Способ получения глюкозы из целлюлозосодержащего сырья, преимущественно отходов пивного производства

 

Изобретение относится к микробиологической, а также пищевой промышленности и может быть использовано при утилизации отходов, содержащих целлюлозу. Способ предусматривает предварительную обработку целлюлозосодержащего сырья, из которого используют ячменную или рисовую дробину, или хлопковый линт, или гузапаю для разрушения кристаллической структуры и увеличения его удельной поверхности. Эту обработку осуществляют путем экструзии. Полученный экструдат подвергают ферментативному гидролизу ферментными препаратами Asp. mix B 2000 или В1 mix или целловиридином Г20х, при массовом соотношении фермент: экструдат 1-3:1-9 соответственно. Предлагаемый способ является безотходным, экологичным и недорогим, характеризуется высокой степенью биоконверсии сырья при значительном сокращении времени, необходимого для ее осуществления. 5 табл.

Изобретение относится к микробиологической, а также пищевой промышленности и может быть использовано при утилизации отходов, содержащих глюкозу, для получения глюкозы.

Известен способ получения глюкозы, предусматривающий предварительную обработку целлюлозы концентрированными растворами (60-80%) хлорида цинка для ее набухания и перестройки структуры при температуре 65-75^oС и затем ферментативный или химический гидролиз обработанной целлюлозы, содержащей растворимые целлодекстрины(US 4525218, С 13 К 1/02, 1985).

Недостаток известного способа заключается в его длительности, необходимости использования коррозионно-устойчивого оборудования, высокой стоимости готового продукта.

Известен способ получения глюкозы, предусматривающий гидролиз целлюлозы ферментным препаратом целлюлазой, ковалентно связанной с носителем, в качестве которого используют сополимер винилпирролидона-акролеина, при этом ферментный препарат вводят в процессе гидролиза в соотношении целлюлоза: ферментный препарат 1:0,01-0,02 и процесс проводят при pH 4,8-5,0 и температуре 45-50^oС в течение 22-23 дней (SU 767208, С 13 К 1/02, 30.09.1980).

Недостаток способа заключается в его длительности и недостаточно высоком выходе глюкозы.

Ближайшим аналогом предложенного способа является способ получения глюкозы из целлюлозосодержащего сырья, предусматривающий предварительную обработку сырья для разрушения кристаллической структуры и увеличения его удельной поверхности путем измельчения и смешивания с соляной или серной кислотой и нагревания до 50^oС, и ферментативный гидролиз сырья с последующим отбором полученного гидролизата из реактора, при этом гидролиз проводят в две стадии, на первой из которых гидролиз ведут до получения смеси глюкозы и олигосахаридов при помощи нативного фермента в количестве 1-20 ед. на 1 г целлюлозы, и на второй стадии осуществляют гидролиз олигосахаридов целлюлазой, иммобилизованной на нерастворимом носителе, причем процесс осуществляют в течение трех суток (SU 562573, С 13 К 1/02, 21.09.1977).

Недостатками способа являются его сложность, длительность. Кроме того, не предусмотрена возможность утилизации целлюлозосодержащих отходов с высоким выходом конечного продукта.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа, ускорении процесса и обеспечении более глубокого ферментативного гидролиза сырья, а также возможности утилизации целлюлозосодержащих отходов.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения глюкозы из целлюлозосодержащего сырья, предусматривающем предварительную обработку сырья для разрушения кристаллической структуры и увеличения его удельной поверхности и ферментативный гидролиз, из целлюлозосодержащего сырья используют ячменную или рисовую дробины или хлопковый линт или гузапаю. Предварительную обработку сырья осуществляют путем экструзии. Ферментативный гидролиз проводят ферментными препаратами Asp. mix В 2000 или Bl mix или целловиридином Г 20х при массовом соотношении фермент : экструдат 1-3:1-9 соответственно.

Способ получения глюкозы осуществляют следующим образом.

Целлюлозосодержащее сырье, в качестве которого используют отходы пивного производства, такие как ячменную или рисовую дробины, а также хлопковый линт или гузапаю, подвергают предварительной обработке путем экструзии в экструдере для разрушения кристаллической структуры, увеличения его удельной поверхности, а также делигнификации. Эффективность предварительной обработки указанного сырья путем экструзии устанавливается при определении фракционного состава по размеру частиц X.

Для ячменной и рисовой дробины эти данные представлены в таблице 1.

Как следует из таблицы, у ячменной дробины 90,5% массы составляют частицы с размером более 1,66 мм, а у рисовой дробины основная фракция 52,5% по массе составляют частицы с размерами от 1,25 мм до 0,071 мм.

Экструдат получают при небольшом содержании влаги в исходном сырье (10-15%), высокой температуре (130-200^oС) в двухшнековом экструдере, производительность которого 50 кг/ч.

Полученный экструдат подвергают ферментативному гидролизу в ферментере при pH среды 4,7 и температуре 45^oС ферментными препаратами: Asp. mix 2000 (продуцент Aspergillius aculeatus), или В 1 mix (продуцент Penicillium funiculosum), или целловиридином Г 20х (продуцент Trichoderma reesei). Массовое соотношение фермент: экструдат составляет 1-3:1-9 соответственно.

Показатели ферментативного гидролиза приведены в таблице 2.

При использовании для гидролиза экструдата, полученного из ячменной дробины, процесс проводят ферментным препаратом Asp. mix В 2000 или Bl mix.

Полученные результаты приведены в таблице 3.

При использовании экструдата из рисовой дробины его гидролиз проводят ферментным препаратом-целловиридином Г 20х. Процесс гидролиза осуществляют при тех же параметрах, что и ячменной дробины.

Результаты гидролиза приведены в таблице 4.

При гидролизе экструдата из хлопкового линта или гузапаи используют препарат - целловиридин Г20х.

Результаты гидролиза отражены в таблице 5.

Время ферментативного гидролиза экструдатов составляет 14-16 часов.

Выход глюкозы составляет от 60 до 95%.

Твердый остаток, выгружаемый из ферментера, после гидролиза может быть использован в качестве корма для животных.

Полученный из гидролизата сироп, содержащий глюкозу и некоторое количество фруктозы, можно использовать в кондитерской промышленности и при производстве этанола.

Изобретение позволяет упростить и ускорить технологический процесс получения глюкозы, обеспечить ее высокий выход, а также утилизировать отходы производства, в частности производства пива, и таким образом снизить стоимость готового продукта.

Формула изобретения

Способ получения глюкозы из целлюлозосодержащего сырья, предусматривающий предварительную обработку сырья для разрушения кристаллической структуры и увеличения его удельной поверхности и ферментативный гидролиз, отличающийся тем, что из целлюлозосодержащего сырья используют ячменную или рисовую дробину, или хлопковый линт, или гузапаю, при этом предварительную обработку сырья осуществляют путем экструзии, а ферментативный гидролиз проводят ферментными препаратами Asp. mix B 2000 или В1 mix или целловиридином Г20х при массовом соотношении фермент : экструдат 1-3 : 1-9 соответственно.

РИСУНКИ

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