CH358391A - Verfahren zur Herstellung von Zuckerlösungen aus Pflanzenmaterialien - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von Zuckerlösungen aus Pflanzenmaterialien    Es ist bekannt,     Pflanzenmaterial    zwecks Ge  winnung von Kohlehydraten und     Lignin    durch  Säurehydrolyse aufzuschliessen. Die     mit    grösster  Schonung und praktisch ohne Substanzverlust ver  laufenden kalten Aufschlussverfahren durch Hydro  lyse mit hochkonzentrierter     Salzsäure    haben im Ge  gensatz zu den bisher üblichen     Hochtemperatur-          Verfahren    immer mehr an Bedeutung gewonnen.

   Es  ist dabei möglich, durch geeignete Wahl der Säure  konzentration leicht und schwer     hydrolysierbare     Kohlehydrat-Anteile,     z.B.        Hemicellulose    und     Cellu-          lose    nacheinander selektiv herauszulösen, und man  kommt auf diese Weise zu     Kohlehydratlösungen    von  ausreichender Reinheit. So gelingt es, insbesondere  auch aus     Abfallholz    (Nadel- und     Laubholz)    und  sonstigen Pflanzenstoffen, wie z.

   B.     Bagassen    oder       Baumwollstengeln    u. a. getrennte Lösungen von       Pentosen    und     Hexosen    zu gewinnen, wenn man in  einem Rohr das zerkleinerte Material bei Zimmer  temperatur zunächst von einer 29 -     36'o/oigen        wäss-          rigen    Salzsäure durchströmen lässt,

   wobei die leicht       hydrolysierbaren        Kohlehydratanteile    der     Hemicellu-          lose    herausgelöst werden und anschliessend eine 40   42     (l/oige    Salzsäure ebenfalls bei     gewöhnlicher    Tem  peratur durchleitet, welche die schwer     hydrolysier-          baren    Kohlehydrat-Anteile,     vornehmlich    die der     Cel-          lulose,    aufspaltet und herauslöst.

   Beide Lösungen  können getrennt aufgefangen und nach     destillativer     Rückgewinnung der     Salzsäure    können die verschie  denen Zuckerarten, wie z. B.     Xylose    aus der     Hemi-          cellulose    und Glukose aus der     Cellulose,    aufge  arbeitet werden.  



  Bei der Hydrolyse von Pflanzenmaterial mit       Salzsäure    verschiedener Konzentration geht man in  der Technik so vor, dass die spezifisch leichtere  Säure niedriger Konzentration nach Herauslösung  der     Hemicellulose    anschliessend durch die spezifisch    schwerere hochkonzentrierte Säure von unten nach  oben verdrängt wird, wobei die Strömungsgeschwin  digkeit auf die     Diffusionsgeschwindigkeit    im fein       verteilten    Pflanzenmaterial eingestellt ist, so dass  möglichst keine     Rückvermischung    eintritt und man  eine ausreichende Trennung beider Lösungen erzielt.  



  Es wurde nun gefunden, dass man     eine    weit bes  sere Trennung der     Hydrolyseprodukte    aus     Hemicel-          lulose,    vorzugsweise der vorherrschenden     Pentosen,     und aus     Cellulose,    insbesondere der Glukose, er  reicht, wenn man die     Vorhydrolyse    der vorzugsweise  auf     Sägemehlkorngrösse        zerkleinerten        Pflanzenstoffe     in Gegenwart eines geeigneten organischen Lösungs  mittels durchführt, und zwar vorzugsweise eines sol  chen das einerseits die     Hydrolyseprodukte    aus den       Hemicellulosen,

      z. B.     Xylose,    besser     aufnimmt    als  die aus der     Cellulose,    z. B. Glukose, und anderer  seits weitgehend     wasser-    und     salzsäurelöslich    ist.  



  Zweckmässig wird ein solches verwendet welches  das spezifische Gewicht der     Vorhydrolyse-Salzsäure     herabsetzt und     kapillaraktiv    und     extraktiv    wirkt.  Durch eine erhöhte     Kapillaraktivität    der     hydrolysie-          renden        Salzsäure    wird primär sowohl die     Vorhydro-          lyse    als solche wesentlich beschleunigt als auch die       Diffusionsgeschwindigkeit    des     Hydrolysats    ganz be  trächtlich gesteigert und sekundär dadurch die schäd  lichen Zersetzungsreaktionen und     Rückpolymeri-    

        sation    der     monomeren    Zucker vermieden. Erfah  rungsgemäss eignen sich hierzu verzugsweise z. B.  Methanol,     Aethanol,        n-Propylalkohol    u. a. und Ge  mische dieser.  



  <I>Beispiel 1</I>  In ein Glasrohr von 120     mm        1.w.    und 1200     mm     Länge werden 1,5 kg trockene     zerkleinerte    Buchen  holzsägespäne eingefüllt. Die Schichthöhe beträgt ca.  1000 mm. Dann wird von unten eine     methanolische              Salzsäure    von 1,025 spezifischem Gewicht eingeleitet,  die in 1 Liter 370 g Chlorwasserstoff enthält  (37     Vol.        0%    = 36     Gewichts-HCl).    Die Strömungs  geschwindigkeit im     Hydrolyserohr    wird auf 7 cm pro  Stunde eingestellt, so dass nach etwa 15 Stunden die  erste Lösung am Kopf des Rohres abgezogen wer  den kann.

   Ab diesem Zeitpunkt beginnt man von  unten     mit    der Verdrängung der     methanolischen          Salzsäure    durch eine wässrige     Salzsäure    von spezi  fischem Gewicht 1,21 mit ca. 4l-42     Gewichts-!%     Salzsäure bei gleichbleibender Strömungsgeschwindig  keit von 7 cm pro     Stunde.     



