RS63294B1 - Postupak postupne izolacije komponenata iz kineskog šaša miscanthus - Google Patents

Description

Opis

[0001] Ovaj se pronalazak odnosi na postupak za izolaciju komponenata i materijala iz biljke kineskog šaša Miscanthus i na proizvode koje je moguće dobiti takvim postupkom.

[0002] Podstaknuti sve većom zabrinutošću o životnoj sredini i sve većom potražnjom za prirodnim proizvodima da bi se nastavio i pospešio život ljudi, raste interesovanje za uzgoj specifičnih poljoprivrednih useva i razvoj efikasnih postupaka pri čemu su ovi frakcionisani u više korisnih komponenata - ne samo roba kao što je celuloza, lignin, skrob i šećeri, već takođe i vrednije komponente prisutne u manjim količinama, kao što su antioksidansi, proteini, steroli, masne kiseline, masni alkoholi, aromatična jedinjenja i druga jedinjenja koja se kao takva javljaju u prirodi.

[0003] Odabir odgovarajućeg useva i pronalaženje efikasnog postupka za njegovu preradu, potreba za raznovrsnim korisnim proizvodima može da se ispuni na način da ima manji uticaj na životnu sredinu, koja generiše manje (poljoprivrednog) otpada, i pri čemu postoji manja konkurencija za kultivaciju prehrambenih useva na raspoloživoj poljoprivrednoj zemlji.

[0004] Sada je utvrđeno da kod specifične prerade određenog useva, više korisnih proizvoda može da se dobije na efikasan način.

[0005] S tim u skladu, ovaj se pronalazak odnosi na postupak za izolaciju komponenata iz materijala biljke kineskog šaša Miscanthus, taj postupak obuhvata

<->obezbeđivanje biljnog materijala kineskog šaša Miscanthus; zatim

<->podvrgavanje biljnog materijala ekstrakciji sa prvim rastvaračem ekstrakcije da bi se dobili kao prinos prvi ostatak i prvi ekstrakt, pri čemu

<•>prvi rastvarač ekstrakcije jeste mešavina koja obuhvata etanol i vodu u odnosu težine u opsegu od 35:65 do 99,0:1,0;

<•>taj prvi ekstrakt obuhvata jedno ili više jedinjenja izabranih iz grupe antioksidanasa, polifenola, proteina, sterola, kiselina, alkohola, ketona, aldehida i aromatičnih jedinjenja; zatim

- podvrgavanje prvog ostatka ekstrakciji sa drugim rastvaračem ekstrakcije da bi se dobili kao prinos drugi ostatak i drugi ekstrakt, pri čemu

• drugi rastvarač ekstrakcije obuhvata vodenasti rastvor jednog ili više hidroksida metala izabranih iz grupe LiOH, NaOH i KOH, pri čemu ukupna koncentracija jednog ili više hidroksida metala jeste u opsegu od 0,15-1,50 M; i

<•>drugi ekstrakt obuhvata više šećera; zatim

- podvrgavanje drugog ostatka ekstrakciji sa trećim rastvaračem ekstrakcije da bi se dobili kao prinos treći ostatak i treći ekstrakt, pri čemu

<•>treći rastvarač ekstrakcije obuhvata vodenasti rastvor jednog ili više hidroksida metala izabranih iz grupe LiOH, NaOH i KOH, pri čemu ukupna koncentracija jednog ili više hidroksida metala jeste najmanje 2,5 M;

<•>treći ekstrakt obuhvata lignin; i

<•>treći ostatak obuhvata celulozu.

[0006] Slika 1 prikazuje šematski izgled postupka (1) iz ovog pronalaska.

[0007] Slika 2 prikazuje specifično izvođenje tog postupka (1) iz ovog pronalaska.

[0008] Rod kineskog šaša Miscanthus je neprehrambeni usev poznat po svojoj odličnoj produktivnosti, brzom rastu, i visokom otpornošću na bolest. Zbog toga što su po prirodi višegodišnje i visokoproduktivne, vrste kineskog šaša Miscanthus su veoma privlačni izvori biomase za proizvodnju energije. Druge komponente koje se prirodno javljaju u kineskom šašu Miscanthus su, međutim, i dalje nedovoljno otkrivene. Neočekivano je utvrđeno, da opseg vrednih proizvoda može lako i efikasno da se dobije iz kineskog šaša Miscanthus nizom naknadnih selektivnih ekstrakcija.

[0009] U principu, bilo koja vrsta kineskog šaša Miscanthus može da se koristi, na primer vrste izabrane iz grupe Miscanthus changii, Miscanthus depauperatus, Miscanthus ecklonii, Miscanthus floridulus, Miscanthus fuscus, Miscanthus giganteus, Miscanthus junceus, Miscanthus nepalensis, Miscanthus nudipes, Miscanthus oligostachyus, Miscanthus sacchariflorus, Miscanthus sinensis, Miscanthus tinctorius i Miscanthus violaceus. Preporučljivo, koristi se Miscanthus giganteus, koji je sterilni hibrid Miscanthus sinensis i Miscanthus sacchariflorus.

