Способ получения ксилита из водного раствора ксилозы

 

Способ получения ксилита из водного раствора ксилозы, который включает стадии ферментации указанного водного раствора ксилозы с помощью штамма дрожжей, способных превратить свободную ксилозу в ксилит и свободные гексозы, присутствующие в указанном растворе, в этанол в течение времени, достаточном для получения ферментационного раствора, содержащего ксилит, и разделения одной или нескольких обогащенных ксилитом фракций и указанного ферментационного раствора методом хроматографического разделения. 22 з.п.ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к способам получения ксилита из водного раствора ксилозы, в частности из гидролизатов гемицеллюлозы, а именно к способам получения ксилита путем ферментации биомассы (гидролизатов гемицеллюлозы) с помощью штамма дрожжей, способного превратить свободную ксилозу в ксилит и свободные гексозы, и обогащения раствора ксилита путем хроматографического разделения фракций.

Пятиатомный спирт ксилит представляет собой сахарный спирт, образующийся при восстановлении ксилозы (C₅H₁₀O₅). Ксилит - это встречающийся в природе, содержащий пять атомов углерода сахарный спирт, который обладает такой же сладостью и калорийностью, что и сахар (4 ккал/г).

Ксилит найден в небольших количествах во многих фруктах и овощах и образуется в организме человека в процессе нормального обмена веществ. Ксилит обладает некоторыми известными метаболическими, зубными и техническими свойствами, которые делают его во многих случаях привлекательным заменителем сахара.

Ксилит принимает участие в обмене веществ независимо от инсулина, поэтому может безопасно усваиваться неинсулинозависимыми диабетиками. Кроме того, доказано, что ксилит задерживает процесс пищеварения и, вероятно, подавляет аппетит, что может использоваться в диетах для снижения веса.

Ксилит также не вызывает кариес и, вероятно, даже обладает кариостатическими свойствами. В полости рта сукроза и другие карбогидраты ферментируют под действием мутантов стрептококка и других бактерий, образуя кислоту, что приводит к снижению ph, деминерализации зубной эмали и кариесу зубов. Однако стрептококковые мутанты и другие бактерии не ферментизируют ксилит, что в результате не приводит к появлению кислых побочных продуктов ферментации, которые способствуют разрушению зубов.

В результате исследований получены также данные, которые позволяют предположить, что ксилит может даже активно подавлять образование новых центров кариеса и восстанавливать существующие повреждения за счет индуцирования процесса реминерализации.

Что касается вкусовых качеств, ксилит обычно не дает неприятного послевкусия подобно другим заменителям сахара и вследствие высокой энергии, требуемой для растворения одного грамма ксилола, создает приятный эффект "охлаждения" во рту.

Несмотря на преимущества ксилита, использование его в промышленном масштабе ограничивается его относительно высокой стоимостью, связанной с трудностями его промышленного производства. Ксилит обычно получают из ксилансодержашего материала, в частности гидролизатов гемицеллюлоз. Гемицеллюлозы представляют собой большую группу хорошо характеризуемых полисахаридов, обнаруживаемых в оболочках первичных и вторичных клеток всех наземных и пресноводных растений. Гемицеллюлозы состоят из остатков сахаров и помимо D-ксилозы содержат D-маннозу, D-глюкозу, D-галактозу и D-арабинозу.

В известных способах ксилит получают из ксилансодержащего материала путем гидролиза этого материала, в результате которого образуется смесь моносахаридов, в том числе ксилоза. Ксилоза превращается в ксилит, как правило, в присутствии никелевого катализатора, такого как никель Ренея.

Известен целый ряд способов получения ксилозы и/или ксилита из ксилан-содержашего материала. В число таких известных способов входят способы, раскрытые в пат. США 3784408 (Jaffe с соавт.), пат США 4066711 (Melaja с соавт. ), пат США 4075405 (Melaja с соавт.), пат США 4008285 (Melaja с соавт.) и пат США 3586537 (Steiner с соавт.).

Однако эти известные способы представляют собой сложные многостадийные процессы, которые относительно дороги и неэффективны. В этой связи одной из основных проблем известных решений признается необходимость эффективного и полного разделения ксилозы и/или ксилита и полиолов и других побочных продуктов гидролиза с целью получения ксилита достаточной степени чистоты.

