Способ переработки растительного сырья

 

Использование: при переработке растительного сырья для получения различных кормовых продуктов на основе комплексного использования поликомпонентной растительной биомассы. Сущность изобретения: растительное сырье обрабатывают раствором кислоты в количестве 2 - 5 % от сырья, выдерживают при температуре 20 - 80^oC в течении 15 -120 мин, затем стационарно проводят экстракцию веществ водой при гидромодуле 4 - 10. Полученную смесь разделяют на жидкую фазу и смесь жидкой фазы с твердой.

Изобретение относится к способам переработки растительного сырья для получения различных кормовых продуктов на основе комплексного использования поликомпонентной растительной биомассы и, в частности, пентозансодержащего сырья. Изобретение может быть использовано в гидролизной, микробиологической промышленности и др. Растительное пентозансодержащее сырье: отходы сельского хозяйства пленки и оболочки зерен злаков (отруби), подсолнечная, рисовая, хлопковая лузга и др. виды содержат большое количество ценных легкорастворимых веществ, представляющих комплекс биологически активных компонентов и углеводов.

В связи с резким ухудшением сырьевых ресурсов, а также подорожанием энергетики, особую актуальность представляет разработка более простых, энергоемких технологий с рациональным использованием природных комплексов ценных поликомпонентов растительной биомассы.

Пентозансодержащее растительное сырье, такое как пшеничные, овсяные отруби, содержат азотсодержащие вещества, включающие ряд ценных аминокислот, минеральные вещества, содержащие макро- и микроэлементы, легкогидролизуемые пентозаны, достигающие до 40% от веса сырья, а также витамины. Известны способы извлечения экстрактивных веществ из растительного пентозансодержащего сырья, в котором сырье обрабатывают 2,0-30,0%-ным раствором серной кислоты в тонком слое при температуре 25-30^oC, далее проводят пропитку сырья водой при температуре 20-100^oC и гидромодуле 0,5-4, после чего проводят перколяционную экстракцию водой при 50-120^oC, гидромодуле 2-4 в течение 30-90 мин (авт.св.N787477, кл. C 13 K 1/04, 1980).

Этот процесс позволяет ускорить реакцию гидролиза пентозанов.

Известен способ получения экстрактивных веществ из пентазансодержащего сырья, используемых при выращивании дрожжей, который предусматривает двухстадийную обработку сырья раствором кислоты, а в процессе перколяции водой отбирают экстракт с биостимулирующими свойствами в количестве 1,2-1,8 гидромодуля (авт.св. N1546488, кл. C 13 K 1/04,1989).

Известен также способ получения экстрактивных биологически активных веществ и пентозных сахаров, в котором исходное сырье смачивают 2-15%-ным раствором серной кислоты при температуре 20-50^oC и далее экстрагируют при температуре 70-120^oC, а затем сырье обрабатывают 1,0-5,0%-ным раствором кислоты при температуре 100-135^oC с выдачей экстракта, после чего проводят гидролиз в течение 60 мин при температуре 120^oC и гидромодуле 1-3 (авт.св. N920071, кл. C 13 K 1/02,1981).

Недостатком указанных способов является сложность процесса при последовательном извлечении экстрактивных веществ и пентозных сахаров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения экстрактивных биологически активных веществ из растительного сырья, который осуществляется следующим образом. Растительная биомасса обрабатывается с концентрацией пентозных сахаров 0,5-4,0% и содержанием серной кислоты 2,0-25% в тонком слое при температуре 20-80^oC и гидромодуле 0,1-1,0, затем осуществляют полное пропитывание сырья и далее экстрагируют водой в условиях перколяции, при температуре 80-120^oC и гидромодуле 1-4.

Основным недостатком способа является то, что для введения пентозного гидролизата на обработку сырья необходимо предварительное проведение пентозного гидролиза, что осложняет и удорожает процесс из-за дополнительного расхода пара.

