performance of our process for extracting cellulose from cellulosic materials, as well as the use thereof, including utilization by hydrolysis to produce glucose from cellulose follows below. In this embodiment of our process, the cellulosic material is first extracted, after being physically reduced to a suitable size, if necessary or desired, with a dilute acid or alkali to remove the hemicellulose. The residue after removal of the hemicellulose contains cellulose and lignin. The residue is then dissolved in a suitable solvent. There are a number of solvents reported in the literature that are capable of dissolving cellulose.

Efter undersökning av ett antal av dessa, befanns ett lösningsmedel känt som Cadoxen ge bäst resultat. Cadoxen uppges först av Jayme och Neuschaffer (se Jayme, G. och _ Neuschaffer, K., 1957, Die Naturwissenschafter, 44 (3), och Jayme, G. och Neuschaffer, K., 1957, Die Makromolekulare Chemie, 28:71-83). Cadoxen utgöres av -30 % etylendiamin och 70-75 % vatten och dessutom ca 4,5-7 % kadmium (tillsatt i form av oxid eller hydroxid). Cadoxen har goda lösningsegenskaper, är en klar, färglös, nästan luktfri vätska, är stabil under en, så gott som, obegränsad tid, l5 40 7901898-2 orsakar liten nedbrytning av cellulosan och är relativt enkel att framställa.After examining a number of these, a solvent known as Cadox was found to give the best results. The cadox is first stated by Jayme and Neuschaffer (see Jayme, G. and _ Neuschaffer, K., 1957, Die Naturwissenschafter, 44 (3), and Jayme, G. and Neuschaffer, K., 1957, Die Makromolekulare Chemie, 28:71 -83). The cadox consists of -30% ethylenediamine and 70-75% water and in addition about 4.5-7% cadmium (added in the form of oxide or hydroxide). Cadox has good dissolution properties, is a clear, colorless, almost odorless liquid, is stable for a virtually unlimited time, causes little degradation of the cellulose and is relatively easy to prepare.

Det faktum att vatten utgör en del av Cadoxen är av stor betydelse. De flesta cellulosahaltiga rester innehåller vattenånga. Cadoxen kräver ingen förtorkning av resterna, under upplösning av cellulosa, varvid en annars mycket dyrbar operation kan undvikas.The fact that water is part of the Cadox is of great importance. Most cellulosic residues contain water vapor. The cadox does not require pre-drying of the residues, during dissolution of cellulose, whereby an otherwise very expensive operation can be avoided.

Cirka l0 g cellulosa upplösæs i l00 g Cadoxen, i syfte att ge exempel pà effekten därav. Genom filtrering eller centrifugering, kan lignin, som inte löses, separera; bort.Approximately 10 g of cellulose is dissolved in 100 g of Cadoxen, in order to give an example of the effect thereof. By filtration or centrifugation, lignin, which does not dissolve, can separate; away.

Den återstående cellulosa-Cadoxenlösningen processas vidare för utvinning av cellulosa, t.ex. genom någon av följande behandlingar: a) Cellulosa-Cadoxenlösningen kan spinnas genom ett munstycke till en lämplig vätska för att återutvinna cellulosan i form av långa trådar. Detta kan vara en källa till "syntetisk bomull". b) Cellulosa-Cadoxenlösningen kan spridas i en lämplig vätska för att âterut- vinna cellulosan i form av ark. Sådana ark bör ha många användningsområden. Äterut- vunnen cellulosa omkristalliserar, vilket reducerar genomskinligheten. Efter tillsats av fyll- och täckmaterial, kan en ny typ av papper erhållas. c) Cellulosa~Cadoxenlösningen kan spinnas genom ett munstycke till en lämplig vätska, för att âterutvinna cellulosan i form av långa fibrer. Detta kan vara grunden för en “koknings"-process, som är väsentlig för avlägsnandet av lignin och hemi- cellulosa från trähaltiga material. Den äterutvunna cellulosafibern kan göras till papper liksom den utsprungliga massan.The remaining cellulose-Cadoxen solution is further processed to recover cellulose, e.g. by any of the following treatments: a) The cellulose-Cadoxen solution can be spun through a nozzle into a suitable liquid to recover the cellulose in the form of long threads. This can be a source of "synthetic cotton". b) The cellulose-Cadoxen solution can be dispersed in a suitable liquid to recover the cellulose in the form of sheets. Such sheets should have many uses. Recovered cellulose recrystallizes, which reduces transparency. After adding filler and cover material, a new type of paper can be obtained. c) Cellulose ~ The cadoxene solution can be spun through a nozzle into a suitable liquid, to recover the cellulose in the form of long fibers. This can be the basis for a "boiling" process, which is essential for the removal of lignin and hemicellulose from wood-containing materials. The regenerated cellulose fiber can be made into paper as well as the original pulp.