Чтобы решить эту фундаментальную проблему, обычно требуются многостадийные методы разделения, включая механическое фильтрование и хроматографическое разделение. Кроме того, известные технические решения предусматривают использование других методов очистки, таких как использование кислот для осаждения лигнинов, что обычно увеличивает продолжительность и затраты на производство ксилита в промышленном масштабе.

Известно, что некоторые виды дрожжей содержат фермент ксилозоредуктазу, который катализирует восстановление D-ксилозы в ксилит на первой стадии метаболизма D-ксилозы. В исследованиях, проведенных в экспериментальном масштабе, использовали клетки дрожжей, способные ферментировать D-ксилозу, или бесклеточные экстракты, содержащие ксилозоредуктазу, с целью получения ксилита из обогащенного D-ксилозой исходного материла (Cong, et al., Quantitative Production of Xylitol From D-Xylose By a High Xylitol Producing Yeast Mutant Candida Tropicalis HXP2, Biotechnology Letters, v. 3, N 3, 125 - 130 (1981); Kitpreechavanich, V. et al.: Conversion of D-Xylose Into Xylitol By Xylose Reductase From Candida Pelliculosa Coupled With the Oxidoreductase System of Methanogen Strain HU, Biotechnology Letters, v. 10, 651 - 656 (1984); McCracken and Gong, Fermentation of Cellulose and Hemicellulose Carbohydrates by Thermotolerant Yeasts, Biotechnology and Bioengineering Symp. N 12, p. 91 - 102 (John Wiley & Sons 1982).

В патенте США N 3627636 описан способ получения ксилита из гемицеллюлозных материалов посредством трехстадийного процесса, предусматривающего ферментацию материала гексозоферментирующими дрожжами, которые инертны к пентозе, катионобменную и анионобменную хроматографию и гидрогенизацию полученного вытекающего потока для превращения ксилозы в ксилит.

В соответствии с этой публикацией дрожжевая ферментация используется для удаления гексозы из растворов, содержащих ксилозу. Очищенный раствор ксилозы далее очищают посредством ионообмена и ксилозу восстанавливают до ксилита посредством каталитической гидрогенизации, а затем ксилит кристаллизуют из водного раствора метанола.

Этот способ не улучшает известные технологии, поскольку стадия превращения ксилозы в ксилит является обычной процедурой гидрогенизации. Хотя известны штаммы дрожжей, способные производить ксилит из продуктов ферментации D-ксилозы с высоким выходом, полный процесс получения ксилита из, например, биомассы гидролизатов гемицеллюлозы, которая содержит помимо гексоз и других примесей ксилозу, в промышленном масштабе в известных технических решениях не раскрыт.

В данном изобретении раскрыт простой и эффективный способ получения чистого ксилита из содержащего ксилозы исходного материала, который предусматривает использование штаммов дрожжей, обеспечивающих превращение ксилозы в ксилит и большинство гексоз - в этанол; в результате процесса ферментации при pH 3 - 9 в течение достаточного времени образуется обогащенный ксилитом раствор, из которого можно легко и эффективно извлечь ксилит без привлечения для этого многочисленных и дорогостоящих разделительных устройств. Обычно ксилит можно выделить посредством одностадийного хроматографического разделения и последующей кристаллизацией, в результате чего образуется чистый ксилит. Небольшие количества этанола легко удаляются при выпаривании или аналогичной обработке, что позволяет избежать привлечения дорогих методов разделения ксилита и гекситов и других сахаров, образующихся при гидролизе и традиционном гидрировании и содержащихся в обогащенном ксилитом растворе.

Изобретение предлагает способ получения практически чистого ксилита из водного раствора ксилозы, который также может содержать гексозы, такие как глюкоза, а также другие примеси. Кроме того, предлагается ферментировать указанный раствор с использованием штамма дрожжей, способных превратить практически всю указанную свободную ксилозу в ксилит, а большинство указанных V-свободных гексоз V в этанол. Продукт ферментации очищают путем удаления клеток дрожжей из раствора фильтрованием, центрифугированием или другим приемлемым методом и путем удаления этанола выпариванием или перегонкой. В результате хроматографического разделения получают обогащенную ксилитом фракцию (или фракции), из которых можно кристаллизовать чистый ксилит.