[0010] Ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije ima za cilj izolaciju jednog ili više specifičnih jedinjenja (ekstraktiva) iz biljnog materijala. Ekstrakt dobijen iz ove ekstrakcije se naziva prvi ekstrakt. U slučaju da se izvodi veći broj ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije (ekstrakcija u šaržama), prvi ekstrakt se sastoji od kombinovanih ekstrakata iz više ekstrakcija.

[0011] Ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije je specifično usmerena na izolaciju jednog opsega jedinjenja koja se javljaju u niskim koncentracijama u kineskom šašu Miscanthus, najčešće jedinjenja koja su prisutna u koncentraciji od manje od 1 g po kilogramu suvog materijala kineskog šaša Miscanthus. Cela frakcija (suve materije) dobijena posle ekstrakcije sa prvim rastvaračem ekstrakcije može da odgovara količini od 1-25 g po kilogramu suvog materijala kineskog šaša Miscanthus. Obično, međutim, to odgovara količini od 5-15 g po kilogramu suvog materijala kineskog šaša Miscanthus.

[0012] Ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede direktno na požnjevenom materijalu biljke, ali može lako da joj prethodi, na primer, korak pranja i/ili sečenja ili mlevenja.

[0013] Požnjeven materijal biljke može obuhvatati prljavštinu koja je najčešće prisutna u poljoprivrednom polju, kao što je pesak, zemlja, organski materijal koji ne pripada požnjevenom usevu, mikroorganizmi (kao što su kvasci i bakterije), veštačko đubrivo ili stajsko đubrivo. Takva zaprljanja mogu da ometaju postupak, i na kraju da završe u jednoj od izolovanih komponenata. Samim tim, materijal biljke u postupku iz ovog pronalaska se obično čisti pre nego što se koristi u ovom postupku. Ovo je moguće izvesti pranjem sa vodom, na primer raspršivanjem vode velikom brzinom. Tačan postupak čišćenja zavisi od prirode i stepena zaprljanosti.

[0014] Radi lakšeg rukovanja, materijal biljke se obično seče u delove, npr. najveća mu je dimenzija u opsegu od 0,5-150 mm. Specifično, može biti u opsegu od 1,0-100 mm, u opsegu od 2,0-50 mm, u opsegu od 3,0-25 mm, u opsegu od 4,0-10 mm ili u opsegu od 0,50-4,0 mm. Po svoj prilici, mlevenje materijala u manje delove, npr. sa najvećom dimenzijom u opsegu od 0,5-2 mm, nije dalo kao rezultat viši prinos polifenola nego mlevenje u veće delove, npr. pri čemu je najveća dimenzija u opsegu od 5-10 mm. Pored toga, visok stepen mlevenja pokazuje da oštećenje celuloznih vlakana, koje je nepoželjno za specifične namene, npr. za proizvodnju papira ili za polimere sa ojačanim vlaknom.

[0015] Prvi ekstrakt obuhvata jedno ili više jedinjenja izabranih iz grupe antioksidanasa (kao što su polifenoli), proteini, steroli, kiseline (kao što su zasićene masne kiseline, nezasićene masne kiseline i alfa-hidroksi kiseline), alkoholi (kao što su zasićeni masni alkoholi i nezasićeni masni alkoholi), ketoni, aldehidi i aromatična jedinjenja. Jedinjenja u prvom ekstraktu generalno karakterišu kao lipofilna jedinjenja, jer se ona uobičajeno dobijaju ekstrakcijom sa organskim rastvaračem, ili sa mešavinom vode sa organskim rastvaračem pri čemu je voda prisutna u manje od 50 tež.%.

[0016] Pod aromatičnim jedinjenjima se misli na jedinjenja koja sadrže u svojoj molekularnoj strukturi funkcionalnu grupu ili supstituent izveden iz aromatičnog prstena, obično aromatičnu ugljovodoničnu grupu, na primer supstituisanu ili nesupstituisanu fenil grupu. Specifično, ekstraktovano aromatično jedinjenje može biti fenolno jedinjenje, a još preciznije jedinjenje izabrano iz grupe p-kumarne kiseline, vanilinske kiseline, p-hidroksibenzaldehida i vanilina.