Cellulosa~Cadoxenlösningen är fysikaliskt stabil men denna stabilitet kräver, till synes, en noggrann balans mellan cellulosa, vatten, etylendiamin och kadmium.Cellulose ~ The cadoxene solution is physically stable but this stability, it seems, requires a careful balance between cellulose, water, ethylenediamine and cadmium.

Det exakta balansförhâllandet är inte känt i detalj, men om t.ex. överskott av vatten användes, âterutfälles cellulosan ur lösningen. Cadoxen har högt pH-värde och vid tillsats av en syra, âterutfaller också cellulosan ur lösningen. Den äterutfällda cellulosan, liksom andra linjära polymerer, kan omkristallisera spontant. Den äter- utfallda cellulosan kan därefter lätt hydrolyseras för att ge ett högt utbyte av glukos, genom antingen en syra eller cellulosaenzym. T.ex., genom tillsats av en syra till en cellulosa-Cadoxenlösning för att dra ner dæsçuhvärde till omkring 5 (varvid cellulosan âterutfälles), följt av tillsats av Tricodermavviíjdefcellulas- lösning, hydrolyseras den âterutfällda cellulosan till glukos. Tydligen inaktiveras inte enzymet av etylendiamin och kadmiumsaltet i lösningen.The exact balance is not known in detail, but if e.g. If excess water is used, the cellulose is reprecipitated from the solution. The cadox has a high pH value and when an acid is added, the cellulose also precipitates out of the solution. The reprecipitated cellulose, like other linear polymers, can recrystallize spontaneously. The reprecipitated cellulose can then be easily hydrolyzed to give a high yield of glucose, by either an acid or cellulose enzyme. For example, by adding an acid to a cellulose-Cadoxen solution to reduce this value to about 5 (whereby the cellulose precipitates again), followed by the addition of Tricodermavvijdefcellulase solution, the reprecipitated cellulose is hydrolyzed to glucose. Apparently the enzyme is not inactivated by ethylenediamine and the cadmium salt in the solution.

För att förbättra processens ekonomi, mäste Cadoxen återvinnas och återanvändas.To improve the economy of the process, Cadoxen must be recycled and reused.

Genom olika recirkuleringstekniker, kan processen vidare indelas efter ett flertal alternativ, vilka beskrives nedan. a) Tillsats av vatten för utfällning av cellulosan ur en cellulosa-Cadoxenlösning.Through various recycling techniques, the process can be further divided according to a number of alternatives, which are described below. a) Addition of water for precipitation of the cellulose from a cellulose-Cadoxen solution.

Separering av cellulosan genom filtrering eller centrifugering. Cellulosan hydro- lyseras därefter till glukos med hjälp av syror eller enzymer, eller båda. Till l?9o1a9a~2 lösningen kan sättas C02 för utfällning av kadmiumkarbonat, vilket i sin tur kan omvandlas till kadmiumoxid för återanvändning. Den amin som finns kvar i vatten- lösningen kan återvinnas med hjälp av standardmetoder som destillering eller extrak- tion. b) Tillsats av C02, direkt till cellulosa-Cadoxenlösningen, varvid både cellulosa och kadmiumkarbonat faller ut. Efter separering från vätskan, vilken innehåller etylen- diamin, somkan återvinnas enligt a), kan blandningen av de tvâ fasta fällningarna behandlas med cellulas för att hydrolysera och lösa upp cellulosan, för att pro- ducera glukos. Den fällning av kadmiumkarbonat som återstår kan omvandlas till kadmiumoxid för återanvändning. c) Tillsats av ett lösningsmedel, icke blandbart med vatten, för att extrahera etylendiamin för recirkulering, varvid cellulosan faller ut. Således kan vi i ett steg separera blandningen till att utgöras av tre fraktioner: amin i ett organiskt skikt, kadmium i ett vattenskikt och cellulosa som en fällning. De tre fraktionerna bearbetas separat. d) Den återutfällda cellulosan kan hydrolyseras till glukos genom antingen en syra-enzym-tvâstegsprocess eller en all-enzymprocess. En syra eller ett cellulas- enzym (troligtvis ett endo-l, 4-beta-glukanas, men cellulasmekanismerna är fort- farande föremål för betydande kontroverser) kan "lösa" cellulosan genom bildning av cellodextriner . För att fullfölja hydrolysen till glukos, användes därefter antingen fritt eller immobiliserat cellulas. e) Cellulosa som återutfällts från Cadoxen har visat sig spontant bilda droppar om den låtes stå i lösningen ett antal dagar. Sådana droppar kan möjligen vara ett stöd för enzymimmobilisering.Separation of the cellulose by filtration or centrifugation. The cellulose is then hydrolyzed to glucose using acids or enzymes, or both. To the solution can be added CO 2 to precipitate cadmium carbonate, which in turn can be converted to cadmium oxide for reuse. The amine remaining in the aqueous solution can be recovered using standard methods such as distillation or extraction. b) Addition of CO 2, directly to the cellulose-Cadoxen solution, whereby both cellulose and cadmium carbonate precipitate. After separation from the liquid, which contains ethylenediamine, which can be recovered according to a), the mixture of the two solid precipitates can be treated with cellulase to hydrolyze and dissolve the cellulose, to produce glucose. The remaining cadmium carbonate precipitate can be converted to cadmium oxide for reuse. c) Addition of a solvent, immiscible with water, to extract ethylenediamine for recycling, whereby the cellulose precipitates. Thus, in one step, we can separate the mixture into three fractions: amine in an organic layer, cadmium in an aqueous layer and cellulose as a precipitate. The three fractions are processed separately. d) The reprecipitated cellulose can be hydrolyzed to glucose by either an acid-enzyme two-step process or an all-enzyme process. An acid or cellulase enzyme (probably an endo-1,4-beta-glucanase, but the cellulase mechanisms are still the subject of considerable controversy) can "dissolve" the cellulose by forming cellodextrins. To complete the hydrolysis to glucose, either free or immobilized cellulase was then used. e) Cellulose re-precipitated from Cadoxen has been shown to spontaneously form droplets if left in solution for a number of days. Such drops may possibly support enzyme immobilization.