В некоторых случаях используют предварительную обработку водного раствора ксилозы. Процесс такой предварительной обработки может включать постгидролиз и/или стадии разделения с целью удаления компонентов, которые могут быть токсичными и/или опасными для дрожжей, используемых для превращения ксилозы в ксилит, или других примесей, которые могут отрицательно повлиять на последующую ферментацию и стадии разделения. Стадии такой предварительной обработки могут включать методы хроматографического разделения.

Изобретение предусматривает использование дрожжей, способных восстановить ксилозу в ксилит и гексозы в этанол. Такие дрожжи включают, но не ограничиваются этим, дрожжи рода Candida, Pichia и Pachysolen и Debaryomyces.

Из этих родов предпочтительными являются Candida и Debaryomyces, причем особенно предпочтительными являются Candida Tropicalis и Debaryomyces hausenii. Хорошим примером является штамм Candida tropicalis, хранящийся в Американской коллекции ATCC с депозитарным номером 9968.

A. Общая часть.

1. Исходные материалы Исходные материалы, используемые в способе по изобретению, включают почти все ксилансодержащие материалы. Перспективные исходные материалы включают лиственные деревья (такие как береза, бук, тополь, ольха и т.п.) и такие культуры или части растений, как кукуруза или маис, овсяная шелуха, кочерыжки кукурузных початков и стебли, ореховая скорлупа, солома, шелуха семян хлопчатника. Когда в качестве исходного материала используют древесину, то предпочтительно ее измельчают в щепу, опилки, стружку и т.п. и подвергают гидролизу, или ударной паровой обработке и гидролизу, что приводит к образованию гемицеллюлозного материала, который может быть использован в данном изобретении.

Помимо вышеперечисленных материалов эффективным сырьем являются обогащенные ксиланом или ксилозой побочные продукты процессов переработки древесины. Например, отработанный раствор, образующийся в качестве отхода производства древесной пульпы сульфитным способом (известный как "сульфитные отработанные щелоки") содержит нерастворимые компоненты древесины, лигнины, гексозы и пентозы, включая ксилозу, и является эффективным сырьем для производства ксилита. При этом можно использовать и другие побочные продукты или отходы, образующиеся при переработке бумаги или древесины и содержащие ксилан или ксилозу.

Для того, чтобы осуществить способ по изобретению требуется водный раствор, содержащий свободную ксилозу. Поэтому может потребоваться гидролиз исходного материала под действием кислот или энзимов, чтобы разрушить ксилан до ксилозы. Например, в патентах США N 3 784 408 (Jaffe с соавт.) и N 3 586 537 (Steiner с соавт.) раскрыты способы гидролиза ксилансодержащего материала, в результате которого образуются обогащенные ксилозой растворы.

2. Ферментация содержащих ксилозу водных растворов При необходимости перед процессом ферментации сырье может быть обработано с целью удаления любых загрязняющих примесей, которые могут оказаться токсичными или каким-то образом опасными для дрожжей, используемых для ферментации. Необходимость такой предварительной обработки определяется природой используемого сырья, и дрожжей, которые будут использованы для осуществления процесса ферментации. Приемлемые процессы предварительной обработки сырья могут включать пост-гидролиз и/или стадии разделения. Концентрация ксилозы в водном растворе, приемлемом для ферментации, зависит от используемого сырья, но предпочтительно она лежит в пределах примерно 50 - 300 г/л.

Для осуществления процесса ферментации в данном изобретении используют штамм дрожжей, которые обладают способностью превращать ксилозу в ксилит, а большинство гексоз - в этанол. Этанол удалять выпариванием, перегонкой или другими известными приемами значительно проще и эффективнее, чем разделять ксилозу и/или ксилит и другие сахара.

Примером штамма дрожжей, которые приемлемы для этих целей, является Candida tropicalis ATCC 9968. Другие штаммы дрожжей включают представителей рода Candida, Pichia Pachysolon и Debaryomyces (см. N.J.W. Kregr-van Rij, The Yeast, A Taxonomis Stuty, 3ed, Elsivier Science Publishers. B.U., 1984), которые способны превращать ксилозу в ксилит и гексозы в этанол.

Перед ферментацией обогащенный ксилозой раствор может быть подвергнут хроматографическому разделению с целью удаления более крупных молекул и ионизированных веществ, когда в качестве сырья используют жидкости низкой степени чистоты. Например, доферментационное хроматографическое разделение может оказаться предпочтительным, когда в качестве сырья используют отработанные сульфитные щелоки.