Задачей изобретения является упрощение технологии легкорастворимых компонентов растительной биомассы, снижение энергозатрат и комплексное использование всех компонентов растительной биомассы.

Поставленная задача решаема тем, что в способе переработки растительного сырья, включающем последовательную обработку его кислым раствором с последующей экстракцией водой, согласно изобретению, проводят смачивание сырья раствором кислоты в количестве 2-5% от сырья с последующей выдержкой при температуре 20-80^oC в течение 15-120 мин, а экстракцию водой осуществляют стационарно при гидромодуле 4-10, при этом полученную смесь разделяют на жидкую фазу, используемую для получения биологически активных веществ или кормовых дрожжей, и смесь жидкой фазы с твердой, используемой для получения кормового продукта.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: исходное сырье, например пшеничные отруби смачивают в тонком слое 2-10%-ным раствором серной кислоты в количестве строго заданного расхода 2-5% от сырья и выдерживают при температуре 20-80^oC в течение 15-120 мин. При этом в капиллярно-впитанной жидкости проходит взаимодействие серной кислоты с зольными элементами и частичная деструкция легкогидролизуемых пентозанов. Далее проводят растворение веществ и их экстракцию водой при стационарной обработке сырья водой в течение 60 мин, температуре 80-100^oC и гидромодуле 4-10. Эти операции позволяют совмещенно проводить процесс растворения экстрактивных веществ и легкогидролизуемых полисахаридов и получать концентрированные смеси в условиях гидромодуля 4-10.

Полученную смесь перерабатывают раздельно часть жидкой фазы в количестве 30-50% от общего объема может быть использована для получения биологически активных добавок или для получения кормовых дрожжей; вторая часть жидкой фазы совместно с твердой может быть использована для получения кормового продукта. В отдельных случаях возможна инверсия растворов при 100^oC в течение 60 мин и концентрации кислоты 10% Учитывая, что технология получения смеси предусматривает совмещение низкотемпературных процессов для их осуществления, не потребуется сложного оборудования и больших энергетических расходов. Разделение смеси на две фазы позволяет рационально использовать ценные компоненты растительной биомассы с получением биологически активных добавок или кормовых дрожжей, а на основе частично осахаренной или обогащенной протеином жидкой и твердой фазы получать кормовой продукт, т.е. комплексно использовать поликомпонентное растительное пентозансодержащее сырье. Одновременно достигаются более благоприятные экологические условия.

Пример 1. 50 г пшеничных отрубей смачивают 2%-ным раствором серной кислоты в строго заданном количестве 5% от сырья. Раствор серной кислоты подается путем тонкого распыления и при интенсивном перемешивании. Смоченное сырье выдерживают при температуре 20^oC в течение 120 мин. После этого проводят стационарную обработку сырья водой в течении 60 мин при температуре 100^oC и гидромодуле 10. Общий выход экстрактивных веществ и пентозных сахаров составляет 40,0% от массы абсолютно сухого сырья (в контроле 15,5%), т.е. повышается в 2,6, раза. Полученную смесь разделяют на жидкую фазу в количестве 50% от общего объема и направляют для получения биологически активной добавки, а смесь жидкой фазы с твердой в количестве 50% от общего объема направляют на получение кормового продукта. Таким образом, обеспечивается полная утилизация всех компонентов растительной биомассы в условиях ее комплексной переработки, при этом улучшаются экологические условия.

Пример 2. 50 г хлопковой лузги обрабатывают 10%-ным раствором серной кислоты в строго заданном количестве 3% от сырья. Раствор серной кислоты подается путем тонкого распыления и при интенсивном перемешивании. Сырье, смоченное раствором кислоты, выдерживают в течении 15 мин при температуре 80^oC. После этого проводят стационарную обработку сырья водой в течениие 60 мин при температуре 100^oC и гидромодуле 4. Суммарный выход экстрактивных веществ и пентозных сахаров составляет 35% от массы абсолютно сухого сырья (в контроле по известному способу 15,5%), т.е. повышение в 2,9 раза, затем полученную смесь разделяют на жидкую фазу, в количестве 30% от общего объема и используют как биологически активные добавки, а смесь жидкой фазы с твердой для получения кормового продукта.