I ett ytterligare utförande av processen enligt vår uppfinning, löses cellulosan upp och återutfälles "på plats" och avlägsnas därför aldrig, rent fysikaliskt, från ligninet. Processen kan tänkas föredragas där separation av cellulosan inte är önskvärd.In a further embodiment of the process according to our invention, the cellulose is dissolved and reprecipitated "in place" and is therefore never removed, purely physically, from the lignin. The process may be preferred where separation of the cellulose is not desirable.

I denna processen, hydrolyseras cellulosan till glukos och det lignin, i fast form, som återstår filtreras bort från den erhållna glukoslösningen. Detta sättet har funnits enklare, än att separera bort ligninet från cellulosan och därefter hydrolysera cellulosan. Enzym kan användas för att hydrolysera cellulosan och det anses att sur hydrolys också kan utnyttjas.In this process, the cellulose is hydrolyzed to glucose and the remaining lignin, filtered, is filtered off from the resulting glucose solution. This method has been found to be easier than separating the lignin from the cellulose and then hydrolyzing the cellulose. Enzyme can be used to hydrolyze the cellulose and it is believed that acid hydrolysis can also be used.

För denna processen utnyttjas följande steg: l. Behandling av cellulosahaltigt material för att avlägsna hemicellulosa (denna behandling kan vara samma, som den som beskrivits ovan med hänvisning till det först diskuterade utförandet), 2. Upplösning av cellulosamaterialet i ett lösningsmedel (återigen, kan detta steget vara identiskt med det som beskrivits ovan med hänvisning till det först diskuterade utförandet), 3. Tillsats av vatten, syra eller någon annan vätska som t.ex. metanol för att l0 40 79Û1898~2 återutfälla cellulosan, 4. Hydrolys med hjälp av enzym eller syra för att producera glukos, med vatten- olösligt lignin som enda rest, och . Separation av lignin från glukossirapen genom filtrering.The following steps are used for this process: 1. Treatment of cellulosic material to remove hemicellulose (this treatment may be the same as that described above with reference to the first discussed embodiment), 2. Dissolution of the cellulosic material in a solvent (again, may this step be identical to that described above with reference to the first discussed embodiment), 3. Addition of water, acid or any other liquid such as e.g. methanol to reprecipitate cellulose; 4. Hydrolysis using enzyme or acid to produce glucose, with water-insoluble lignin as the only residue, and. Separation of lignin from glucose syrup by filtration.

Nedan ges ett antal icke-begränsande exempel pâ vår process.Below are a number of non-limiting examples of our process.

EXEMPEL l Förbehandling och hydrolys av cellulosa. a) Beredning av lösningsmedlet (Cadoxen): Etylendiamin, 25 till 30% i vatten, mättades genom tillsats av ett överskott av Kadmiumoxid, vilken tidigare ugnstorkats.Kadmiumoxid, vilken inte löses upp, bildade en hydroxid i form av en vit fällning, Fällningen filtrerades eller centri- fugerades av. Proceduren med tillsats av kadmiumoxid och bortseparering av hydroxiden utfördes tvâ gånger för att försäkra att en lösning mättad med kadmiumoxid erhölls.EXAMPLE 1 Pre-treatment and hydrolysis of cellulose. a) Preparation of the solvent (Cadoxen): Ethylenediamine, 25 to 30% in water, was saturated by adding an excess of Cadmium oxide, which had previously been oven dried. Cadmium oxide, which did not dissolve, formed a hydroxide in the form of a white precipitate. or centrifuged off. The procedure of adding cadmium oxide and separating off the hydroxide was performed twice to ensure that a solution saturated with cadmium oxide was obtained.