Ферментация обогащенного ксилозой раствора может происходить практически в любом промышленном ферментаторе периодического типа, снабженного аэрацией, и предпочтительно мешалкой и pH-метром; например Биостат Брауна [модель # E] . Предпочтительная температура ферментации лежит в пределах примерно от 20^oC примерно до 40^oC, при этом особенно предпочтительной является температура порядка 30^oC. В обогащенный ксилозой раствор вводят дрожжевые клетки; обычно чем выше концентрация дрожжей, тем быстрее протекает процесс ферментации. Оптимальная концентрация дрожжей зависит от раствора ксилозы и его свойств и концентрации ксилозы в растворе. Нами установлено, что предпочтительно вводить дрожжевые клетки при концентрации в пределах примерно от 0,1 примерно до 10 г сухих дрожжей на литр субстрата, когда концентрация ксилозы составляет примерно от 50 до 300 г/л.

Процесс ферментации ускоряется при добавлении питательных веществ и протекает до тех пор, пока большинство ксилозы не превратится в ксилит и практически все гексозы - в этанол; как правило, ферментация длится примерно 24 - 144 ч, при этом особенно предпочтительна длительность ферментации примерно 24 - 72 ч. Способом по изобретению можно превратить в ксилит более 90% ксилозы.

3. Пост-ферментационная очистка и выделение ксилита После ферментации раствор осветляют к моменту выделения ксилита. При периодической ферментации дрожжевые клетки удаляют после завершения ферментации. Удаление дрожжевых клеток может быть осуществлено центрифугированием, фильтрованием или аналогичными приемами. Как только, дрожжевые клетки удалены и раствор осветлился, этанол, образовавшийся в результате ферментации, можно выпарить, отогнать или удалить другим способом на этой стадии.

После удаления дрожжевых клеток (и по-возможности, этанола) концентрацию ксилита в ферментационном растворе повышают посредством хроматографического разделения. Такое хроматографическое разделение предпочтительно осуществляют в колонке, заполненной сульфированной полистирольной смолой, сшитой дивилинбензолом в форме соли щелочного/щелочно-земельного металла. Способ широкомасштабной хроматографии, пригодный для использования в этих целях, описан в патенте США N 3928193 (Melaja с соавт.) Хроматографическое разделение можно осуществлять непрерывным способом, использовав способ движущегося слоя, как раскрыто в патенте США N 2985589, а также вулканизированную ДВБ сульфированную полистирольную смолу.

Ксилит из обогащенных ксилитом фракций, образовавшихся после хроматографического разделения, может быть затем кристаллизован с высоким выходом с помощью обычных методов кристаллизации, включая кристаллизацию при охлаждении и кипячении. Если используют кристаллизацию при охлаждении, то в обогащенную ксилитом фракцию вводят кристаллы ксилита со средним диаметром порядка 30 мкм и постепенно снижают температуру раствора. Образующиеся в результате кристаллы, предпочтительно со средним диаметром порядка 250 - 600 мкм, отделяют центрифугированием и промывают водой с целью получения практически чистого кристаллического ксилита.

Б. Экспериментальная часть Пример 1. Получение ксилита из "сульфитного отработанного раствора".

Ксилит получили из "сульфитного отработанного раствора", образовавшегося при переработке твердой древесины, использовав ферментацию дрожжами Debarjomyces hausenii как штамма, который может ферментировать ксилозу в ксилит и большинство гексоз в этанол. Загрузку сульфитного отработанного раствора (от производства березовой пульпы) с pH 2,5 - 3,5 ввели в хроматографическую колонку, содержащую сульфонированную полистирол-дивинилбензольную (6,5%) смолу в форме соли металла. Загрузочный объем составил около 400 л с содержанием сухого вещества около 40 мас.%. Сульфитный раствор элюировали из колонки при температуре около 65 - 75^oC водой. Полученная, обогащенная сахаром фракция была подвергнута методу газожидкостной хроматографии, давшим следующие результаты: Содержание сухого вещества - 30,4 м/м pH - 2,5 Кальций (Ca⁺⁺) - 2,0% по сухому веществу (далее с, в.) Натрий (Na⁺) - 0,1% по с. в.

Карбогидраты: Ксилоза - 39,3% по с. в.

