CH176019A - Process for the polymerization of carbohydrates. - Google Patents

Process for the polymerization of carbohydrates.

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CH176019A
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Aktiengesellscha Holzhydrolyse
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  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Description

  

  Verfahren zur     Polymerisation    von     Kohlenhydraten.       Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf ein Verfahren zur     Polymerisation    von  Kohlenhydraten durch Erhitzen der Kohlen  hydrate mit freien Mineralsäuren. Es ist be  kannt, dass     monomere    Kohlenhydrate durch  die Einwirkung von     14fineralsäure    polymeri  siert werden. Dabei hat man bisher unter  solchen Bedingungen gearbeitet,     dass    man  grössere Mengen von Mineralsäure anwenden  musste. Dadurch entstanden Nebenprodukte  unerwünschter Art, und man musste den       Überschuss    der Säure abstumpfen oder sonst  wie beseitigen.

   Das     erfindungsgemässe    Ver  fahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man  die Kohlenhydrate mit wesentlich weniger  als 0,1 % freier Mineralsäure mischt und  innerhalb des Temperaturbereiches von 120  bis<B>180</B>   C so hoch erhitzt, dass keine Zer  setzung eintritt. Die Säuremenge wird  zweckmässig so gering gewählt,     dass    sie in  dem Endprodukt nicht neutralisiert zu wer  den     braueht.    Bei dem Erhitzen mit Mineral  säure braucht weder ein verringerter noch       erhöhter    Druck angewendet zu werden.    Durch das Erhitzen, beispielsweise auf  140 bis<B>170',</B> erhält man Produkte, deren  durchschnittliches     Molekulargewieht    unge  fähr einem     Tetrasaccharid    entspricht.

   Die  erhaltenen Produkte sind hygroskopisch und  können daher in der Technik dort verwendet  werden, wo man     wasseranziehende        Dickungs-          mittel    benötigt, zum Beispiel in der Färberei  und Textilindustrie, sowie im graphischen  Gewerbe.  



  Die Dauer des     Erhitzens    richtet sich vor  zugsweise nach der gewählten     Temperatur     und auch nach dem gewählten kleinen Säure  zusatz. Der Grad der     Polymerisation    kann  durch Wahl dieser drei Faktoren     ,geregelt     werden. Um     Nebenreaktionen    zu vermeiden,  werden zweckmässig hohe     Temperaturen    nur  kurze Zeit angewendet.  



  Die Menge der zu verwendenden Säuren       beträgt    stets wesentlich weniger als 0,1 Teile  auf 100 Teile     Monosaccharide.    Bei Tempe  raturen     zwischen    120 und 180   C wird eine  gewöhnlich ausreichende     Polymerisation    in  einigen Minuten erreicht. Kohlenhydrate von      noch höherem     Holekulargewiclit    können er  halten werden, wenn man nach diesem kur  zen Erhitzen auf höhere Temperaturen noch  drei bis sechs Stunden auf 120 bis     l30      C  nacherhitzt.

   Die nacherhitzten Produkte sind  weniger hygroskopische, leicht lösliche     Poly-          saccharide,    die in der Industrie sowohl als  reine geruchlose     Dextrinarten    dienen können.,  als auch als Zusatz     zu    Sirupen für technische  Zwecke     geignet    sind.  



  Um beispielsweise Dextrose zu polymeri  sieren, kann man 100 Teile reines     Dextrose-          hy        drat    mit 0,002 Teilen Schwefelsäure ver  mischen, schmelzen und dann 30 Minuten  lang auf     175'C    erhitzen. Nach dem Ab  kühlen erhält man eine spröde Masse, die  sich in Wasser leicht löst. Eine geringe  braune     Färbung    kann durch     Entfärbungs-          mittel    leicht     beseitigt    werden.

   Mit 0,01 Tei  len Schwefelsäure kann man 100 Gewichts  teile     Dextrosehydrat    mit geringem Asche  gehalt (etwa     0,01%)    polymerisieren, indem  man zehn Minuten lang auf<B>150'C</B> erhitzt.  Die Reaktionszeit kann auf weniger als fünf  Minuten verringert werden, wenn man un  gefähr 0,02 Teile Säure anwendet. Bei     Mono-          sacchariden    von mehr als<B>0,1%</B> Asche muss  der Betrag an Schwefelsäure etwas grösser  gewählt werden.  



  Äquivalente Mengen von andern Mineral  säuren, wie Salzsäure oder Phosphorsäure.  haben ähnliche Wirkung. Durch Mischung  verschiedener Säuren kann der Effekt noch  gesteigert werden. Beispielsweise erzielt man  mit 0,002 Gewichtsteilen Schwefelsäure nach  20 Minuten bei 165   C nur eine halb so  starke Wirkung als mit 0,001 Teilen Schwe  felsäure, gemischt mit 0,002 Teilen Phos  phorsäure unter sonst gleichen Bedingungen.  



