Гидролизное производство. Технология производства пищевого ксилита

метки: Производство, Гидролизный, Сырье, Полисахарид, Составлять, Завод, Запас, Схема

Гидролизное производство основано на свойстве полисахаридов, составляющих около 70% растений на суше, подвергаться гидролитическому расщеплению до моносахаридов под действием воды в присутствии минеральных кислот.

За счет наличия в растительных тканях гидролизного сырья двух типов полисахаридов – пентозанов и гексозанов и, следовательно, за счет возможности получения преимущественно пентозных и гексозных моносахаридов определили организацию в гидролизной промышленности предприятий следующих профилей:

д р о ж ж е в о г о, основанного на переработке всех сахаров и кормовые дрожжи;

с п и р т о д р о ж ж е в о г о, в котором из гексозных сахаров вырабатывается этиловый спирт, а из пентозных – дрожжи;

ф у р ф у р о л ь н о – д р о ж ж е в о г о, в котором вначале сырье обрабатывают с целью получения фурфурола из гемицеллюлозной части, сохраняя целлюлозную для последующего гидролиза и получения дрожжей;

к с и л о з н о – д р о ж ж е в о г о, где вначале гидролизуют главным образом пентозаны для получения ксилозы, а затем гексозаны для производства дрожжей.

1.1.Гидролизное сырье

В качестве гидролизного сырья широко используются различные виды отходов лесопиления и деревообработки, дрова, отходы переработки сельскохозяйственных культур и некоторые дикорастущие растения.

При заготовке древесины образуется около 15…25% лесосечных отходов в виде веток, вершин, пней, коры и т.п. Около 10…12% мягких отходов (опилки) и 20% твердых отходов (горбыль, гика, обрезки) образуется при разделке древесины на пиломатериалы, что составляет на крупных лесопромышленных комплексах 400…500 тыс.пл.м³ в год. Значительные запасы сырья (10…30 тыс. т щепы в год) образуются на лесохимических заводах, вырабатывающих дубильный экстракт (сырье – одубина) и экстракционную канифоль (сырье – осмольная щепа после экстракции).

Дрова лиственных и хвойных пород, в избытке заготавливаемые в некоторых районах лесоразработок, составляют важный источник гидролизного сырья.

Сырье для гидролиза должно иметь определенный гранулометрический состав (например, размер щепы по длине волокна 5…35 мм, а по толщине 5 мм), содержать коры не более 12%, гнили не более 6%, минеральных примесей не более 1%. Опилки, стружка, одубина, щепа после экстракции пригодны для гидролиза без какой – либо дополнительной обработки.

Переработка твёрдых бытовых отходов для выработки тепловой и ...

... млн. тонн твердых бытовых отходов в год. И почти половина этого объема приходится на Россию. Наибольшую проблему представляют муниципальные твердые бытовые отходы - ТБО, которые составляют около 8-10% ... сбор и переработка вторичного сырья в пригодную для использования продукцию. Система раздельного сбора отходов и вторичного сырья позволит решить проблему утилизации отходов, привлечь малый бизнес в ...

Хлопковая шелуха представляет собой твердую оболочку семян хлопчатника. Основная масса шелухи (от 3 до 80 тыс. т в год) скапливается на маслоэкстракционных заводах, выход ее составляет 40…45% массы семян. Меньше используются стебли хлопчатника (гуза – пая), выход которых составляет 0,8 т на 1 т хлопка.

Кукурузная кочерыжка является отходом предприятий, отделяющих кукурузные зерна от початков. Выход кочерыжки 25…35% массы початков, длина в среднем 10…15 см, диаметр 15…20 см. Запасы только на одном крахмально – паточном заводе составляют 30…40 тыс. т в год.

Подсолнечная лузга является отходом производства подсолнечного масла и семян подсолнечника. Выход ее составляет около 50% массы перерабатываемых семян. На отдельных заводах запасы ее составляют от 5 до 30 тыс. т в год.

Выход рисовой и просяной лузги составляет от 16 до 20% массы зерна. На крупных предприятиях ее получают от 6 до 12 тыс. т в год.

Солому хлебных злаков и дикорастущих растений рассматривают как источник потенциального сырья для гидролизной промышленности.

Критерием для использования тех или иных отходов является их стоимость, объем концентрации в районе расположения гидролизного завода и технологические свойства. Наиболее дешевым видом сырья являются древесные опилки и подсолнечная лузга. Если принять стоимость 1 т подсолнечной лузги 1, кукурузной кочерыжки 4,2, древесной щепы 5.

Растительное сырье, используемое на гидролизных заводах, должно содержать в необходимых количествах определенные полисахариды. Химический состав наиболее распространенных видов гидролизного сырья представлен в таб. 1.1.

Таблица 1.1.Химический состав гидролизного сырья, % массы а.с.в.