På detta sätt erhölls en vattenlösning med 25 till 30% etylendiamin och 4,5 till T kadmium. Pâ grund av dess kadmium och etylendiamininnehâll, benämnes lösningen all- mänt Cadoxen. b) Upplösning av OL-cellulosa l) 0,l g kristallin 06-cellulosa (Avicell) tillsattes l0 ml av lösningsmedlet, som beretts enligt a), och blandades med detta. Upplösningen av cellulosan var full- ständig inom l0 min vid rumsförhällanden. 2) Upplösningsförsöken upprepades med 0,1 g, 0,2 g, 0,3 g, 0,4 g och 0,5 g kristallin CL-cellulosa (Avicell), vardera i l0 ml lösningsmedel, via ett förfarande där cellulosan blandades med lösningsmedlet vid rumsförhällanden, varefter bland- ningen kyldes genom att den placerades på is. De tider som erfordrades för att full- ständig upplösning skulle ske är uppställda i Tabell l.In this way, an aqueous solution with 25 to 30% of ethylenediamine and 4.5 to T cadmium was obtained. Due to its cadmium and ethylenediamine content, the solution is commonly referred to as Cadoxen. b) Dissolution of OL cellulose l) 0.1 g of crystalline O 6 cellulose (Avicell) was added to 10 ml of the solvent prepared according to a) and mixed with it. The dissolution of the cellulose was complete within 10 minutes at room conditions. 2) The dissolution experiments were repeated with 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g and 0.5 g of crystalline CL-cellulose (Avicell), each in 10 ml of solvent, via a procedure in which the cellulose was mixed with the solvent at room conditions, after which the mixture was cooled by placing it on ice. The times required for complete dissolution are set out in Table 1.