  Für manche technische Zwecke ist der bei  dieser Arbeitsweise erreichte     Polymerisa-          tionsgrad        riocli    ungenügend. Man kann ihn  erhöhen, wenn man 0,01 bis 0,02 Teile Salz  säure oder Schwefelsäure zusetzt, die Tem  peratur auf 150 bis 160   C steigert und  diese ungefähr zehn Minuten lang einwirken  lässt. Aus den so entstandenen     Polymerisa-          tionsprodukten    kann man durch Beimischen    von     monomerer    Dextrose, beispielsweise 25 %,  Sirupe erhalten, die dem     gewöhnlichen        Glu-          kosesirup    gleichkommen.  



  Bei der     Polymerisation    von     Xylose    sind  die Bedingungen etwas milder als für     Hexo-          sen.    Beispielsweise braucht die Temperatur  125 bis 140   C nicht zu übersteigen, wenn  <B>100</B> Teile     Xylose    mit 0,01 Teilen Schwefel  säure erhitzt werden.  



  Die praktische Durchführung ist sehr ein  fach und beispielsweise folgende: Der Aus  gangsstoff wird mit einer verdünnten Lö  sung der anzuwendenden Säure oder Säuren  gemischt, die Masse in einem Kessel unter  Rühren geschmolzen und dann auf die er  forderliche Temperatur weiter erhitzt. Der  Prozess kann auch ununterbrochen ausgeführt  werden, indem man das geschmolzene Mate  rial durch entsprechend erhitzte Röhren  fliessen lässt. Temperatur und Aufenthalts  zeit sind     dann    in     Übereinstimmung    zu brin  gen. Man kann auch in einem Apparat mit  erhitzten Zylindern arbeiten. Vorteilhaft  bringt man den Zucker auf dem ersten Zy  linder zur Schmelze, verwandelt ihn auf  einem zweiten Zylinder in Sirup und nimmt  ihn von dem dritten Zylinder ab.

   Das spröde  Produkt lässt sich nach dem Erkalten leicht  zerkleinern.  



  Zu lang ausgedehnte Behandlung bei  hohen Temperaturen führt zur Zersetzung  der Kohlenhydrate und nicht zu weiterer       Polymerisation.    Entgegen der Erwartung  geht die     Polymerisation    bei niedrigeren Tem  peraturen weiter, wenn das Erhitzen auf  hohe Temperaturen vorangegangen ist.  



  Die nachfolgende     Polymerisation    kann  bei der niedrigen Temperatur von 120 bis  130   C ausgeführt werden, aber sie erfordert  ein Erhitzen von drei bis sechs     Stunden.          Polysaccharide,    die in dieser Weise her  gestellt werden; sind wenig hygroskopisch  und zeigen einen erheblichen Rückgang  des Reduktionsvermögens gegenüber     Feh-          ling'scher    Lösung. Die Eigenschaften der  erhaltenen Sirupe können den verschiedenen  Anforderungen der Praxis leicht angepasst  werden, indem man     weniger.    polymerisierte      oder     monomere    Zucker mit den zuletzt er  haltenen schwach reduzierenden und hoch  molekularen Kohlenhydraten vermischt.  



  Es soll nochmals betont werden, dass .die  beschriebenen Vorteile bei der Herstellung  von     Polysacchariden    nach der vorliegenden  Erfindung darauf zurückzuführen sind, dass  man die Säure in so geringen Mengen an  wendet, dass wesentlich weniger als 0,1 Teil  auf 100 Teile     Kohlenhydrate    kommen und  Grad und Dauer der Erhitzung so gewählt  werden, dass keine Zersetzung des Materials  unter den betreffenden Umständen     eintritt.     Die erhaltenen     Polysaccharide    sind nicht  direkt     vergärbar    durch gewöhnliche Hefe  und nicht angreifbar durch Enzyme wie       Diastase.  



  Process for the polymerization of carbohydrates. The present invention relates to a process for the polymerization of carbohydrates by heating the carbohydrates with free mineral acids. It is known that monomeric carbohydrates are polymerized by the action of 14final acid. Up to now one has worked under such conditions that one had to use larger amounts of mineral acid. This produced undesirable by-products and the excess acid had to be blunted or otherwise eliminated.

   The inventive method is characterized in that the carbohydrates are mixed with significantly less than 0.1% free mineral acid and heated to such an extent within the temperature range from 120 to 180 C that no decomposition occurs. The amount of acid is expediently chosen to be so small that it is not neutralized in the end product to whoever needs it. When heating with mineral acid, neither reduced nor increased pressure needs to be applied. By heating, for example to 140 to 170 ', products are obtained whose average molecular weight roughly corresponds to a tetrasaccharide.

   The products obtained are hygroscopic and can therefore be used in technology where water-attracting thickeners are required, for example in the dyeing and textile industry, as well as in the graphics industry.



  The duration of the heating depends preferably on the selected temperature and also on the selected small acid addition. The degree of polymerization can be controlled by choosing these three factors. In order to avoid side reactions, high temperatures are expediently used only for a short time.



  The amount of acids to be used is always significantly less than 0.1 part per 100 parts of monosaccharides. At temperatures between 120 and 180 C, a usually sufficient polymerization is achieved in a few minutes. Carbohydrates of even higher molecular weight can be obtained if, after this brief heating to higher temperatures, it is reheated to 120 to 130 C for three to six hours.