Способ обеспечивает рациональное использование всех ценных компонентов растительной биомассы при улучшении экологических условий.

Пример 3. 50 г овсяных отрубей смачивают 5%-ным раствором серной кислоты в строго заданном количестве от сырья 2% Раствор серной кислоты подается путем пульверизации при интенсивном перемешивании. Смоченное сырье выдерживают при 80^oC в течение 120 мин. После этого проводят стационарную обработку сырья водой при температуре 100^oC и гидромодуле 7. Суммарный выход экстрактивных и пентозных сахаров составляет 45% от массы абсолютно сухого сырья (в контроле по известному способу 15,5%), т.е. повышается в 3,0 раза.

Полученную смесь разделяют на жидкую фазу в количестве 50% от общего объема и направляют для получения кормовых дрожжей, а смесь жидкой фазы с твердой в количестве 50% от общего объема обогащается протеином, путем ее ферментации и направляется для получения кормового продукта. Способ обеспечивает полную утилизацию поликомпонентного сырья, т.е. комплексную переработку растительной биомассы с улучшением экологических условий.

Экспериментально было установлено, что совмещение процессов получения экстрактивных веществ и пентозных сахаров при условии смачивания растительного сырья раствором серной кислоты и при выдержке с последующим стационарной обработкой сырья водой обеспечивает получение концентрированной смеси, содержащей до 30% пентозных сахаров от сырья.

Введение раствора серной кислоты на смачивание в строго заданном количестве обеспечивает лимитирование расхода дорогостоящего реагента и условия максимального связывания зольных элементов с кислотой и ее свободной сорбции.

В растительной биомассе после ее смачивания раствором кислоты с последующей стационарной обработкой водой изменяется надмолекулярная структура в направлении повышения пористости и нарушения прочности химических связей.

При смачивании сырья раствором кислоты в количестве менее 2% от сырья с последующей выдержкой при температуре 20^oC в течение 15 мин и при стационарной экстракции веществ водой при гидромодуле менее 4 не обеспечивается достаточно полного связывания серной кислоты с зольными элементами сырья, а также снижается количество легкорастворимых компонентов.

При смачивании сырья раствором серной кислоты в количестве свыше 5% от сырья с последующей выдержкой в течение 120 мин при температуре выше 80^oC и продолжительности более 120 мин, и с последующей стационарной экстракцией при гидромодуле более 10 не наблюдалось более эффективных положений по выходу экстрактивных веществ и процесс становится менее экономичен.

При комплексной переработке растительной биомассы пентозансодержащего сырья рационально используются все компоненты и достигается получения ряда ценных многокомпонентных добавок и кормовых продуктов, имеющих самостоятельное значение при их использовании. Одновременно является важным возможность получения более дешевого кормового продукта и лучших экологических условий.

Проведение совмещенных низкотемпературных процессов не потребует сложного оборудования и больших энергозатрат. На гидролизных заводах имеется все необходимое оборудование, которое в настоящее время простаивает из-за плохой реализации конечной продукции, из-за ее дороговизны, а также из-за нестабильности в снабжении сырьем и его высокой стоимости.

Применение более дешевых отходов зернового производства при комплексной их переработке по предлагаемой технологии может повысить рентабельность производства.

Формула изобретения

Способ переработки растительного сырья путем последовательной обработки его кислым раствором и экстракцией водой, отличающийся тем, что проводят смачивание сырья раствором кислоты в количестве 2 5% от сырья с последующей выдержкой при 20 80^oС в течение 15 120 мин, а экстракцию веществ водой осуществляют стационарно при гидромодуле 4 10, затем полученную смесь разделяют на жидкую фазу, которую перерабатывают на биологически активные добавки и кормовые дрожжи, и смесь жидкой фазы с твердой, которую перерабатывают на кормовой продукт.