TABELL l t Avicell Upplösningstid i lösningsmedlet l 2 minuter 2 2 minuter 3 7 minuter 4 9 minuter 15 minuter 3) Upplösningsförsöken, utförda enligt ovan, upprepades. Men i detta fallet, upplöstes amorf cellulosa istället för kristallin cellulosa. Med användande av samma mängder cellulosa och sanma förfarande som i (2), observerades de upplösnings- tider som är uppställda i Tabell 2. l0 40 7901898-"2 TABELL 2 % cellulosa Upplösningstid ilömñmaæüet minuter 2 2 minuter 7 minuter 9 minuter UW-P-UOND-l minuter 4) Lösningar innehållande större mängd cellulosa tillreddes genom modifiering av lösningsmedlets sammansättning och genom ändring av upplösningsproceduren. Natrium- hydroxid tillsattes lösningsmedlet i (a) för att ge en 0,5 M lösning med avseende på natriumhydroxid. Till 1 ml av det modifierade lösningsmedlet sattes 300 mg Avicell, följt av tillsats av ett överskott av Cd0. Lösningen blandades varpå en nästan klar; mycket viskös lösning erhölls, med en cellulosakoncentration av omkring %. c) Beredning av enzym. 1) Cellulasenzym från "the Enzyme Development Corporation, New York", behandlades enligt följande för att ge enzympreparat "CS". 10 g enzym sattes till ml vatten. Enzymlösningen koncentrerades med hjälp av ett ultrafiltreringsmembran och späddes ut med ett överskott av vatten, varefter den åter koncentrerades till en volym av 25 ml. Detta upprepades ett flertal gånger tills enzympreparatets salt- och kolhydratinnehâll var försumbart. 2) Enzympreparatet "CN" tillreddes enligt följande. 10 g enzym upplöstes i 100 ml vatten. Därefter tillsattes 57 g ammoniumsulfat. Vid omblandning, upplöstes ammoniumsulfatet och en vit fällning bildades. Fällningen separerades av genom centri- fugering och âterupplöstes i 30 ml vatten. Lösningen avsaltades därefter pä en Sephadex G-25 kolonn (Pharmacia Corporation) och späddes upp till en slutlig volym av 100 ml. d) Hydrolys av kristallin 0L-cellulosa. 1) till l volymsenhet 2 %-ig kristallin ßfi~cellulosa, upplöst i lösningsmedlet enligt (a), sattes 2 volymsenheter 30 %-ig HCl, vilket gjorde att den upplösta cellulosan äterutfälldes. Därefter tillsattes 5 volymsenheter natriumacetatbuffert och 1 volymsenhet av enzympreparat "CS". Vid omblandning och inkubering i 5006, erhölls upp till 50 % omvandling av cellulosan till glukos inom 30 minuter. Uppen- barligen inaktiveras inte enzymet av närvaron av kadmium och etylendiamin. 2) En volymsenhet av 3 %-ig Avicell, i lösningsmedel (a), blandades med 2,5 volymsenheter vatten, vilket resulterade i att cellulosan âterutfälldes. Den åter- utfällda cellulosan tvättades med vatten, varefter cellulosakoncentrationen var 0,5%. Efter justering av lösningens pH-värde till 5 med buffert, tillsattes tillräck- 40 7 7901898-2 lig mängd av enzympreparat "CN" för att ge ett förhållande enzymvolym: cellulosavikt av l8:l. Inkubering av denna lösningen vid 50°C gav 80 %-ig omvandling till glukos inom 5 timmar och 90 %-ig inom 50 timmar. Jämförelsevis gav ett kontrollförsök där cellulosa som inte upplösts i lösningsmedel och áterutfällts, dvs. obehandlad cellulosa användes, gav endast l5% omvandling efter 5 timmar och 47¿ efter 50 timmar.TABLE l t Avicell Dissolution time in the solvent l 2 minutes 2 2 minutes 3 7 minutes 4 9 minutes 15 minutes 3) The dissolution experiments, performed as above, were repeated. But in this case, amorphous cellulose was dissolved instead of crystalline cellulose. Using the same amounts of cellulose and the same procedure as in (2), the dissolution times listed in Table 2 were observed. TABLE 2% cellulose Dissolution time ilömñmaæüet minutes 2 2 minutes 7 minutes 9 minutes UW-P -UOND-1 minutes 4) Solutions containing a larger amount of cellulose were prepared by modifying the composition of the solvent and by changing the dissolution procedure.Sodium hydroxide was added to the solvent in (a) to give a 0.5 M solution with respect to sodium hydroxide. of the modified solvent was added 300 mg of Avicell, followed by the addition of an excess of Cd0, the solution was mixed and an almost clear, very viscous solution was obtained, with a cellulose concentration of about% c) Preparation of enzyme 1) Cellulase enzyme from the Enzyme Development Corporation, New York ", was treated as follows to give enzyme preparation" CS ". 10 g of enzyme was added to ml of water. The enzyme solution was concentrated using an ultrafilter membrane and diluted with an excess of water, after which it was concentrated again to a volume of 25 ml. This was repeated several times until the salt and carbohydrate content of the enzyme preparation was negligible. 2) The enzyme preparation "CN" was prepared as follows. 10 g of enzyme was dissolved in 100 ml of water. Then 57 g of ammonium sulfate were added. Upon mixing, the ammonium sulfate dissolved and a white precipitate formed. The precipitate was separated by centrifugation and redissolved in 30 ml of water. The solution was then desalted on a Sephadex G-25 column (Pharmacia Corporation) and diluted to a final volume of 100 ml. d) Hydrolysis of crystalline OL cellulose. 1) to 1 unit of volume of 2% crystalline ß-cellulose dissolved in the solvent according to (a), 2 units of volume of 30% of HCl were added, causing the dissolved cellulose to reprecipitate. Then 5 units of volume of sodium acetate buffer and 1 unit of volume of enzyme preparation "CS" were added. Upon mixing and incubating in 5006, up to 50% conversion of the cellulose to glucose was obtained within 30 minutes. Obviously, the enzyme is not inactivated by the presence of cadmium and ethylenediamine. 2) One volume unit of 3% Avicell, in solvent (a), was mixed with 2.5 volume units of water, which resulted in the cellulose being reprecipitated. The reprecipitated cellulose was washed with water, after which the cellulose concentration was 0.5%. After adjusting the pH of the solution to 5 with buffer, a sufficient amount of enzyme preparation "CN" was added to give an enzyme volume: cellulose weight ratio of 18: 1. Incubation of this solution at 50 ° C gave 80% conversion to glucose within 5 hours and 90% within 50 hours. In comparison, a control experiment gave cellulose that did not dissolve in solvent and reprecipitated, ie. untreated cellulose was used, giving only l5% conversion after 5 hours and 47¿ after 50 hours.

EXEMPEL 2 Förbehandling och hydrolys av jordbruksavfall Beredning av lösningsmedlet och enzymlösningarna gjordes exakt som beskrivits ovan i Exempel l. a) Upplösning av cellulosa i majskolvar. Majskolvar, vilka malts ner till en partikelstorlek av 0,4 mm, blandades med lösningsmedel i ett viktsförhållande majskolvzßadoxen av l:55. Efter omrörning under 2,5 timme, separerades den fasta fasen och vätskefasen. Den fasta fasen tvättades med vatten, torkades och vägdes.EXAMPLE 2 Pretreatment and hydrolysis of agricultural waste Preparation of the solvent and enzyme solutions was done exactly as described above in Example 1. a) Dissolution of cellulose in corn cobs. Maize flasks, which were ground to a particle size of 0.4 mm, were mixed with solvent in a weight ratio of the corn cob. After stirring for 2.5 hours, the solid phase and the liquid phase were separated. The solid phase was washed with water, dried and weighed.

Viktsförlusterna, baserade på de torra fastämnenas vikt före och efter, var så hög som 77%. Detta tyder på att allt cellulosahaltigt material upplösts. b) Upplösning av cellulosa i majsrester.The weight losses, based on the weight of the dry solids before and after, were as high as 77%. This indicates that all cellulosic material has dissolved. b) Dissolution of cellulose in maize residues.