Компонент	Ель	Осина	Куку-рузная коче-рыжка	Подсолнеч-ная лузга	Шелуха
					Хлопко-вая	Рисо-вая
Полисахариды: легкогидролизуемые трудногидролизуемые	17,3 48,0	20,3 44,0	37,9 33,4	21,9 28,7	24,9 34,3	18,1 29,0
Всего Пентозаны+уроновые кислоты Гексозаны Целлюлоза Лигнин Зола Смолы (экстрагируемые эфиром)	65,3 9,2 58,7 46,1 28,1 0,3 0,9	64,3 24,3 45,4 41,8 21,8 0,3 2,8	71,3 40,2 36,7 — 15,2 1,1 0,3	50,6 28,6 28,0 — 28,2 2,2 2,0	59,2 42,1 34,4 — 30,6 2,5 0,6	47,1 36,4 32,0 — 19,0 18,9 2,1

1.2. Основы теории гидролиза растительного сырья

Единственным источником промышленного получения моносахаридов являются растительные ткани, основу которых образуют полимерные цепи различных полисахаридов – гексозанов и пентозанов. Наиболее ценным растительным сырьем, состоящим примерно на 70…75% из полисахаридов, является древесина. Превращение полисахаридов растительного сырья в моносахариды (простые сахара) основано на гидролитическом расщеплении (гидролизе) полисахаридов.

Гидролиз полисахаридов протекает под действием воды в присутствии крепкой минеральной кислоты в качестве катализатора. Роль катализатора выполняют ионы гидроксония Н₃ О^— , образующиеся при взаимодействии протона кислоты Н⁺ с водой. Ионы гидроксония быстро протонизируют кислород гликозидной связи между звеньями полисахаридов, которая ослабевае и рвется с образованием иона карбония. Ион карбония реагирует с водой, давая гидроксильную группу и высвобождая катализатор (протон Н⁺ ).

Процесс гидролиза до моносахаридов протекает ступенчато через образование промежуточных продуктов с постепенным уменьшением СП. Условно механизм гидролиза целлюлозы, разбавленной минеральной кислотой, представляется следующей схеме:

Целлюлоза реакция протекает Нерастворимые в воде

Гидроцеллюлоза реакция протекает

медленно

Целлодекстрины (СП 60-10) Растворимые в воде

Олигосахариды – формы (СП 10-3) продукты

Целлобиозы (СП 2 – дисахариды

С₁₂ Н₂₂ О₁₁ )

D – Глюкоза (моносахариды С₆ Н₁₂ О₆ )

Реакции полного гидролиза полисахаридов древесины могут быть выражены уравнениями:

(С₆ Н₁₀ О₆ )_n + (n-1)H₂ O nC₆ H₁₂ O₆

целлюлоза, глюкоза и другие

гексозаны гексозы

(С₅ H₈ O₄ )_n + (n-1)H₂ O nC₆ H₁₀ O₅

пентозаны пентозы

Полисахариды древесины в связи с особенностями надмолекулярной структуры разделяют на легко- и трудногидролизуемые. К легкогидролизуемым относятся гемицеллюлозы и небольшая часть целлюлозы, способные гидролизоваться разбавленными кислотами при 100 ⁰ С. Трудногидролизуемые полисахариды – это целлюлоза и небольшая часть гемицеллюлоз, которые поддаются гидролизу разбавленными кислотами только при температуре 160…190 ⁰ С и соответствующем давлении.

Одновременно с гидролизом полисахаридов под действием тех же катализаторов идет процесс разрушения моносахаридов с образованием различных продуктов их распада: оксиметилфурфурола, фурфурола, муравьиной кислоты и др. На скорость гидролиза полисахаридов древесины существенно влияют температура и концентрация кислот: чем они выше, тем быстрее протекает процесс. Скорость распада моносахаридов определяется теми же факторами, что и скорость их образования. Поэтому режим гидролиза растительного сырья с целью получения моносахаридов подбирают так, чтобы процесс разрушения моносахаридов был наименьшим.

2.Технология производства пищевого ксилита

Ксилит получают гидрированием гемицеллюлозных гидролизатов пентозансодержащего сырья, содержащих в основном ксилозу.

Технологическая схема получения пищевого ксилита обеспечивает глубокую очистку полупродуктов производства с целью получения высококачественной товарной продукции. Схема получения ксилита является наиболее сложной из рассматриваемых технологических процессов в гидролизном производстве.

Технологический процесс получения пищевого ксилита можно разделить механическую подготовку и химическое облагораживание пентозансодержащего сырья; двухстадийный пентозно – гексозный гидролиз сырья; подготовку пентозного гидролизата к процессу гидрирования; гидрирование ксилозного раствора; очистку ксилитного раствора; концентрирование ксилитного раствора и кристаллизацию ксилита. Упрощенная технологическая схема получения гидролизата показана на рис. 2.1.