SU1199797A1 - Способ гидролиза растительного сырь - Google Patents

Abstract

СПОСОБ-ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, включающий обработку измельченного исходного материала под давлением в присутствии катализаторов , о тлича ющийс  тем, что, с целью повьппени  степени гидролиза, обработку сырь  провод т при давлении 1-2 ата во вращающихс  электромагнитных пол х, создаваемых встречно бегзга(имк электромагнитными волнами, генерируемыми с частотой 50-2000 Гц, при напр женности пол  100-10000 Э. (/) ;о со sl со

Description

Изобретение относитс  к гидроли зу растительного сырь  и может быть использовано в микробиологической , химической, пищевой и других отрасл х промьппленности, где могут найти применение гидролизаты растительного сырь  и другие проду ты гидролиза. Известен способ гидролиза расти тельного сырь , которьй предусматривает измельчение исходного сырь  (таких как древесное сырье, отходы древесины, солому, кукурузную коче рыжку) , кислотную, щелочн1то или ферментативную обработку при 110llSSC под давлением 3-7 ата до осахаривани  целлюлозы lj Существенным недостатком извест ного способа  вл етс  проведение процесса при повьшенных давлени х, привод щих к усложнению аппаратурного оформлени  и, как следствие, к удорожанию процесса. Известен фермантатийный способ гидролиза растительных целлюлозосо держащих материалов, предусматрива щий расщепление целлюлозы до водорастворимых Сахаров с помощью целлншолитического фермента, полученного при культивировании целлюл литического микроорганизма при дав лении 2-А ата, а также разделение стадий приготовлени  фермента и гидролиза и использовани  дл  гидр лиза целиком культуральной массы целлюлолитического микроорганизма без фракционировани  на компоненты 2 . Известный способ не позвол ет провести глубокий гидролиз при повьшенных давлени х. I Известен также способ гидролиза растительных веществ, содержащих полисахариды, путем кислотного гид ролиза при повьщгенных температурах и давлении. Сырье непосредственно перед входом в реактор обрабатываю концентрированной кислотой. Гидролиз провод т непрерьшно в две студии в одном реакторе. Первую стади провод т в верхней части реактора в паровой фазе обработкой концентрированной кислотой и парами воды, при этом пентозан превращаетс  в фурфурол, уксусную кислоту, метанол и ацетон, а гексозан расщепл етс  в ди- и трисахариды. Вторзпо стадию провод т в нижней части 972 реактора в жидкой фазе обработкой разбавленной кислотой и парами воды , при этом ди- и трисахариды, получаемые в первой стадии, расщепл ютс  до моносахаридов и, кроме того , образуютс  сахарные и жирные кислоты. Проведение гидролиза по данному способу, в частности при обработке березовой щепы (с содержанием целлюлозы 72%, влаги 15%), при и давлении 11 ата в течение 30 мин позвол ет расщепить 91,5% содержащейс  в сьфье целлюлозы и получить 16,9% фурфурола, 12,2% органических кислот, а также 20,5% моносахаридов в пересчете на содержание целлюлозы в сырье з . Недостатком известного способа  вл етс  небольша  глубина расщеплени  содержащейс  в сьфье целлюлозы при большом избыточном давлении. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ гидролиза грубых кормов, включающий кислотный гидролиз исходного сьфь  при избыточном давлении и повышенной температуре в присутствии ферромагнитного катализатора дл  разрушени  лигнин-целлюлозных св зей и осахаривани  сырь . В качестве исходного растительного сырь  используют кочерыжки кукурузных початков, стебель кукурузы, солому злаковых культур (пшеницы, овса, риса), древесину и древесные отходы и т.д. Исходный материал предварительно измельчают до частиц,/ максимальный размер которых составл ет не более 0,i6 см. Дл  этого материал сначала направл ют в дробилку, затем в смесителе частицы органического материала перемешиваютс  с водной суспензией, содержащей металлический и кислотный катализаторы. В качестве металлического катализатора используют железо или марганец или производные этих металлов в количестве 0,4%- от веса сухого корма. Кислотным катализатором может служить люба  нетоксична  кислота (фосфорна , уксусна , угольна , сол на , серна , серниста ). Она должна находитьс  2-3 ч при нормальном давлении и окружающей температуре в контакте с кормом, чтобы осуществить полное насыщение органических частиц. Смешивание растительного корма с кислотой провод т в соотйошении 40:60 (вес.%). Конечный продукт по ле нейтрализации высушивают. Затем смесь поступает на стадию окислени , где она подвергаетс  окислени при повьш1енном давлении и температ ре в йрисутствии кислорода в течение 12-20 мин. Температура поддерж ваетс  в пределах 105-110 С, давле ние составл ет 10,-5 кг/см, чтобы обеспечить приблизительно 1,22 ,1 кг/см избыточного парциальног давлени  кислорода. Количество кислорода, которое необходимо дл  реакции со смесью на стадии окислени , составл |ет 3,75-5 вес.% от веса сухого растительного органического материала. Окисленна  смесь подаетс  затем на гидролиз, которьй ведут до осах ривани  целлюлозы. Далее смесь у гидролизного аппарата поступает на нейтрализацию кислотных катализато ров до рН 5,5, котора  осуществл  етс  различными веществами, однако предпочтительно используетс  аммиак . В результате получают раствор с высоким содержанием питательных веществ, который используют дл  кормлени  без дополнительной обработки . Если продукт предназначен дл  перевозки или хранени , необходимо его высушивание 4 . Существенным недостатком извест ного способа  вл етс  проведение обработки грубых кормов при повышенном давлении, что усложн ет про цесс, при этом степень гидролиза  вл етс  невысокой и выход Сахаров незиачительный. Цель изобретени  - уменьшение величины избыточного Давлени  и повьшение выхода Сахаров за счет увеличени  степени гидролиза. Указанна  цель достигаетс  тем, что гидролиз растительного сырь  пр вод т во .