Majsrester, som malts till en partikelstorlek av 0,4 mm, blandades med lösningsmedel i viktsförhållandet majsrest:Cadoxen av l:l0. Omrörningen, tvättningen och utvinningen av fastämnena utfördes enligt Exempel 2 (a). Viktsförlusterna uppskattades till mellan 44 och 94% (baserat pä torr vikt). c) Upplösning och hydrolys av majsrester på plats.Maize residues, ground to a particle size of 0.4 mm, were mixed with solvent in the weight ratio of maize residue: Cadoxen of 1: 10. The stirring, washing and recovery of the solids were performed according to Example 2 (a). Weight losses were estimated at between 44 and 94% (based on dry weight). c) Dissolution and hydrolysis of maize residues on site.

Majsrester innehållande 38% 06-cellulosa blandades med Cadoxen i ett viktsförhållande majsrest:Cadoxen av l:4,2. Efter att ha låtit blandningen stå l2 timmar tillsattes buffert, vatten och enzympreparat “Cw" för att ge en 2,5 %-ig lösning av rester vid ett pH-värde av 5. Hydrolys av blandningen vid 45°C gav 72% omvandling av 06-cellulosan till glukos på 19 timmar. Eftersom förbehandlingen med lösningsmedlet och den därpå följande återutfällningen av cellulosan gjordes utan att först sepa- rera lösningsmedlet och den upplösta cellulosan från den fasta återstoden, omnamnes denna tekniken som upplösning "på plats” (och återutfällning). d) Upplösning och hydrolys av bagass (sockerrörsrest) på plats.Maize residues containing 38% O 6 cellulose were mixed with Cadoxen in a weight ratio of maize residue: Cadoxen of 1: 4.2. After allowing the mixture to stand for 12 hours, buffer, water and enzyme preparation "Cw" were added to give a 2.5% solution of residues at a pH of 5. Hydrolysis of the mixture at 45 ° C gave 72% conversion of Since the pretreatment with the solvent and the subsequent reprecipitation of the cellulose was done without first separating the solvent and the dissolved cellulose from the solid residue, this technique is referred to as "in situ" solution (and reprecipitation). . d) Dissolution and hydrolysis of bagasse (sugar cane residue) on site.

Bagassrester innehållande 33% 0<~cellulosa blandades med Cadoxen i ett viktsför~ hållande bagass:Cadoxen av l:4,2. Under samma förhållande som i Exempel 2 (c), erhölls 70 %-ig omvandling pâ l9 timmar.Bagasse residues containing 33% cellulose were mixed with Cadoxen in a weight ratio bagasse: Cadoxen of 1: 4.2. Under the same conditions as in Example 2 (c), 70% conversion was obtained in 19 hours.

EXEMPEL 3 Hydrolys med immobiliserat enzym. a) Beredning av immobiliserat enzym.EXAMPLE 3 Hydrolysis with immobilized enzyme. a) Preparation of immobilized enzyme.

Ett filter bestående av kemiskt aktivt,poröst PVC membranmaterial (erhållet från Amerace Corporation, Butter New Jersey) nedsänktes i en lösning av l0 H-ig glutaraldehydbuffert med fosfat, till ett pH-värde av 7, under 2 timmar under rums- lO 7901898-2 förhållanden. Efter tvättning med vatten och natriumacetatbuffert (pH 5), nedsänktes skivan i enzympreparat "CW" under 12 timmar vid 4°C. Skivan tvättades därefter med buffert, placerades i en kolonnapparatun och användes på det sätt som beskrives nedan. b) Hydrolys av cellodextriner med användande av immobiliserat enzym,med full- ständig upplösning där 79% omvandlades till glukos och överskjutande del erhölls som cellodextriner. Denna klara lösningen läts passera genom skivan med immobili- serat enzym 5 gånger, vilket gav en ökning i glukosomvandling frân 79% till 8l%.A filter consisting of chemically active, porous PVC membrane material (obtained from Amerace Corporation, Butter New Jersey) was immersed in a solution of 10 H-glutaraldehyde buffer with phosphate, to a pH of 7, for 2 hours under room temperature. 2 conditions. After washing with water and sodium acetate buffer (pH 5), the disk was immersed in enzyme preparation "CW" for 12 hours at 4 ° C. The disc was then washed with buffer, placed in a column apparatus and used in the manner described below. b) Hydrolysis of cellodextrins using immobilized enzyme, with complete resolution where 79% was converted to glucose and excess was obtained as cellodextrins. This clear solution was passed through the disk with immobilized enzyme 5 times, giving an increase in glucose conversion from 79% to 81%.

Glukos bildades tack vare hydrolys av lösliga cellooligosackarider till glukos.Glucose was formed by hydrolysis of soluble cell oligosaccharides to glucose.

Därefter utfördes ett kontrollförsök med användande av enbart lösligt enzym. Vid detta försöket, var glukosomvandlingen konstant vid 79%, under samma tidsperiod.Subsequently, a control experiment was performed using only soluble enzyme. In this experiment, the glucose conversion was constant at 79%, during the same time period.