Арабиноза - 1,0% по с. в.

Рамноза - 1,2% по с. в.

Глюкоза - 2,5% по с. в.

Манноза - 2,0% по с. в.

Галактоза - 2,0% по с. в.

Фракцию нейтрализовали с помощью оксида кальция примерно до pH 6,2 путем добавления 10 г CaO на 1 л фракции. Затем фракцию разбавили до концентрации 51 г ксилозы на 1 л раствора, а затем ферментировали дрожжевыми клетками. Ферментацию осуществляли в колбах (200 мл), установленных на "трясучке" при температуре примерно 25^oC в течение примерно 48 ч. Количество добавленных дрожжевых клеток составило 1,7 · 10⁸ клеток на миллилитр фракции, которые ввели в раствор для ферментации после первоначального выращивания в обогащенном ксилозой растворе. Дрожжевые клетки удалили через 48 часов путем центрифугирования и полученный прозрачный раствор подвергли хроматографическому разделению для выделения ксилита, образовавшегося в результате ферментации, в следующих условиях:
Содержание сухого вещества - 24,0 м/м
pH - 5,9
Карбогидраты:
Ксилит - 24,7% по с. в.

Ксилоза - 0,3% по с. в.

Глюкоза - 2,1% по с. в.

Арабиноза - 0,6% по с. в.

Стеарат кальция - 2,5% по с. в.

Колонка:
Диаметр - 10 см
Высота - 200 см
Смола: Церолит 225 полистирол-двб-катионообменная смола в кальциевой форме, средний размер частиц 0,32 сс, содержание дивинилбензола (ДВБ) 3,5%
Расход - 50 мл/мин
Температура - 65^oC
Объем сырья - 500 мл
На фиг. 1 представлен профиль элюирования из колонки. Из выходящего потока отбирали пробы и анализировали их на содержание сухого вещества и состав, как представлено ниже в табл. 1, при этом выходной поток разделяли на три части.

Кристаллизацию ксилита, полученного в результате ферментации описанным выше способом, осуществляли следующим образом. Обогащенную ксилитом фракцию получали, как описано выше. Использованная фракция ксилита имела следующий состав:
Содержание сухого вещества - 20 г на л
Ксилит - 86,6% по с. в.

Другие - 13,4% по с. в.

Из этого раствора ксилит выделяли методом холодной кристаллизации. Сначала раствор упаривали до содержания сухого вещества 86,6% и перелили его в кристаллизатор, снабженный охлаждающей системой и мешалкой. Первоначальная температура составляла примерно 65^oC и pH 5,3. В раствор ввели зародышевые кристаллы ксилита, суспендированные в изопропаноле, с диаметром кристалла приблизительно 30 микрон. Температуру снижали в течение 3 ч. примерно от 65 до примерно 50^oC. В этих условиях кристаллы ксилита выросли до среднего диаметра 250 мкм. Кристаллы отцентрифугировали от раствора и промыли водой. Полученные кристаллы состояли более чем на 99% из чистого ксилита.

Пример 2. Получение ксилита из березовой древесины, подвергнутой паровой ударной обработке.

Исходным материалом для этого примера был гидролизат березовой древесины, полученный методом парового удара, который подвергли постгидролизу для того, чтобы разрушить ксилан до свободной ксилозы. Ферментативный гидролиз осуществляли в реакторе с использованием 10 л разрушенного паром березового гидролиза с концентрацией 15% по сухому веществу, температуры 45^oC, pH, доведенного до 5, и скорости перемешивания 200 - 300 об/мин в течение 48 ч. Дозировка (геми)целлюлозы в форме ферментационного бульона Trichoderma reesei RUT 30 составляла 400 ед. бетаксилозидазы на грамм сух. веса.

Полученный раствор, обогащенный ксилозой, имел следующий состав:
Компоненты - Концентрация (г/л)
Ксилоза - 76
Глюкоза - 3,6
Рамноза - 1,3
Манноза - 2,1
Галактоза - 2,4
Арабиноза - 0,8
Всего сухой материал составил 15 мас.% от массы раствора.

