Способ гидролиза растительного сырья

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 13 К 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ ""

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3831739/).3-28 (22) 29.12.84 (46) 30.05.86. Бюл. У 20 (71 ) Ленинградская ордена Ленина лесотехническая академия им. С.N. Кирова (72) А.Т. Порубова и С.А. Сапотницкий (53) 633.534 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1082819, кл. С 13 К 1/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 745957, кл. С 13 К !/02, 1978.

„„SU„„1 4427 А 1 (54 ) (57 ) СПОСОБ Г11ДРОЛИЗА РАСТ11Т1."!ПНОГО СЫРЬЯ, предусматривающий предварительное эамораживание сыръя в присутствии водного раствора серной кислоты, последующее раэмораживание и выделение целевого продукта с помощью промывки его горячей водой, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса гидролиэа и повьнления качества гидролизата и выхода целевого продукта, замораживание осуществляют при температуо ре от -40 до -70 С, концентрации раствора серной кислоты 1-3Х и гидромодуле 7-9.

1234427

:,,- .пению в массе сырья, что улучшает

:;..птакт между катализатором и нов

>ерхностыо растительного сырья, Боль 111>е злияние оказывает образование

=..apIIb1õ матриц с наличием в них жид.с-,"-«. микрофаз содержащих серную киси;-.ту гораздо большей концентрации, та, что вгедена в раствор (,за

-1 I вь1мораживания во,цы). При такой

: =. ý1>ooòice также резко меняются свой— . а с".ìîé воды (удельная электро—

::роводность, .вязкость, диэпектрическая проницаемость и т.д.). Все эта способствует полному разрыву гликозидных связей пописахаридов при замораживании, т.е, резко повышается

".пень и скорость процесса гидроли:-.а, который проходит уже прн низкогемпературной обработке с серной кислотой. Гицролизат получ"-ется более чистым и с высоким содержанием РВ, что влияет на выход и качество целеЗ5 вого продукта.

Пример 1. В работе использо—

> ны опилки Ленинградского гидролиз.-1ого завода влажностью 507. Замора:;-.иванне образцов проводят в сосуде . 11.:.>-apa, в качестве охлаждающет о агента используют ацетон и сухой лед.

Образец древесных опилок в коли- ;.стве 100 г заливают раствором 0,5%ной серной кислоты при гидромодуле 6

Изобретение относится к гидролизной промьпцленности, преимущественно к гидролизно-дрожжевому производству, и может быть использовано для получения гидролизатов с вь>соким содер>канием РВ.

1!елью изобретечия является упрощен 1е процесса гицролиза и повышение качества гидролизата и выхода целевого продукта. 10

Способ осуществляют следуюш>им образом.

Растительное сырье смешивают с раствором серной кислоты, заморажир.,.-Iÿò при пониженной температуре 15

1 от -40 до -70 С) и выдерживают в замороженном состоянии в течение определенного времени. Далее сырье размораживают и про1ьывают горячей воцой.. 20

На стадии замораживания происхо;,тит разрушение клеточных оболочек и увеличение доступной для кислоты поверхности. Кроме того, введение

:<ислоты на стадии замораживания при- >5 годит к более раномерному ее распреи помещают в сосуд Дьюара с охлаж— дающей смесью. Замораживание провоо, дят при -40 С в течение 6 ч. Затем а опилки размораживают при 20 С, отбирают полученнь1й pacтвор ii тщательно промыва1от древесный остаток горяCI чей водой при 90 С. В полученном растворе определяют РВ, а в древесном остатке — содержание легко- и трудногидролизуемых полисахаридов.

Пример ы 2-4. 100 г опилок заливают 0,5%-ной серной кислотой при модулях, соответственно, 7, 8 и

9 и замораживают в сосуде Дьюара о при -40 С в течение б ч. Далее способ осуществляют как в примере 1.

Пример ы 5-7. Выполя>отся также, как примеры 2-4, но опилки заливают 1%-ной серной кислотой при модулях 6> 7 и 8 соответственно.

11 р и м е р ы 8-12. Выполняются так><е, как примеры 2-4, но опилки заJIFIB HIoT 2, э% IioH OPpFIQFi KHcsio TOFF TIpFI модулях 6, 7,, 8 и 9 соответственно.