EXEMPEL 4 Beredning av cellulosadroppar En lösning av 2% Avisell i Cadoxen blandades med 50 %-ig HCl i ett volyms- förhållande lösningzsyra av l:l,5. Detta orsakade att cellulosan utfälldes. Bland- ningen upphettades till 50°C under 30 minuter och kyldes därefter till rumstemperatur.EXAMPLE 4 Preparation of cellulose drops A solution of 2% Avisell in Cadoxen was mixed with 50% HCl in a volume ratio of solution acid of 1: 1.5. This caused the cellulose to precipitate. The mixture was heated to 50 ° C for 30 minutes and then cooled to room temperature.

Under de l2 timmar som lösningen därefter läts stå bildade den flockbildande cellu- losafällningen spontant små cellulosadroppar.During the 12 hours that the solution was then allowed to stand, the flocculating cellulose precipitate spontaneously formed small cellulose droplets.

Ur det föregående ges att föreliggande uppfinning anger ett förfarande för be- handling av cellulosahaltigt material och därur framställning av glukos, innefattande ett förfarande för upplösning och àterutfällning av cellulosa "pâ plats“, samt ett annat förfarande med utvinning av cellulosa ur cellulosahaltigt material, som sedan kan användas för att en hög produktion av glukos.From the foregoing, the present invention provides a process for treating cellulosic material and producing glucose therefrom, comprising a process for dissolving and reprecipitating cellulose "on site", and another process for recovering cellulose from cellulosic material, which can then be used to a high production of glucose.

Claims (10)

10 20 25 30 Q 7901898-2 PATENTkRAv10 20 25 30 Q 7901898-2 PATENT REQUIREMENTS 1. l. Förfarande för att erhålla glukos ur cellulosahaltigt material inne- hållande hemicellulosa och lignin, varvid hemicellulosa avlägsnas frán det cellulosahaltiga materialet, den cellulosa som innehâlles i det cellulosa- haltiga materialet upplöses i ett lösningsmedel vid rumsbetingelser, varvid lösningsmedlet utgör en blandning av etylendiamin, kadmiumoxid och vatten, k ä n n e t e c k n a t av att den upplösta cellulosa äterutfälles och att den âterutfällda cellulosan hydrolyseras med hjälp av ett cellulasenzym vid ett pH-värde av ca 5 för att ge glukos.A process for obtaining glucose from cellulosic material containing hemicellulose and lignin, wherein hemicellulose is removed from the cellulosic material, the cellulose contained in the cellulosic material is dissolved in a solvent at room conditions, the solvent being a mixture ethylenediamine, cadmium oxide and water, characterized in that the dissolved cellulose is reprecipitated and that the reprecipitated cellulose is hydrolyzed by means of a cellulase enzyme at a pH of about 5 to give glucose. 2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet innefattar att man fysikaliskt reducerar det cellulosahaltiga materialet till en maximal partikelstorlek av 0,4 mm innan hemicellulosan avlägsnas därifran.A method according to claim 1, characterized in that the method comprises physically reducing the cellulosic material to a maximum particle size of 0.4 mm before the hemicellulose is removed therefrom. 3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att hemicellu- losan avlägsnas genom extraktion med en utspädd syra eller alkali.3. A process according to claim 1, characterized in that the hemicellulose is removed by extraction with a dilute acid or alkali. 4. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda lignin separeras från det cellulosahaltiga materialet genom filtrering eller centrifu- gering efter det att cellulosan hydrolyserats för att ge glykos.A method according to claim 1, characterized in that said lignin is separated from the cellulosic material by filtration or centrifugation after the cellulose has been hydrolyzed to give glucose. 5. Förfarande enligt nâgot av kraven l~4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda cellulasenzym som tillsättes är ett endo-l,4-beta-glukanas.A process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said cellulase enzyme which is added is an endo-1,4-beta-glucanase. 6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att det tillsatta cellulasenzymet är en Tricoderma viride-cellulaslösning.6. A method according to claim 5, characterized in that the added cellulase enzyme is a Tricoderma viride cellulase solution. 7. Förfarande enligt något av krav l-6, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda lösningsmedel utvinnes i syfte att återanvändas.A process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said solvent is recovered for the purpose of reuse. 8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda lösnings- medel utvinnes genom tillsats av C02 för att fälla ut kadmiumkarbonat som kan omvandlas till kadmiumoxid i syfte att återanvändas.8. A process according to claim 7, characterized in that said solvent is recovered by the addition of CO 2 to precipitate cadmium carbonate which can be converted to cadmium oxide for the purpose of reuse. 9. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda lösnings- medel utvinnes genom tillsats av ett med vatten icke blandbart lösningsmedel för att extrahera etylendiamin för återcirkulering och för att separera den erhållna blandningen i tre fraktioner innefattande ett organiskt skikt av amin, ett vatten- haltigt lager av kadmium och en fällning av cellulosa.Process according to claim 7, characterized in that said solvent is recovered by adding a water-immiscible solvent to extract ethylenediamine for recycling and to separate the resulting mixture into three fractions comprising an organic layer of amine, a aqueous layer of cadmium and a precipitate of cellulose. 10. Förfarande enligt något av krav l-9, k ä n n e t e c k n a t av att hydrolyseringen fullföljes genom användandet av antigen fritt eller immobiliserat EH Zyfll.Process according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the hydrolysis is completed by the use of antigen-free or immobilized EH Zy fl 1.
SE7901898A 1978-03-08 1979-03-02 PROCEDURE FOR GETTING GLUCOSE FROM CELLULOSALLY MATERIALS CONTAINING HEMICELLULOSA AND LIGNIN SE439931B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US88447778A 1978-03-08 1978-03-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE7901898L SE7901898L (en) 1979-09-09
SE439931B true SE439931B (en) 1985-07-08