   The post-heated products are less hygroscopic, easily soluble polysaccharides which can be used in industry as pure odorless types of dextrin and are also suitable as additives to syrups for technical purposes.



  For example, to polymerize dextrose, 100 parts of pure dextrose hydrate can be mixed with 0.002 parts of sulfuric acid, melted and then heated to 175.degree. C. for 30 minutes. After cooling down, a brittle mass is obtained that dissolves easily in water. A slight brown color can easily be removed with decolorizing agents.

   100 parts by weight of dextrose hydrate with a low ash content (approx. 0.01%) can be polymerized with 0.01 parts of sulfuric acid by heating to <B> 150'C </B> for ten minutes. The reaction time can be reduced to less than five minutes using approximately 0.02 parts of acid. In the case of monosaccharides of more than <B> 0.1% </B> ash, the amount of sulfuric acid must be selected a little higher.



  Equivalent amounts of other mineral acids, such as hydrochloric acid or phosphoric acid. have a similar effect. The effect can be increased by mixing different acids. For example, with 0.002 parts by weight of sulfuric acid, after 20 minutes at 165 ° C., the effect is only half as strong as with 0.001 parts of sulfuric acid mixed with 0.002 parts of phosphoric acid under otherwise identical conditions.



  The degree of polymerization riocli achieved with this procedure is unsatisfactory for some technical purposes. It can be increased by adding 0.01 to 0.02 parts of hydrochloric acid or sulfuric acid, increasing the temperature to 150 to 160 C and allowing it to act for about ten minutes. By adding monomeric dextrose, for example 25%, syrups can be obtained from the resulting polymerization products, which are equivalent to ordinary glucose syrup.



  The conditions for the polymerization of xylose are somewhat milder than for hexoses. For example, the temperature does not need to exceed 125 to 140 C if 100 parts of xylose are heated with 0.01 parts of sulfuric acid.



  The practical implementation is very simple and for example the following: The starting material is mixed with a dilute solution of the acid or acids to be used, the mass is melted in a kettle with stirring and then heated to the required temperature. The process can also be carried out continuously by letting the molten material flow through appropriately heated tubes. The temperature and residence time must then be brought into agreement. You can also work in an apparatus with heated cylinders. It is advantageous to melt the sugar on the first cylinder, turn it into syrup on a second cylinder and remove it from the third cylinder.

   The brittle product can be easily crushed after cooling.



  Excessive treatment at high temperatures leads to the decomposition of the carbohydrates and not to further polymerization. Contrary to expectation, the polymerization continues at lower temperatures when the heating to high temperatures has preceded.



  The subsequent polymerization can be carried out at the low temperature of 120 to 130 ° C, but it requires heating for three to six hours. Polysaccharides made in this way; are not very hygroscopic and show a considerable decrease in the reducing power compared to Fehling's solution. The properties of the syrups obtained can easily be adapted to the various practical requirements by adding less. polymerized or monomeric sugars mixed with the last low-reducing and high-molecular carbohydrates obtained.



  It should be emphasized again that the described advantages in the production of polysaccharides according to the present invention are due to the fact that the acid is used in such small amounts that there are significantly less than 0.1 part per 100 parts of carbohydrates and degrees and the duration of the heating are chosen so that no decomposition of the material occurs under the circumstances in question. The polysaccharides obtained cannot be fermented directly by ordinary yeast and cannot be attacked by enzymes such as diastase.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Polymerisation von Koh lenhydraten durch Erhitzen der Kohlen hydrate mit freien Mineralsäuren, dadurch "Yekennzeichnet, dass man die Kohlenhydrate mit wesentlich weniger als 0,1% Mineral säure mischt und innerhalb des Temperatur- Bereiches von 120 bis 180 C so hoch erhitzt., dass keine Zersetzung eintritt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss man auf 140 bis <B>170'C</B> einige Minuten lang erhitzt. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nach dem Erhitzen auf 140 bis 170 C einige Stunden lang auf 120 bis 180 C erhitzt. PATENT CLAIM: Process for the polymerization of carbohydrates by heating the carbohydrates with free mineral acids, characterized in that the carbohydrates are mixed with significantly less than 0.1% mineral acid and heated to that high within the temperature range of 120 to 180 C. . That no decomposition occurs. SUBClaims: 1. Method according to patent claim, characterized in that heating is carried out to 140 to 170 ° C for a few minutes. 2. Method according to patent claim and sub-claim 1, characterized in that after heating to 140 to 170 C, the mixture is heated to 120 to 180 C for a few hours. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung von zwei Säuren benutzt. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung von Schwefel säure und Phosphorsäure benutzt. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung von Salzsäure und Phosphorsäure benutzt. Process according to claim, characterized in that a mixture of two acids is used. 4. The method according to patent claim and un teran claim 3, characterized in that a mixture of sulfuric acid and phosphoric acid is used. 5. The method according to patent claim and un teran claim 3, characterized in that a mixture of hydrochloric acid and phosphoric acid is used.
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