[0017] Prvi ekstrakt može specifično da obuhvata jedno ili više jedinjenja izabranih iz grupe koju čine heksanska kiselina, heptanska kiselina, oktanska kiselina, nonanska kiselina, dekanska kiselina, dodekanska kiselina, tridekanska kiselina, tetradekanska kiselina, pentadekanska kisleina, heksadekanska kiselina, heptadekanska kiselina, oktadekanska kiselina, nonedekanska kiselina, eikozanoinska kiselina, heneikozanoinska kiselina, dokozanoinska kiselina, trikozanoinska kiselina, tetrakozanoinska kiselina, pentakozanoinska kiselina, heksakozanoinska kiselina, heptakozanoinska kiselina, oktakozanoinska kiselina, nonakozanoinska kiselina, triakontanoinska kiselina, heksadekenoinska kiselina, cis-9-oktadecenoinska kiselina, 2-hidroksieikozanoinska kiselina, 2-hidroksidokozanoinska kiselina, 2-hidroksitrikozanoinska kiselina, 2-hidroksitetrakozanoinska kiselina, benzojeva kiselina, phidroksibenzaldehid, resorcinol, vanilin, 4-hidroksibenzojeva kiselina, siringaldehid, vanilinska kiselina, 4-hidroksi-3- metoksicinamaldehid, 3-vanililpropanol, siringinska kiselina, 1-gvajacil-2-hidroksietanon, p-kumarna kiselina, 3,5-dimetoksi-4-hidroksi cinamaldehid, gvajacil glioksilna kiselina, 2-hidroksi-1-siringiletanon, ferulinska kiselina, vanililetandiol, kampesterol, stigmasterol, β-sitosterol, stigmasta-3,5-dien-7-on, stigmast-4-en-3-on, stigmast-6-en-3,5-diol, 7-hidroksi- β-sitosterol, 7-okso- β-sitosterol, heksakosan-1-ol, heptakosan-1-ol, pentakosan-1,2-diol, oktakosan-1-ol, pentadekan-2-on, heptakosan i oktakosanal.

[0018] Prvi rastvarač ekstrakcije je izabran tako da je sposoban da ekstrahuje jedan ili više od gore pomenutih ekstraktiva, specifično koji može da ekstrahuje liofilna jedinjenja.

[0019] Preporučljivo, prvi rastvarač ekstrakcije je mešavina vode i alkohola, pri čemu taj alkohol čini najmanje 30 tež.% te mešavine i rastvoren je u vodi. Alkohol je zatim specifično alkohol sa 1, 2 ili 3 atoma ugljenika (C1, C2 ili C3 alkohol), preciznije alkohol izabran iz grupe metanola, etanola, 1-propanola, 2-propanola, etandiola, 1,2-propandiola i 1,3-propandiola. Alkohol koji čini najmanje 30 tež.% mešavine može takođe da bude mešavina alkohola, na primer mešavina metanola i etanola. Specifično, prvi rastvarač ekstrakcije je rastvarač koji se u suštini sastoji od vode i jednog ili više alkohola, pri čemu jedan ili više alkohola čine najmanje 30 tež.% te mešavine.

[0020] Još poželjnije, prvi rastvarač ekstrakcije obuhvata najmanje 30 tež.% etanola i 70 tež.% ili manje vode. U takvom slučaju, prvi rastvarač ekstrakcije je poželjno mešavina koja obuhvata etanol i vodu u težinskom odnosu u opsegu od 35:65 do 100:0,0, još poželjnije u opsegu od 60:40 do 99,0:1,0, i još poželjnije u opsegu od 65:35 do 85:15. U principu je moguće da takva mešavina obuhvata jednu ili više dodatnih komponenata u manjim količinama, npr. jednu ili više drugih alkohola pomenutih gore u ovom tekstu.

[0021] Specifično, prvi rastvarač ekstrakcije je rastvarač koji se u suštini sastoji od vode i etanola, pri čemu taj etanol čini najmanje 30 tež.% te mešavine. Preporučljivo, etanol čini 45-99 tež.% takvog rastvora. Još poželjnije, čini 55-95 tež.% takvog rastvora i još poželjnije čini 60-85 tež.% takvog rastvora.

[0022] Zato što je prvi rastvarač ekstrakcije poželjno odvojen iz ekstraktiva isparavanjem, pogodno je za energetsku efikasnost postupka da tačka ključanja prvog rastvarača ekstrakcije bude što je moguće niža. Ovaj zahtev se obično ispunjava korišćenjem rastvarača izabranog iz grupe C1-C3 alkohola, acetona, hloroforma, dihlorometana, etil acetata, dietiletra, dioksana i tetrahidrofurana. Manje pogodni rastvarači u ovom smislu jesu acetonitril, dimetilformamid i dimetil sulfoksid, zato što oni imaju značajno više tačke ključanja.

[0023] Sa druge strane, kada je poželjno postići kompatibilnost sa obradom hrane, prednost se daje upotrebi etanola. Rastvarači koji se poželjno izbegavaju u ovu svrhu su, na primer, hloroform, dihlorometan, acetonitril, metanol i etandiol.