Раствор ферментировали штаммом дрожжей Candida tropicalis ATCC 9963. pH раствора довели примерно до 6 путем добавления 25% NaOH, и инокулировали дрожжевым экстрактом 3 г/л; экстракт солода 3 г/л и пептон 5 г/л добавили в качестве питательных веществ. Посевную культуру получили путем выращивания дрожжей в 5%-ном растворе ксилозы, содержащей те же питательные добавки. В процессе ферментации температура составила порядка 30^oC. Ферментацию осуществляли в ферментаторе Braun Biostet (Модель # E), снабженном аэрацией (0,18 л/мин) и мешалкой (200 об/мин) и регулятором pH (25% NaOH) для поддержания pH 6; ферментатор имел рабочий объем 8 л и общий объем 10 л. Пенообразование регулировали с помощью пеногасителя марки Mazu 6000. Результаты анализа проб из ферментатора показаны в табл. 2. Состав проб из ферментатора определяли методом жидкостной хроматографии высокого разрешения.

Ксилит, содержащийся в полученном при ферментации растворе, сконцентрировали в обогащенные ксилитом фракции методом хроматографического разделения и кристаллизовали, в результате чего получили ксилит 99% чистоты, как и в примере 1.

Пример 3. Получение ксилита из березовой древесины, подвергнутой паровому удару.

В примере 3 в качестве исходного материала использовали подвергнутый паровому удару пост-гидролизат березовой древесины согласно параметрам, рассмотренным в примере 2. Раствор имел следующий состав:
Компонент - Концентрация (г/л)
Ксилоза - 110,0
Глюкоза - 3,1
Рамноза - 3,5
Манноза - 3,4
Галактоза - 1,5
Арабиноза - 1,6
Общая концентрация сухого вещества составила 15 мас.%
До ферментации раствор подвергали хроматографическому разделению с целью удаления большинства крупных молекул и ионизированных веществ. Хроматографическое разделение проводили на колонке, заполненной AMBERLITE BH-1 (полистирол-дивинилбензольная) смола в натриевой форме.

Были выполнены следующие условия:
Смола: AMBERLITE BH-1 сульфированный полистирол, сшитый дивинилбензолом в 5,5% двб в натриевой форме.

Размер частиц 0,40 мм.

Диаметр колонки 0,225 м и высота 5,0 м.

Температура: 65^oC
Расход: 0,04 м³/ч
Сырье: 18 л раствора, концентрированного до 31,2 мас.%.

Результаты хроматографического разделения, описанного выше, графически показаны на фиг. 2. Пробы отбирали через каждые 5 мин. Суммарная продолжительность технологического цикла составила 170 мин. Исходный раствор, подаваемый в разделительную колонку, имел следующий состав:
Арабиноза - 0,6% по с.в.

Рамноза - 0,5% по с.в.

Ксилоза - 37,8% по с.в.

Манноза - 1,2% по с.в.

Галактоза - 1,6% по с.в.

Глюкоза - 1,6% по с.в.

Другие - 57,3% по с.в.

Элюент разделили на 5 фракций. Фракцию 2 в процессе не использовали и фракцию 4 собрали для проведения стадии ферментации. Остальные фракции вернули в исходный раствор для хроматографического разделения с целью увеличения выхода разделения. Состав фракций приведен ниже в табл. 3.

Ферментацию осуществляли с помощью дрожжевых клеток Candida tropicals, как и в примере 2. Результаты ферментации показаны графически на фиг. 3. Выход ксилита достиг более 90 г/л из 100 г/л ксилозы. В качестве питательной среды в этом эксперименте использовали (Cistex) дрожжевой экстракт 15 г/л. Инокулят выращивали в гидролизате, разбавленном водой (1/10), и содержащем 3% глюкозы и 3% дрожжевого экстракта.

Из обогащенного раствора ксилит извлекали методом хроматографического разделения на пилотной колонке со следующими характеристиками:
Колонка: высота 4,5 м, диаметр 0,225 м.

Смола: сульфированный полистирольный полимер, сшитый 5,5% дивинилбензола. Средний размер частиц 0,37 мм в натриевой форме.

Расход: 0,03 м³/ч.

Температура: 65^oC.

Исходный раствор: 24 г кг 24 мас.% раствора (сухое вещество 5,76 кг).

Ксилит - 64,0% по с.в.

Ксилоза - 2,0% по с.в.

Арабиноза +
Манноза - 1,4% по с.в.

Галактоза+
Рамноза - 1,2% по с.в.

