SU786904A3 - Способ получени ксилозы - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к усовершек ствованному способу получени  ксилозы из пентозансодержащих материалов, предпочтительно из ксилансодержащих материалов, с последующей очисткой и разделением хроматографическим спосо бом. Известен способ получени  ксилозы из богатого ксиланом материала путем кислотного гидролиза с последующей нейтрализацией раствора Са{ОН)2И фильтрацией, удал вшей из раствора основную массу загр зн гацих примесей Ксилозу извлекают путем кристаллизации , а очистку провод т путем рекристаллизации дл  обессоливани  к обесцвечивани . Если в качестве исходного материала используют богатый ксиланом растительный продукт, то выход может достигать 1.8% от сырьевого материала l . Известный способ не позвол ет использовать его широко в промьЕиленных масштабах из-за р да недостатков Например, растворы с высоким содержанием ксилозы, полученные из древесных опилок, настолько загр знены, что необходимы дополнительные дорогосто щие стадии процесса перед тем, как извлекать ксилозу.. Целью изобретени   вл етс  упрощение технологии и повышение качесчва целевого продукта. Поставленна  цель достигаетс  способом получени  ксилозы путем кислотного гидролиза пентозансодержащего сырь , нейтрализации, Лильтрации, обессоливани  и обесцвечивани  полученного гидролизата, отличительной особенностью которого  вл етс  т, что очищенный гидролизат, содержащий от 25 до 28 вес.% сахароз, подвергают хроматографическому фракционированию, пропуска  через колонку, заполненную полистиролсульфонатной катионообменной смолой, поперечно сшитой с 3,5% дивинилбензола, в форме соли щелочноземельного металла, со скоростью от 16 до 17 л/ч на 1 м сечени  колонки. Как правило, высота колонки примерно 2,5 - 5 м. Раствор ксилозы высокой степени чистоты можно использовать в качестве источника ксилозы в виде водного раствора или ксилозу можно кристаллизовать из этого раствора . Предлагает мй способ дает возможность получать раствор ксилозы достаточно высокой степени чистоты дл  гарантированного его гидрировани  в

ксилит в 1 - умышленном масштабе. Исхоное сырье представл ет собой предпочтительно лигноцеллюлозу, включа  древесину различных видов деревьев, например березы и бука. Можно использовать также овс ную шелуху,кукурузУ ные кочерыжки и стебли, кокосовую скорлупу, миндальную шелуху, солому, багассу и отходы сем н хлопчатника. При использовании древесины ее предпочтительно измельчают до досто ни  щепы, стружки, опилок и т.п.

Исходное сырье подвергают гидролизу таким образом, чтобы получить максимальный выход пентоз; полученный раствор нейтрализуют, примен   вещества, не вызываю 1дие разложени  Сахаров, например гидроокись натри 

Следующей стадией предлагаемого способа  вл етс  стади  очистки продуктов гидролиза. Эта стади  включает две основные стадии а именно удаление соли - сульфата натри  и большей части органических примесей и окрашивающих веществ путем применени  методики исключени  ионов, причем втора  стади  способствует окончательному удалению окрашивающих веществ . Методика исключени  ионов позвол ет удал ть соль из раствора, и подобные процессы обычно используют в сахарной промышленности дл  очистки мелассы.

После завершени  стадии удалени  соли раствор все еще содержит некоторое количество органических и неорганических примесей. Их удал ют на .стадии удалени  крас щих веществ путем обработки загр зненных растворов ионообменными системами, содержащими сильный катионообменный материал, а затем слабым анионообменным материалом , после чего осуществл ют стадию пропускани  раствора через адсорбент или через слой активированного угл .

Стади  очистки моххет быть еще более усовершенствована, если это необходимо , введением стадии с применением синтетического макро чеистого адсорбента, например Амберлита ХАД дл  удалени  органических примесей. Макро чеистый адсорбент можно использовать на стадии очистки сразу же после стадии исключени  ионов, но перед стадией катионного обмена. По альтернативному варианту она может ооставл ть заключительную стадию процесса очистки.

Очищенный раствор пентоз, полученный на стадии очистки, можно за .тем использовать дл  извлечени  кси , лозы путем хроматографического фракционировани  с получением раствора высокой степени чистоты в отношении ксилозы, после чего осуществл ют кристаллизацию. Пентозные мелассы, представл ющие собой неразделенные фракции, можно подвергать последующему хроматографическому фракционированию дл  выделени  одного или нескольких других Сахаров, присутствующих в этом продукте. Их можно также примен ть в качестве источника углеводов дл  ферментативных процессов.

Пример 1. Дл  получени  ксилозы по способу согласно изобретению используют березовую древесину в виде стружки.

Березовые стружки в количестве, обеспечивающем получение 1000 г сухого вещества, подвергают гидролизу с применением серной кислоты и получают смесь гидролизата и древесной массы, содержащей в общей сложности 204 г ксилозы. Эту массу удал ют из гидролизата и либо отбрасывают , либо используют дл  других целей. Остаток гидролизата,содержащий 204 г ксилозы, нейтрализуют едким натром с получением гидролизата , содержащего 204 г ксилозы, 110 г органического материала, включа  ксилозу, и 67 г неорганического материала . Гидролизат затем нагревают дл  удалени  нежелательной уксусной кислоты и воды, а затем подвергают стадии удалени  солей путем исключени  ионов и очистки пропусканием раствора последовательно через слои сильного катионообменного материала и слабого анионообменного материала . При этом 14 г ксилозы вместе с большей частью неорганического материала и некоторым количеством органического материала удал ют и отбрасывают в солевую фракцию. Сахарную фракцию, содержащую большую часть ксилозы вместе с частью органических примесей и с небольшим количеством органических примесей, снова упаривают дл  удалени  дополнительного количества воды.