  Die am Kopf des     Hydrolyserohres    abgezogenen       Methanol-Salzsäure-Zuckerlösungen    werden laufend  auf Zucker     analysiert.    Zu Beginn zeigt sich ein  stärkeres Ansteigen des Zuckergehaltes der Lö  sungen durch Herauslösung der     Hemicellulosen,    der  nach Erreichung eines Maximums etwas     flacher     wieder     abfällt,    bis auf einen sehr geringen Wert am  Ende der     methanolischen    Phase.

   Nach Verdrängung  der     methanolischen        Salzsäure    durch die wässrige       Salzsäure,    was wegen der sehr unterschiedlichen  spezifischen Gewichte mit sehr geringer Rückver  mischung     möglich    ist, steigt die Zuckerkonzentration  in der nunmehr     hochkonzentrierten    wässrigen Salz  säure durch Herauslösung der     augfespaltenen        Cellu-          lose    wieder steil an, um dann bis zur völligen Her  auslösung der     Cellulose    wieder abzufallen.  



  Beide Zuckerlösungen,     sowohl    die     methanolische          Salzsäure-Zuckerlösung    aus den     Hemicellulosen      im folgenden     Vorzuckerlösung        genannt    - sowie die  wässrige     Salzsäure-Zucker-Lösung    aus der     Cellu-          lose    - im folgenden Hauptzuckerlösung genannt   wird auf     Sirupkonsistens    durch Vakuumdestillation  eingedampft, wobei Methanol und     Salzsäure    in be  kannter Weise     zurückgewonnen    werden.

   Der     Rest-          Säuregehalt        beträgt        jeweils    3 -     3,5'%,        bezogen        auf          Zucker.        Nach        Verdünnung        auf        10    -     15        %        Zucker-          gehalt    werden beide schwach sauren Lösungen ge  trennt bei 120  C     nachhydrolysiert,

      anschliessend       mid    Bleicherde zur     Ausflockung    kolloidaler Sub  stanzen behandelt, dann mit einem     Entfärbungsharz     entfärbt und schliesslich über     Ionenaustauscher    rest  los     entsäuert    und     entsalzt.     



  Die     Vorzuckerlösung    enthält 312 g Zucker, das       ist        20,8        %        der        eingesetzten        Holztrockensubstanz.     Die Hauptzuckerlösung enthält 624 g Zucker,       das        ist        41,7        %        der        eingesetzten        Holztrockensub-          stanz.     



  Die Zusammensetzung der Trockensubstanzen  der beiden Lösungen war,     chromatographisch    ermit  telt, folgende  
EMI0002.0079     
  
    Vorzucker <SEP> Hauptzucker
<tb>  Glukose <SEP> <B>.......</B> <SEP> . <SEP> 3,1'% <SEP> <B>90,50/0</B>
<tb>  Polymerzucker <SEP> 2,9'% <SEP> 3,1%
<tb>  Xylose <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 89,7'% <SEP> <B>1,6,0/0</B>
<tb>  Sonstige <SEP> Zucker <SEP> . <SEP> . <SEP> 4,3 <SEP> % <SEP> 4,8'()/o            Vorzucker    und Hauptzucker haben in     Bezug    auf  die     dominierenden        Zuckerarten        Xylose    bzw.

   Glukose  sehr hohe Reinheitsgrade, die Vorbedingung für gute       Kristallisationsausbeuten    sind.  



  <I>Beispiel 2</I>  In der gleichen. Apparatur, wie in Beispiel 1 be  schrieben, wird in ein auf eine durchschnittliche  Korngrösse von 0,3 bis 1,5 mm zerkleinertes Ge  misch von gleichen Teilen Laubholz,     Baumwoll-          stengel    und     Bagasse    von     insgesamt    1,5 kg Trocken  gewicht von unten eine     n-propanolische    Salzsäure  vom spezifischen Gewicht<B>1,05</B> eingeleitet, die im       Liter        350        g        Chlorwasserstoff        (35        Volumen-'%)

          ent-          hält.    Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 7 cm/  Stunde werden nach etwa 15 Stunden die ersten  Zuckerlösungen abgezogen. Gleichzeitig beginnt von  unten die Verdrängung der     propanolischen        Salzsäure     mit wässriger Salzsäure (spezifisches Gewicht 1,21)       mit        ca.        41-42        Gewichts-%        bei        unveränderter     Strömungsgeschwindigkeit von 7 cm pro Stunde.  



  Analog wie im Beispiel 1 aufgearbeitet,     resultiert     eine     Vorzuckerlösung,    die 335 g Zucker und eine       Hauptzuckerlösung,    die 676,2 g Zucker enthält.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Zuckerlösungen durch selektive Hydrolyse von leicht hydrolysierbaren und schwer hydrolysierbaren Kohlehydrat-Anteilen pflanzlicher Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrolyse zunächst bei Raumtemperatur mit Salz säure mittlerer Konzentration in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels und dann ohne Lösungs mittel mit hochkonzentrierter Salzsäure ebenfalls bei Raumtemperatur durchgeführt wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Pflanzenstoffe in Form von Sägemehl vorliegen. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das orga nische Lösungsmittel wasser- und salzsäurelöslich ist, und kapillaraktiv und selektiv extraktiv wirkt. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das spezifische Gewicht der lösungsmittelhaltigen Salz säure kleiner ist als das der lösungsmittelfreien Salzsäure. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch und den Un teransprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Gemisch von organischen Lösungs mitteln gearbeitet wird.