Family

ID=25384699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE7901898A SE439931B (en) 1978-03-08 1979-03-02 PROCEDURE FOR GETTING GLUCOSE FROM CELLULOSALLY MATERIALS CONTAINING HEMICELLULOSA AND LIGNIN

Country Status (12)

Country Link
JP (1) JPS54154484A (en)
AU (1) AU527242B2 (en)
BR (1) BR7901382A (en)
CA (1) CA1118381A (en)
DE (1) DE2908992A1 (en)
FI (1) FI790788A (en)
FR (1) FR2419350A1 (en)
GB (1) GB2018777B (en)
MX (1) MX150035A (en)
PH (1) PH15126A (en)
SE (1) SE439931B (en)
ZA (1) ZA79912B (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012125174A (en) * 2010-12-14 2012-07-05 Meiji Univ Method for producing glucose

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2959500A (en) * 1956-02-14 1960-11-08 Schweizerische Eidgenossenschaft Process for the saccharification of cellulose and cellulosic materials
GB893822A (en) * 1958-02-27 1962-04-11 Carl Freudenberg K G A A Improvements relating to the production of aqueous cellulose gels and sols

Also Published As

Publication number Publication date
CA1118381A (en) 1982-02-16
FR2419350A1 (en) 1979-10-05
GB2018777A (en) 1979-10-24
GB2018777B (en) 1983-03-30
DE2908992A1 (en) 1979-09-13
FI790788A (en) 1979-09-09
MX150035A (en) 1984-03-05
PH15126A (en) 1982-08-16
BR7901382A (en) 1979-10-02
AU527242B2 (en) 1983-02-24
SE7901898L (en) 1979-09-09
ZA79912B (en) 1980-02-27
JPS54154484A (en) 1979-12-05
AU4470179A (en) 1979-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4281063A (en) Process for treating cellulosic materials and obtaining glucose therefrom
CA2677862C (en) Fractionation of a lignocellulosic material
CN113307983B (en) Method for separating lignin by green solvent quickly and in high yield
US8236536B2 (en) Saccharifying cellulose
Dominguez et al. Dilute acid hemicellulose hydrolysates from corn cobs for xylitol production by yeast
US4266981A (en) Process for recovering and utilizing cellulose using sulfuric acid
CN110540508A (en) Eutectic solvent and application thereof in extracting lignin
CA1110233A (en) Acid hydrolysis of cellulose to yield glucose
NO145201B (en) PROCEDURE FOR RECOVERY OF SUGAR, EVEN CELLULOSE AND EVEN LIGNIN FROM LIGNOCELLULOUS PLANTS
US1917539A (en) Conversion of cellulose
UA105365C2 (en) Process for the production of sugars from biomass
CN102154876B (en) Method for extracting and separating components in ramulus mori skin
CN106702800B (en) A method of straw lignin and hemicellulose are removed with proton type ionic liquid
CN112098169A (en) Gradient separation method of lignocellulose
US3776897A (en) Method for treatment of sulfite spent liquor
EP3116938A1 (en) Method for the production of nanocrystalline cellulose
US4265675A (en) Nontoxic cellulose solvent and process for forming and utilizing the same
US2500173A (en) Extraction of digitalis glycosides
CA1118380A (en) Process for treating cellulosic materials and obtaining glucose therefrom
CN111748104A (en) Two-phase high-efficiency extraction method of gutta-percha
SE439931B (en) PROCEDURE FOR GETTING GLUCOSE FROM CELLULOSALLY MATERIALS CONTAINING HEMICELLULOSA AND LIGNIN
US1851822A (en) Process for the saccharification of vegetable material containing pentosans
CN1054985A (en) Comprehensive extraction of gutta-percha
Zhao et al. Promotional effects of water-soluble extractives on bamboo cellulose enzymolysis
CN106188578B (en) A method of the ion liquid dissolving lignin of the base containing sulfonic acid anion

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 7901898-2

Effective date: 19880126

Format of ref document f/p: F