[0024] Ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede na temperaturi u opsegu od 0-100 °C. Može biti 90 °C ili manje, 80 °C ili manje ili 70 °C ili manje. Specifično, odvija se na temperaturi u opsegu od 10-60 °C, preciznije na temperaturi u opsegu od 20-50 °C. Kada je usmereno da se dobiju izvesna jedinjenja koja su osetljiva na više temperature, zatim se ekstrakcija poželjno izvodi na temperaturi koja je što je moguće niža. Na primer, polifenoli su po svoj prilici osetljivi na razgradnju na povećanim temperaturama, npr. iznad 35 °C. Ekstrakcija na nižim temperaturama, sa druge strane, se čini da je manje delotvorna. Ravnoteže radi, temperatura je poželjno u opsegu od 10-40 °C, još poželjnije u opsegu od 15-35 °C ili u opsegu od 20-30 °C. Specifično, kada je prvi rastvarač ekstrakcije 55-95 tež.% rastvor etanola u vodi, ili rastvor 60-85 tež.%, onda je temperatura takođe poželjno u opsegu od 10-40 °C, još poželjnije u opsegu od 15-35 °C ili u opsegu od 20-30 °C. U principu, tokom isparavanja prvog rastvarača ekstrakcije, temperatura prvog ekstrakta (uključujući ekstraktive u njemu) je takođe u istom opsegu kao tokom same ekstrakcije, npr. u opsegu od 10-40 °C, u opsegu od 15-35 °C, u opsegu od 20-35 °C ili u opsegu od 20-30 °C.

[0025] Ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede na atmosferskom pritisku, ali takođe na višem pritisku, na primer na pritisku od najviše do 10 bara. Pritisak može biti 7 bara ili manje, 5,0 bara ili manje, 4,0 bara ili manje, 3,0 bara ili manje, ili 2,0 bara ili manje. Pri pritisku višem od 1,0 bara, moguće je primeniti temperature ekstrakcije koje se nalaze iznad normalne tačke ključanja etanola, na primer temperaturame u opsegu od 80-100 °C.

[0026] Ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede u šaržama ili kontinualno. U slučaju da se izvodi u šaržama, onda se izvodi više ekstrakcija, pri čemu se ekstrakti dobijeni kao rezultat kombinuju da bi se formirao prvi ekstrakt. Kao što se može očekivati, u svakoj naknadnoj ekstrakciji količina ekstraktiva je obično manja nego u prethodnoj ekstrakciji. Zavisno od stepena takvog raspada i energije neophodne za isparavanje, broj ekstrakcija može da bude u opsegu od 1-10, obično je u opsegu od 2-4.

[0027] U slučaju kontinualnog postupka ekstrakcije, rastvarač ekstrakcije je poželjno recikliran isparavanjem, kao za npr. sokslet ekstrakciju. Količina rastvarača ekstrakcije je zatim obično u opsegu od 3-30 mL po gramu biljnog materijala, poželjno u opsegu od 5-20 mL po gramu biljnog materijala. Trajanje ekstrakcije usmerene na izolaciju polifenola je obično u opsegu od 1,0-3,0 sata. Primenjena temperatura je zatim obično u opsegu od 20-35 °C.

[0028] U ekstrakciji sa prvim rastvaračem ekstrakcije, čvrsta faza (čvrsti materijal biljke) se odvaja od rastvorene faze (ekstrakt obuhvata ekstraktive) da bi se dobio kao prinos prvi ostatak i prvi ekstrakt, prema opisanom redosledu. Ovo odvajanje se obično izvodi postupcima poznatim u ovoj oblasti. Pri čemu u manjoj razmeri može da se izvede filtracija iznad komada filter papira ili levka sa sinterovanim staklom sa poroznom filter pločom, prilikom veće razmere je poželjno da se koristi centrifugiranje.

[0029] Ekstrakcija sa drugim rastvaračem ekstrakcije, izvedena na prvom ostatku, ima za svrhu izolovanje šećera iz materijala biljke kineski šaš Miscanthus. U tu svrhu, drugi rastvarač ekstrakcije je umereno alkalni. Obuhvata vodenasti rastvor jedne ili više soli hidroksida izabranih iz grupe LiOH, NaOH i KOH pri čemu je ukupna koncentracija jedne ili više soli hidroksida u opsegu od 0,15-1,5 M. Specifično, koncentracija jedne ili više soli je u opsegu od 0,20-1,20 M. Kako jedna ili više soli hidroksida može da bude prisutna kao mešavina dve ili tri soli hidroksida, koristi se pojam "ukupna koncentracija". Ukupna koncentracija može da bude i 1,4 M ili manje, 1,3 M ili manje, 1,2 M ili manje, 1,0 M ili manje, 0,80 M ili manje, 0,60 M ili manje, 0,40 M ili manje ili 0,20 M ili manje.

[0030] Kada se materijal biljke kineskog šaša Miscanthus iz prvog ostatka podvrgava ovim uslovima, hemiceluloza se hidrolizuje da bi se formirali šećeri koji se rastvaraju u umereno alkalnom rastvaraču. U isto vreme, ovi uslovi ne razgrađuju ove šećere, niti negativno utiču na lignin iz roda Miscanthus (npr. lignin se ne hidrolizuje i ne rastvara u drugom ekstraktu), ili barem ovim uslovima koji negativno utiču na lignin u značajnoj meri. Pored toga, lignin zaista jedva da se rastvara pri ovim uslovima, tako da šećeri dobijeni ekstrakcijom sa drugim rastvaračem ekstrakcije sadrže tek male količine lignina. Nasuprot tome, lignin se rastvara dobro u trećem rastvaraču ekstrakcije (vide infra) što je prvenstveno zahvaljujući svojoj visokoj alkalnosti. Dakle, razlika u koncentraciji hidroksida oba rastvarača ekstrakcije ima dejstvo ovde tako što postoji selektivno odvajanje lignina iz šećera.