Пример ы 13-16. Выполняются также, как примеры 2-4, но опилки заливают 3%-ной серпой кислотой при модулях 6> 7, 8 и 9 cooièåòñòâåiiío, Пример ы 17-20. Выполняются также, как примеры 2-4, но опилки заливают 4%-ной серной кислотой при модулях 6, 7, 8 и 9 соответственно.

Данные, характеризующие зависимость выхода РВ от значений модуля и концентрации серной кислоты, приведены в табл„ 1.

П р и и е р 21, 100 г опилок заливают ?,57- — ным раствором серной

1кислоты при модуле 8. Помещают в соо суд Дь1аара и замораживают при -50 С.

Палее г;.роцесс осуществляют, как в

11римере 1.

П р и и е р ы 22-24. Выполняются также, как пример 21, но заморажи— о

aaIIFIe ведут при -60, -70 и -80 С соотнетст:;,åнно.

П р и м e p 25 (прототип). 100 г

oIIK7oIc с faUHHaIOT 1 07.-ной серной кис лотой при модуле 0,5 и заморажива—

1от при.-4 С в течение 10 дней. За— тем раэморажпвают, промывают гсря— о чей водой при 100 С, после этого определяют содержание легко- и трудногидролизуемых полисахаридов в древесном остатке. сПример 26 (прототип). Опилки после обработки, проведенной как в примерс 25, подвергают гидролизу

1?34 при модуле 2, в течение 2 ч. Гидролиз н дне ступени. Вторая ступень осуществляется при температуре 190о

?00 С. В полученном гидролизате определяют 1 В, а в древесном остатке легко- и трудногидролизуемые полисахариды.

Данные, характеризующие выход

РВ от температуры зам >ражинания, приведены н табл. 2. 10

Пример 27. 150 мл гидролизата, получаемого по примеру 22, теро мостатируют при 90 С в -, ÷åíèå

20 мин в металлическом сосчде емкостью 540 мл. В качестве внутренне- 1S го стандарта добанляют 0,5 мл раствора пропилового спирта. После. установления динамического равновесия прокалывают нагретым шприцом резиновую прокладку н крышке сосуда, 20 отбирают пробу в количестве 3-5 мкл и вводят в испаритель хроматографа для определения содержания легко— летучих органических примесей МрТо дом ГЖХ-(ацетона, метанола, этанола). 25

Пример 28. Гидролизат, полученный по примеру 26 (прототип), готовят, как описано в примере 27, и определя1от содержание легколету— чих органических примесей 1,ацетона, 30 метанола, этанола).

Пример 29. 10 мл гидролизата, полученного по примеру 22, экстрагируют 5 раз этилацетатом.

Этилацетатные вытяжки объединяют и подсушивают прокаленным СаС1 н течение 30 мин. Этилацетат из образцов отгоняют на водяной бане. После отгонки в образцы вводят 0,4 мкл капроновой кислоты (внутренний стан- 40 дарт). Пробы н количестве 3-5 мкл вводят в испаритель хроматографа для определения продуктов деструкции сахаров (уксусной кислоты, левулиновой, фурфурола, оксиметилфурфурола). 4

Пример 30, 10 мл гидролизата, полученного в процессе гилролиза опилок по примеру 26 (прототип), анализируют методом ГЖХ, как в примере 29, на содержание продуктов

4?7 4 деструкции сахаров (уксусной и ленулиновой кислот, фурфурола, «ксиметилфурфурола).

Данные, характеризующие состав примесей н гидролизатах, приведены н табл. 3.

Пример 31. Гидролизат, полу1енный по предлагаемому способу (пример 22) без инверсии и аэрации, обогащают питательными солями, разбавляют водой до концентрации PB =

1,27, и на подготовленном таким образом субстрате выращивают дрожжи

Кандида Скоттии КС-2. Выращивание проводят на установке периодического действия.

П р е р 32, Гидролизат, полученный по примеру 26 (прoTo оип), иннертируют, продувают воздухом, нейтрализуют, обогащают питательными солями, разбавляют водой до концентрации PB = 1,2Х. Па подготовленном субстрате выращивают дрожжи Кандида Скоттии КС-2 на установке периодического действия.