Полученный в результате концентрированный раствор Сахаров пропускают дл  удалени  крас щих веществ через слой активированного угл . Очищенный , таким образом раствор содержит 181 г ксилозы с 40 г органического материала.

Обогащенный ксилозой раствор подвергают очистке хроматографическим Фракционированием с последующей кристаллизацией . Очищенный раствор пентоз содержит, кроме ксилозы, некоторые сахара и может быть в значительной степени обогащен ксилозой с использованием способа хроматографического фракционировани . Примен ют хроматографическую колонку, заполненную катионообменным материалом сильнокислого характера в виде сульфонйрованного полистирола, сшитого 3,5% дивинилбензола, в стронциевой форме. Высота колонки 1, О м, диаметр 9,4 см Смолу погружают в воду. В качестве исходного раствора используют раство пентоз ,содержглий 25% сухого остатка

следующего состава, % (в расчете на сухой остаток):

Ксилоза 73

Арабиноза 6,1

Манноза 9,0

Галактоза 5,1

Глюкоза 6,8

Раствор равномерно подают через верх колонки со скоростью 27 мл/мин до тех пор, пока в колонку не загружены все 60 г твердых частиц. Первые 108 мл материала, проход щег через колонку и содержащего преимущественно воду, котора  находилась первоначально в колонке, отбрасывают . Анализ последующих фракциs показан в табл,1.

При соединении фракций 6,7 и В получают раствор, содержащий ксилозу со степенью чистоты 89%. Эту обогащенную ксилозой фракцию можно использовать дл  получени  чистой кристаллической ксилозы. Обога1иенный ксилозой раствор, получаемый соединением фракции 6,7 и 8, можно (по альтернативному варианту) гидрировать с получением относительно чистого раствора ксилита. Можно также кристаллизовать ксилозу из неочищенного раствора, например из исходного раствора , примен емого выше в этом примере , после чего можно Фракционировать сахара, остающиес  в сиропе,, посредством хроматографии с применением ионообменных смол. Фракцию,обогащенную ксилозой, рециркулируют на стадию кристаллизации. Также можно получить другие пентозы и гексозы из соответствующих фракций, а остаточные фракции можно вводить в мелиссы из пентоз.

Пример 2. Обогащенный ксилозой раствор, полученный гидролизом березовой древесины с последующим удалением солей и крас щих веществ по методике примера 1, подвергают дальнейшей очистке хроматографическим Фракционированием на колонке с ионообменной смолой по методике, описанной ниже. Раствор, обогащенный ксилозой, имеет по данным газохроматографического анализа следующий состав , %:

Арабиноза 6

Ксилоза 78

Манноза 6,5

Галактоза 5

Глюкоза 4,5

В качестве смолы используют катионообменнун ) смолу сильно кислого характера, представл ющую собой сульфонированный полистирол,сшитый 3,58; дивинилбензола, причем смола находитс  в кальциевой форме. Средний размер частиц смолы 0,32 мм. Разделение осуществл ют при . Высота колонки 350 см, диаметр

22,5 см.Колонку погружают в воду. Обс  ащенный раствор подают в колонку с посто нной скоростью 17 л/ч. Всего в колонку подают 4 кг твердого материала в виде раствора, содержащего 26% твердых частиц.

Первый поток, вытекающий из колонки , в количестве примерно 88 л, содержащий в основном воду, отбрасывают . Затем собирают и анализируют последующие фракции. Состав этих -фракций приведен в табл.2.

Фракции 3-6 соедин ют, цолуча  35 л раствора, обогар енного ксилозой/ следук цего состава, г: Арабиноза

Ксилоза2433 (85%)

Манноза240

Гаипактоза108

ГлюкозаS3

Пример 3. Раствор, обогащенный ксилозой, полученный гидролизом древесины березы с последующими протессами удалени  солей и удалени  крас щих веществ, описанными вЬ ие, подвергают дальнейшей очистке хроматографическим фракционированием на колонке с ионооОменной смолой, как описано ниже. Со:-тав твердых веществ раствора, обога1ченного ксилозой, определенный по данным газохроматографического анализа, следующий, %: Арабиноза 6,5 Ксилоза 77 Манноза7

Галактоза 4 Глюкоза5,5

В качестве смолы используют катионообменную смолу сильно кислого характера , т.е. сульфонированный полистирол , сшитый 2,5% дивинилбензола, причем смола находитс  в стронциевой форме. Средний размер частиц смолы 0,32 мм. Разделение осуществл ют при 51°С. Длина колонки 350 см, диаметр 22,5 см. Колонку погружают в воду. Обогащенный ксилозой раствор подают

в колонку с посто нной скоростью 15 л/ч. Общее количество твердых веществ, подаваемое в колонку, составл ет 4 кг в виде раствора с со .держанием твердых веществ 28%).

Первый поток, вытекающий из колонки , в количестве 88 л, содержащий преимущественно воду, отбрасывают . Затем последующие фракции собирают и подвергают анализу. Полученные результаты приведены в табл.З.

Фракции 3-6 собирают, получа  35 л обогащенного ксилозой раствора слеЛУЮЩего состава, г :

Арабиноза

Ксилоза 2385 (90%)

Манноза124

Галактоза 48 Глюкоза82

Таблица 1

-Таблица 2

8

66 99 66

Claims (1)

1. Патент Франции № 2047193, кл. С 13 К 9/00, опублик.1971 fnpoтотип ).