[0031] Alkali u drugom rastvaraču ekstrakcije deluju kao katalizator za hidrolizu hemiceluloze i ne troše se stehiometrijski. Preporučljivije je da se na početku ekstrakcije, omogući prisustvo dovoljne količine soli da bi se ostavilo prostora za male gubitke usled neutralizacije ili razblaživanja pomoću, npr. prvog ostatka. Na primer, kada je korišćen rastvor 25 mM NaOH (pribl. 0,1 m% NaOH), za svaki gram kineskog šaša Miscanthus (sadržaj suve materije) količina ovog rastvora koja se koristi je obično najmanje 10 ili najmanje 15 mL.

[0032] U ekstrakciji sa drugim rastvaračem ekstrakcije, čvrsta faza (koja potiče iz čvrstog materijala biljke prvog ostatka) se odvaja iz rastvorene faze (ekstrakt obuhvata rastvorene šećere) da bi se dobio kao prinos drugi ostatak i drugi ekstrakt, prema opisanom redosledu. Ovo se obično izvodi postupcima poznatim u ovoj oblasti. Pri čemu u manjoj razmeri može da se izvede filtracija iznad dela filter papira ili levka sa sinterovanim staklom sa poroznom filter pločom, pri višoj razmeri je poželjno da se koristi centrifugiranje.

[0033] Drugi ekstrakt obično obuhvata više šećera, kao što je arabinoza, ksiloza, manitoza, galaktoza. Šećer sa najvidljivijim prisustvom je ksiloza.

[0034] Ekstrakcija sa drugim rastvaračem ekstrakcije može u principu da bude izvedena na bilo kojoj temperaturi, dokle god ne postoji značajna razgradnja (ili razgradnja do neželjenog nivoa) proizvoda formiranih tokom hidrolize i ekstrakcije (npr. drugi ekstrakt; i lignin i celuloza preostali u dugom ostatku). Uobičajeno je, međutim, da je temperatura u opsegu od 0-120 °C. Može da bude i u opsegu od 10-110 °C ili u opsegu od 20-100 °C. Preporučljivo, temperatura je u opsegu 30-90 °C, još poželjnIje je u opsegu od 40-80 °C. Čak se preporučuje da je u opsegu od 50 do 70 °C. Pri ovoj temperaturi, postoji brza i efikasna hidoliza hemiceluloze pri čemu su neželjene sporedne reakcije kao što je ragradnja proizvoda u većoj meri odsutne. Kada je temperatura viša od 80 °C, ukupna koncentracija jedne ili više soli je poželjno ne viša od 1,3 M, još poželjnije ne više od 1.2 M.

[0035] Ekstrakcija sa drugim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede na atmosferskom pritisku, ali takođe na višem pritisku, na primer na pritisku od najviše do 10 bara. Pritisak može biti 7 bara ili manje, 5,0 bara ili manje, 4,0 bara ili manje, 3,0 bara ili manje, ili 2,0 bara ili manje.

[0036] Drugi rastvarač ekstrakcije može obuhvatiti etanol, na primer u količini od 10-50 tež.%, ili količini od 20-40 tež.%. Prednost od prisustva etanola u drugom rastvaraču reakcije je što dovodi do bolje defibrilacije celuloze i obuhvata manje zaostalog lignina posle ekstrakcije sa trećim rastvaračem ekstrakcije (niži kapa broj). U slučaju prisutnog etanola, koncentracija jedne ili više soli se zatim odnosi na ukupnu količinu vode i etanola prisutnih.

[0037] Ekstrakcija sa drugim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede u šaržama ili kontinualno. Količina rastvarača ekstrakcije je zatim obično u opsegu od 3-30 mL po gramu prvog ostatka, poželjno u opsegu od 5-20 mL po gramu prvog ostatka. U slučaju neprekidnog postupka, moguće ga je izvesti suprotno-strujno ili istovremeno, posle čega sledi čvrsto-tečna separacija.

[0038] Drugi ekstrakt može da prođe dalju preradu, na primer preradu usmerenu na izolaciju šećera i/ili na recikliranje drugog rastvarača ekstrakcije. Takva obrada može da obuhvati dodavanje kiseline u drugi ekstrakt. Izolaciju šećera je moguće izvesti kristalizacijom, membranskom filtracijom, mikrofiltracijom, ultrafiltracijom, nanofiltracijom ili pripremnim hromatografskim postupcima kao što je pripremna hromatografija na pripremnom stubu. Uklanjanje tragova lignina je moguće izvesti membranskom filtracijom, čiji tragovi mogu u kasnijem stadijumu da se dodaju u frakciju lignina koja je dobijena naknadnom ekstrakcijom sa trećim rastvaračem ekstrakcije.