Данные, характеризующие полученные дрожки, приведены в табл. 4, Как видно из полученных данных, предлагаемый способ позволяет получать гилролизаты с низким содержанием примесей, а татке повысить выход и качество получаемых на этих субстратах дрожжей.

Использование предлагаемого способа гидролиза растительного сырья обеспечивает упрощение процесса гидролиза за счет того, что гидролиз происходит уже на стадии заморажио нания при -60 С, что позволяет проводить 2-стадийный гидролиз (пентозный и гексоэный) в одну ступень и полностью исключить стадию термокаталитического гидролиза при повышенных температурах. Кроме того, увеличивается выход сахаров в про-.

J цессе гидролиза до 647, повышается выход дрожжей до 623 и увеличивается содержание белка до 557..

1234427

Т а б л и ц а I

Обработка сырья

Содержание

PB после трудногидролизуе.— обработки мых

47,4

Нет

)8,1

Прототип: обработка IOX-ной

Т--4 С, 10 дней, промывка горячей вадой

47,4

18,0

Нет

l0i3

47,4

8,0

М = 6

)1,8

6,5

)3,7

46,2

5,7

13,9

46,0

5,6

Я=9

16,5

45,) 4,2

18,5

44,2

3,2

1j = 7

42,7

2,5

М = 8

23,7

4I,7

26,7

38,7

))= 7

35,6

29,,0

35,0

29,0

i = 9

35,0

28,8

К = 6

35,0

28,8

М=7

33,7

28,5

33,0

28,5

М =- 9

Исходные опилки с Ленинградского гидролизного завода

Предлагаемый способ ."=- 40 С, 0,5Х-ная серная кислота ;-= — 40 С, 1,07.-ная сер,: н кислс та

Т-- -40 С, 2,5Х-ная серя кислота

Т= -40 С, 3,07.-ная серо ная кислота

Содержание полисахаридов в опилках 7. легкогидролизуемых

1234427

Продолжение табл.1

Содержание полисахаридов в опилках,X

Обработка сырья легкогидролизуемых трудногидролизуеMblX

29,7

27,8

M = 6

27,8

29,0

M--7

28,7

27,0

27,7

27,0

M = 9

Т а б л и ц а 2

Обработка растительного сырья

Содержание полисахарицов, Х легкогидролиэуе- трудногидро- . мых лизуемых

Ф

Прототип. Обработка 10Х-ной серной кислотой, T=-40 С, l.0 дней, промывка водой

47,4

18,0

Нет

Предлагаемый способ

Обработка 2,5-ной серной кислотой, M=8

40 C

Нет

35,9

50 С

10,5

54,8

Нет

60 С (оптимальный вариант) 64,6

1,0

Нет

Нет

Т = — 70 С

37,2

1,5

Т=-80С

26,8

l,4

Нет! ф

Для прототипа необходимо проводить 2-стадийный гидролиз при температуре о о на первой ступени 120 С, а на второй 190 С. В полученном гидролизате

PB = 29,8Х.

Т=-40 С, 4,0Х-ная серная кислота

Содержание

PB после обработки

Содержание

PB после обработки, %

1234427

Таблица 3

Гидролизат

Летучие органические компоненты, мг/л

Продукты деструкции сахаров, %

УксусЛеву лино ур- Окимеу- тилМета- Этанол

Ацетон ная нол кисловая сл фурфурол та кислота

22,3 67,0

Прототип

20 0,24 0,15 0,05 0,06 1,6

Педлагаемый

;.-.особ:

2,2

4,0 0,22

0,005

0,007

Таблица4

Полученные гидролизаты, 7.

Показатели

Предлагаемый . способ. Обработка 2,507.-ной серной кислоты, М=8

Т = -60 С, 6 ч, промывка горячей водой (90 С) Прототип. ., .ход биомассы, 7., 51,7

62,3 от РВ

Содержание протеина в биомассе, 7

50,3

Составитель А. Синицын

Техред В.Кадар

Редактор А, Долинич

Корректор Т. Колб

3 .:.аз 2954/31

Подписное .изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 обработка в

",5Z-ной сер. .о л кислоте, . !==8, Т=-60 С, Тираж 328

ВН1ППТИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Коллоидные вещества, г/л