Глюкоза - 0,4% по с.в.

Маннитол - 0,9% по с.в.

Другие - 30,1% по с.в
Результаты разделения представлены графически на фиг. 4. При этом получено пять фракций. Их состав представлен ниже в табл. 4. Фракция N 4 представляла собой целевую фракцию, из которой кристаллизовали чистый ксилит, как описано в примере 1.

Пример 4. Кристаллизация ксилита из раствора ферментации.

Раствор
Ксилит кристаллизовали из обогащенного ксилитом раствора, полученного при хроматографическом разделении из раствора ферментации. Раствор, который содержал 82,5% ксилита по сухому веществу, выпаривали при 65^oC до концентрации 92%. В 2200 г выпаренного раствора ввели 0,04 мм зародышевых кристаллов ксилита. Количество зародышеобразователей составило 0,03%. Температуру раствора снизили до 45^oC в течение 55 ч в соответствии с заранее выбранной программой.

T = T₁-(t:t¹)²·(T₁-T₂)
где
T = температура раствора, ^oC;
T₁ - температура при введении зародышеобразователей (65^oC);
T₂ = конечная температура (45^oC);
t = время от введения зародышевых кристаллов, в ч;
tl = общая продолжительность кристаллизации (55 ч).

Кристаллизацию осуществляли в вертикальном кристаллизаторе, снабженном мешалкой. Кристаллы отделили от раствора центрифугированием (5 мин; 2000 г) и промыли водой. Полученные кристаллы имели размер по медиане 0,37 мм и чистоту 99,4% (ЖХВР).

Рассмотренные выше общие вопросы и экспериментальные примеры являются чисто иллюстративными с точки зрения существа предлагаемого изобретения и их не следует рассматривать как ограничительные, при этом возможны различные отклонения в пределах существа и объема прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Способ получения ксилита из водного раствора ксилозы путем ферментирования указанного раствора и последующего выделения ксилита, отличающийся тем, что ферментирование водного раствора ксилозы осуществляют с помощью штамма дрожжей, способных превратить свободную ксилозу в ксилит и свободные гексозы, присутствующие в данном растворе, в этанол, при pH от 3 до 9 и в течение периода времени, достаточного для максимального обогащения раствора ксилитом, после чего осуществляют хроматографическое разделение фракций с отделением обогащенной ксилитом фракции с последующим извлечением ксилита (в данный пункт для логического завершения процесса перенесен признак из п.6 формулы изобретения заявителя, поэтому п.6 исключен).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют штамм дрожжей, относящийся к роду Candida или Debaryomyces.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют штамм дрожжей, относящийся к Candida tropicalis.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют штамм дрожжей Candida tropicalis ATCC 9968.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют штамм дрожжей, относящийся к Debaryomyces hansenii.

6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что ксилит из обогащенной им фракции извлекают путем кристаллизации.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ферментирования исходного раствора ксилозы осуществляют при температуре примерно 30^oС.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ферментирования исходного раствора ксилозы осуществляют в течение примерно 48 ч.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что после завершения ферментирования и перед хроматографическим разделением фракций дрожжевые клетки удаляют центрифугированием.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что после завершения ферментирования ксилозы и перед хроматографическим разделением фракций дрожжевые клетки удаляют фильтрованием.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при указанном хроматографическом разделении фракций в качестве сорбента для колонки используют катионообменную смолу.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве катионообменной смолы используют поперечносшитый дивинилбензолом сульфированный полистирол.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве элюента при хроматографическом разделении используют воду.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водного раствора ксилозы используют гидролизат гемицеллюлозы.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве водного раствора ксилозы используют обогащенную ксилозой фракцию отработанного сульфидного щелока.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что образующийся этанол по завершении ферментирования удаляют выпариванием или отгонкой.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ферментирования ксилозы ведут при концентрации ее в среде от 50 до 300 г/л.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферментирование осуществляют при pH примерно 5 - 7.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферментирование проводят при температуре примерно 10 - 45^oС.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что ферментирование проводят при температуре примерно 25 - 35^oС.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферментирование проводят в условиях ограниченной подачи кислорода.

22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед началом процесса ферментирования от исходного раствора ксилозы отделяют компоненты, могущие быть токсичными для используемых дрожжей.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что указанные токсичные компоненты отделяют хроматографическим путем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5