[0039] Ekstrakcija sa trećim rastvaračem ekstrakcije, izvedena na drugom ostatku, ima za svrhu izolovanje lignina iz materijala biljke kineski šaš Miscanthus. U tu svrhu, drugi rastvarač ekstrakcije je jako alkalni. Obuhvata vodenasti rastvor jedne ili više soli izabrano iz grupe LiOH, NaOH i KOH, pri čemu koncentracija jedne ili više soli hidroksida je najmanje 2,5 M. Pri čemu se materijal biljke kineskog šaša Miscanthus drugog ostatka podvrgava ovim uslovima, lignin se rastvara u izrazito jakom alkalnom rastvaraču i tako se otpusti iz nerastvorljive celuloze.

[0040] U ekstrakciji sa trećim rastvaračem ekstrakcije, čvrsta faza (koja potiče iz čvrstog materijala biljke drugog ostatka) se odvaja iz rastvorene faze (ekstrakt obuhvata rastvoreni lignin) da bi se dobio kao prinos treći ostatak i treći ekstrakt, prema opisanom redosledu. Ovo se obično izvodi postupcima poznatim u ovoj oblasti. Pri čemu u manjoj razmeri može da se izvede filtracija iznad dela filter papira ili levka sa sinterovanim staklom sa poroznom filter pločom, pri višoj razmeri je poželjno da se koristi centrifugiranje.

[0041] Treća ekstrakcija može u principu da bude izvedena na bilo kojoj temperaturi, dokle god ne postoji značajna razgradnja (ili razgradnja do neželjenog nivoa) proizvoda formiranih tokom hidrolize i ekstrakcije (npr. treći ekstrakt i celuloza preostali u trećem ostatku). Uobičajeno, međutim, temperatura je u opsegu od 0-120 °C. Može da bude i u opsegu od 10-110 °C ili u opsegu od 20-100 °C. Preporučljivo, temperatura je u opsegu 30-90 °C, još poželjnIje je u opsegu od 40-80 °C. Čak se preporučuje da je u opsegu od 50 do 70 °C. Pri ovoj temperaturi, postoji brzo i efikasno rastvaranje lignina pri čemu neželjene sporedne reakcije kao što je razgradnja proizvoda uglavnom izostaju.

[0042] Ekstrakcija sa trećim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede na atmosferskom pritisku, ali takođe na višem pritisku, na primer na pritisku od najviše do 10 bara. Pritisak može biti 7 bara ili manje, 5,0 bara ili manje, 4,0 bara ili manje, 3,0 bara ili manje, ili 2,0 bara ili manje.

[0043] Nezavisno od drugog rastvarača ekstrakcije, treći rastvarač ekstrakcije može obuhvatiti etanol, na primer u količini od 10-50 tež.%, ili količini od 20-40 tež.%. Prednost prisustva etanola u rastvaraču treće ekstrakcije je što dovodi do bolje defibrilacije celuloze i obuhvata manje zaostalog lignina posle ekstrakcije sa trećim rastvaračem (niži kapa broj). U slučaju prisutnog etanola, koncentracija jedne ili više soli se zatim odnosi na ukupnu količinu vode i etanola prisutnih.

[0044] Ekstrakcija sa trećim rastvaračem ekstrakcije može da se izvede u šaržama ili kontinualno. Količina rastvarača ekstrakcije je zatim obično u opsegu od 3-30 mL po gramu drugog ekstrakta, poželjno u opsegu od 5-20 mL po gramu drugog ekstrakta. U slučaju neprekidnog postupka, moguće ga je izvesti kao suprotno-strujni ili kao istovremeni, posle čega sledi čvrsto-tečna separacija.

[0045] Ekstrakcija sa trećim rastvaračem ekstrakcije se u principu izvodi na bilo kojoj koncentraciji jedne ili više soli hidroksida što je jednako ili više od 2,5 M, specifično je u opsegu od 4,5-20,0 M. Može takođe da bude 2,7 M ili više, 3,0 M ili više, 3.5 M ili više, 4,0 M ili više, 4,5 M ili više, 5,0 M ili više, 6,0 M ili više, 7,0 M ili više, 8,0 M ili više, 9,0 M ili više, 10,0 M ili više, 11,0 M ili više, 12,0 M ili više, 13,0 M ili više, 14,0 M ili više, 15,0 M ili više, 16,0 M ili više, 17,0 M ili više, 18,0 M ili više, 19,0 M ili više, ili 20,0 M ili više. Kako jedna ili više soli hidroksida mogu biti prisutne kao mešavina dve ili tri soli hidroksida, koristi se pojam "ukupna koncentracija".