вращающихс  электромагнитных пол х, создаваемых встречно бегущими злектромагнитнь1ми волками с частотой 50-2000 Гц при, напр женности , пол  100-10000 Э и избыточном давлении 1,0 - 2,0 ата, при этом в обла:сть действи  пол  помещен ферромагнитный катализатор. Предлагаемый способ заключаетс  в следующем. 974 Исходное растительное сьфье, в частности солому злаковых культур, кукурузнзпо кочерыжку, древесные опилки, предварительно измельчают обычным путем до частиц размером 0,1-1,0 мм. Затем частицы растительного материала перемешивают с.водной суспензией, содержащей металлический и кислотный катализаторы. В. качестве катализатора используют преимущественно железо или марганец в виде частиц размером 0,1-1,0 мм. Количество катализатора составл ет 0,1-0,3% от сухого веса растительного сырь . В качестве киcлotнoгo катализатора используют фосфорную, сол ную, серную и сернистую кислоты. Кислота должна находитьс  2-3 ч при нормальном давлении и окружающей температуре в контакте с кормом, чтобы осуществить полное насыщение органических частиц. .. Затем смесь поступает в зону действи  вращающихс  злектромагнитных полей, создавуаемых встречно бегущими электромагнитньови волнами с частотой 50-2000 Гц и напр женностью пол  100-10000 Э при давлении 1,0 2 ,0 ата и температуре 120-150 С в течение 7-40 мин, где подвергаетс  одновременно окислению и гидролизу. В зону действи  пол  могут быть также помещены ферромагнитные частицы размером 1,0-10 мм покрытые пластмассовой оболочкой и выполн ющие фу вкцшо перемещиваюпрх элементов. После окислени  и гидролиза смесь поступает на нейтрализацию кислотных катализаторов, котора  осуществл етс  различными веществами, однако предпочтительно используетс  аммиак.. В результате обработки растительного сырь  по данному способу получают раствор, содержащий 15-20% фурфурола , 11-14% органических кислот, 18-22% моносахаридов в пересчёте на содержание цеплюлозы в сырье. Если продукт предназначен дл  перевозки или хранени , необходимо его высушивание. Высушенш продукт упаковываетс , например, в меппси или собираетс  в бо;пьшие емкости, удобные дл  перевозки. На фиг. 1 изображена схема примен емой -установки, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сбоку. Установка содержит сосуд 1 дл  проведени  гидролиза, размещенный между индукторами 2. В пространстве между двум  плос кими индукторами в результате сложени  .двух бегущих электромагнитных полей создаетс  результирзпгадее вращающеес  электромагнитное поле. Дл  получений вращающихс  злектрот магнитных полей различной частоты индукторы подключают к преобразовател м частоты. Изменение напр ;кенности электромагнитного пол  достигаетс  как варьированием тока В обмотках индуктора, так и рассто нием между индукторами. Пример 1. Пшеничную солом измельчают до частиц размером 0,2 мм и подвергают щелочному гидролизу при рН 11,5, при и давлении 1,4 ата в течение 16 мин при воздействии электромагнитных полей частотой 625 Гц и напр женностью пол  4850 Э. Провод т обработку по предлагае мому способу. Выход редуцирующих веществ составл ет до 10,2% от сухого веса соломы. .Пример 2. Пшеничную солом измельчают до частиц размером 1,0 мм и подвергают ф ерментативному гидролизу при рН 4,5, при 45 С и давлении 1,2 ата в течение 20 ми с наложением электромагнитных поле , частотой 400 Гц и напр женностью пол  8000 Э. В качестве фермента добавл ют пектофоэтидин в количестве 0,1% к сухому весу соломы. Проведение обработки по данному способу позвол ет получить выход . редуцирующих веществ до 11,0% от сухого веса соломы. П р и м е р 3. Пшеничную солом измельчают до частиц размером 0,8 мм и подвергают кислотному гид ролизу при tlO С и давлении 1,5 ат в течение 20 мин при воздействии электромагнитных полей частотой 1025 Гц и напр женностью пол  5050 Провод т обработку по предлагае мому способу. .Выход редуцирующих веществ до 11,3% от сухого веса соломы. Пример 4. Предварительно измельченное до размеров 10-20 мм древесное сырье (смесь березы и со ны в весовом соотношении 1:2) гомогенизируют до коллоидных размеров.I Затем частицы растительного сырь  перемешивают с водной суспензией, содержащей металлический и кислотный катализаторы. В качестве катализатора используют марганец в количестве 0,2% от сухого веса растительного материала. В качестве кислотного катализатора используют серную кислоту при соотношении сырь  и кислоты, равном 35:65 (вес.%). Затем смесь подвергают окислению и гидролизу с одновременным воздействием наложенных вращающихс  электромагнитных полей, создаваемых встречно бегзгащми электромагнитными пол ми частотой 50 Гц и напр женностью пол  100 Э, при давлений 1,0 ата и температуре 135 С в течение 25 мин. В зону действи  пол  помещают покрытые пластмассовой оболочкой ферромагнитные частицы размером 3,0 мм. Врем  обработки смеси в электромагнитном поле 12 мин Смесь из окислйтел -гидролизатора поступает на нейтрализацию кислотных катализаторов, которую осуществл ют аммиачной водой до доведени  рН 6,07 ,0. Проведение обработки по предлагаемому способу позвол ет расщепить 94,8% содержащейс  в сьфье целлюлозы и получить 18,1% фурфурола. 13,4% органических кислот, а также 21,8% моносахаридов в пересчете на содержание целлюлозы в сырье. Пример 5. Древесное сырье (смесь березы и сосны в весовом соотношении 1:2) подвергают технологической переработке аналогично примеру 1, за исключением того, что частота электромагнитного пол  составл ет 1025 Гц, а напр женность пол  5050 Э. Проведение,обработки по предлагаемому способу позвол ет расщепить 97,2% содержащейс  в сырье целлюлозы и получить 19,3% фурфурола, 15,2% органических кислот, а также 22,5% моносахаридов в пересчете на содержание целлюлозы в сырье. П р и м е р 6. Древесное сырье (смесь березы и сосны в весовом соотношении 1:2) подвергают технологической переработке аналогично примеру 1-2, за исключением того, что частота электромагнитного пол 