[0046] Tokom ekstrakcije sa trećim rastvaračem ekstrakcije, alkali se koriste u trećem rastvaraču reakcije potroši. Ovo može značajno da smanji koncentraciju rastvorenog hidroksida, i može tako da dovede do smanjene pH. Kada je pad pH vrednosti previše visok (npr. vrednost je blizu ili ispod neutralne pH vrednosti) pre nego što se završi ekstrakcija, pri čemu kapacitet rastvarača treće ekstrakcije da hidrolizuje lignin i defibrilizuje celulozu može biti smanjen. U protivnom, smanjena pH vrednost ne predstavlja sama po sebi problem. Može čak da bude i prednost, jer kada se izvodi krajnja neutralizacija na trećem ekstraktu, manje kiseline je neophodno da bi se došlo do željenog pada za pH vrednost. Količina trećeg rastvarača ekstrakcije je samim tim poželjno izabrana tako da na kraju ekstrakcije pH vrednost jeste i dalje alkalna, npr. viša od 7,0. Preporučljivo, pH vrednost je na vrednosti koja ne daje kao rezultat taloženje lignina. Može na primer da bude i 7,5 ili više, 8,0 ili više, 8,5 ili više 9,0 ili više, 9,5 ili više, 10,0 ili više, 10,5 ili više, 11,0 ili više, 11,5 ili više ili 12,0 ili više.

[0047] Kada je poželjno da se formira treći ekstrakt koji je i dalje alkalni, preporučljivo je da na početku ekstrakcije, količina prisutne soli hidroksida jeste najmanje 2,5 mmola po gramu drugog ostatka, na osnovu sadržaja suve materije. Na primer, kada se koristi 2,5 M NaOH rastvor (pribl.10 m% NaOH), količina ovog rastvora koji se zatim koristi je najmanje 9 mL za svaki gram kineskog šaša Miscanthus (sadržaj suve materije).

[0048] Treći ekstrakt koji može da se podvrgne daljoj obradi, na primer obradi usmerenoj na izolaciju lignina. Takva obrada može da obuhvati dodavanje kiseline u treći ekstrakt. Na ovaj način, ekstrakt je moguće neutralizovati.

[0049] Kada se kiselina doda u treći ekstrakt, barem deo lignina se istaloži. Ovo omogućava da se odvoji lignin iz vodenastog supernatanta. Ovaj supernatant obuhvata so koja se formira tokom dodavanja kiseline. Bilo šta od preostalih soli u ligninu je zatim moguće ukloniti pranjem lignina tečnošću, najčešće vodom. Oprani lignin je zatim moguće osušiti da bi se dobio kao prinos lignin kao prah ili kao pasta.

[0050] Supernatant i eventualni slojevi za pranje koji su u njega dodati formiraju koncentrat rastvorenog lignina i soli, posebno jedne ili više soli izabranih iz grupe soli litijuma, soli natrijuma i soli kalijuma. Ako se želi, preostali lignin je moguće izolovati iz rastvora i so ili soli je moguće regenerisati.

[0051] Kao što je već navedeno, postupak može obuhvatiti dodavanje kiseline u drugi ekstrakt i/ili treći ekstrakt. Na ovaj način, pH vrednost ekstrakta moguće je smanjiti na manje baznu, do neutralne ili na kiselinsku. Naneta kiselina može u principu da bude bilo koja pogodna kiselina.

[0052] Utvrđeno je da dodavanje ugljen dioksida (CO2) jeste naročito preporučljivo, jer se čini mogućim da se regeneriše hidroksid metala (LiOH, NaOH ili KOH) kao i CO2na jednostavan i efikasan način iz tog rastvora. Ovu regeneraciju je moguće izvesti na drugom ekstraktu i/ili na trećem ekstraktu na sličan način, kao što je razrađeno u daljem tekstu.

[0053] Posle dodavanja CO2u drugi i/ili treći ekstrakt, CO2se pretvara u rastvorenu so

1

karbonata metala. Zavisno od hidroksida metala (LiOH, NaOH ili KOH) korišćenog u odgovarajućem drugom ili trećem rastvaraču ekstrakcije, so karbonata metala je Li2CO3, Na2CO3ili K2CO3. Posle dodavanja oksida kalcijuma (CaO) i/ili hidroksida kalcijuma (Ca(OH)2) u rastvorenu so karbonata metala, dolazi do reakcije metateze soli pri čemu se karbonat istaloži kao CaCO3pod formiranjem supernatanta koji obuhvata rastvoreni hidroksid metala, pri čemu taj metal odgovara metalu hidroksida metala koji je prvobitno korišćen za drugi ili treći rastvarač ekstrakcije - LiOH, NaOH ili KOH. Na ovaj način, hidroksid metala koji se koristi za drugi i/ili treći ekstrakt, može da se regeneriše. Kada se dovede do odgovarajuće koncentracije u vodi, dostupan je za ponovnu upotrebu u postupku iz ovog pronalaska, posebno u koracima pri čemu prvi ili drugi ostatak jesu podvrgnuti toj ekstrakciji.