71

составл ет 2000 Гц, а напр женность пол  40000 Э.

Проведение обработки по предла гаемому способу позвол ет расщепить 95,1% содержащейс  в сырье целлюлозы и получить 18,7% фурфурола, 14,2% органических кислот, а также 22,0% моносахаридов в пересчете на содержание целлюлозы в сьфье.

Положительный эффект предлагаемо:го .состоит в повьшении степени расщеплени  целлюлозы, а также в увеличении выхода фурфурола, органи-г ческих кислот и моносахаридов при , снижении давлени  в 3-9 раз. i В табл. 1 приведены сравнительные данные проведени  гидроли з

997978

древесины и соломы по. предлагаемому и известному способам. При использовании предлагаемого

-способа значительно з еличиваетс  5 выход редуцирующих веществ и количество расщепившейс  целлюлозы, что повышает, например, .технологические показатели процесса выращивани  . гидролизных дрожжей, используемых в 10 качестве кормовой добавки. . . В табл. 2 приведены сравнительные данные получени  кормовых дрож . жей на гидро изате смеси древесных

опилок и отходов, производства переработки льна в весовфм соотношении соответственно 38:-1 - 20:1 по предлагаемому и известному способам.

Таблица )

Весовое соотношение древесные опилки отходы производства переработки льна

20:1 25:1 30:1 35:1 38:1

Т а б л и ц :а 2

; Выход дроласей,; %, йо

известному

предлагаемому

52,1 54,8 56,3 58,7 58,9

Claims (1)

1. СПОСОБ·ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, включающий обработку измельченного исходного материала под давлением в присутствии катализаторов, о тличачощийся тем, что, с целью повышения степени гидролиза, обработку сырья проводят при давлении 1-2 ата во вращающихся электромагнитных полях, создаваемых встречно бегущими электромагнитными волнами, генерируемыми с частотой 50-2000 Гц, при напряженности поля 100-10000 Э.

   CZJ