[0054] U nekom drugom koraku, CaCO3je moguće pretvoriti u CO2sa jedne strane i u CaO i/ili Ca(OH)2sa druge strane, na primer sagorevanjem CaCO3. Na ovaj način, CO2kao i CaO i/ili Ca(OH)3se takođe regenerišu i tako postaju dostupni za ponovnu upotrebu u postupku iz ovog pronalaska. Uprkos kvantitativnoj upotrebi hidroksida metala u postupku iz ovog pronalaska, ne postoji kvantitativno formiranje otada metala, što je nedostatak za veliki broj uobičajenih postupaka pri čemu se biomasa tretira da bi se odvojile i izolovale njene komponente kao što je lignin, celuloza i hemiceluloza.

[0055] Dakle, u postupku iz ovog pronalaska, postupak može da obuhvati tretiranje drugog ekstrakta pri čemu je drugi rastvarač ekstrakcije regenerisan iz drugog ekstrakta, to tretiranje obuhvata korake

a) dodavanja CO2u drugi ekstrakt da bi se dobila pH vrednost u opsegu od 6-11; zatim b) odvajanje supstance koja se dobija kao rezultat u prvu frakciju koja sadrži šećere i drugu frakciju koja sadrži vodenasti rastvor karbonata metala, pri čemu taj rastvor karbonata metala obuhvata jedan ili više karbonata izabranih iz grupe Li2CO3, Na2CO3i K2CO3; zatim

c) dodavanje CaO i/ili Ca(OH)2u drugu frakciju da bi se generisao istaloženi CaCO3i da bi se regenerisao drugi rastvarač ekstrakcije; zatim

d) sagorevanje istaloženog CaCO3da bi se regenerisao CO2i CaO; zatim

e) korišćenje regenerisasnog CO2u koraku a) i/ili korišćenje regenerisanog CaO u koraku c); i

f) opciono podvrgavanje prve frakcije jednom ili više koraka prečišćavanja da bi se izolovao jedan ili više šećera, specifično ksiloza; i

g) opciono podvrgavanje prvog ostatka ekstrakciji sa regenerisanim drugim rastvaračem ekstrakcije.

[0056] Vodenasti rastvor karbonata metala generisan u koraku a) i odvojen u koraku b) je rastvor iz jednog ili više karbonata metala izabranih iz grupe Li2(CO3), Na2(CO3) i K2(CO3). Stvarni karbonat metala (ili njegova kombinacija) koji je prisutan zavisi od hidroksida metala korišćenog(ih) u drugom rastvaraču ekstrakcije. Na primer, kada se NaOH koristi za drugi rastvarač ekstrakcije, karbonat metala koji se formira posle dodavanja CO2je karbonat natrijuma. Logično, obilje litijumovih, natrijumovih i kalijumovih kontrajona se takođe odražava u supstanci iz drugog rastvarača ekstrakcije koja se regeneriše u koraku c).

[0057] Preporučljivo, kada se kiselina doda tokom izolacije lignina, dodavanje kiseline ne treba samo kao rezultat da ima istaloživanje lignina, već takođe i da ga učini kiselim tako da lignin postane protonisan. Kada je kiselina koja se doda u treći ekstrakt CO2, poželjno je dodati količinu (razblažene) kiseline koja je jača od CO2, na primer H2SO4. Na ovaj način je moguće ostvariti dovoljnu protonaciju lignina.

[0058] Postupak iz ovog pronalaska može da obuhvati tretiranje trećeg ekstrakta pri čemu je treći rastvarač ekstrakcije regenerisan iz trećeg ekstrakta, to tretiranje obuhvata korake

a) dodavanja CO2u treći ekstrakt da bi se istaložio lignin i stvorio supernatant koji obuhvata vodenasti rastvor karbonata metala, pri čemu taj rastvor karobnata metala obuhvata jedan ili više karbonata izabranih iz grupe Li2CO3, Na2CO3i K2CO3; zatim odvajanje lignina iz supernatanta; zatim

b) odvajanje lignina iz tog supernatanta; zatim

c) dodavanje CaO i/ili Ca(OH)2u taj supernatant da bi se generisao istaloženi CaCO3i da bi se regenerisao treći rastvarač ekstrakcije; zatim

d) sagorevanje istaloženog CaCO3da bi se regenerisali CO2i CaO; zatim

e) korišćenje regenerisasnog CO2u koraku a) i/ili korišćenje regenerisanog CaO u koraku c); i

f) opciono podvrgavanje lignina jednom ili više koraka prečišćavanja.

[0059] Vodenasti rastvor karbonata metala generisan u koraku a) i odvojen u koraku b) je rastvor iz jednog ili više karbonata metala izabranih iz grupe Li2(CO3), Na2(CO3) i K2(CO3). Stvarni karbonat metala (ili njegova kombinacija) koji je prisutan zavisi od hidroksida metala korišćenog(ih) u trećem rastvaraču ekstrakcije. Na primer, kada se KOH koristi za treći rastvarač ekstrakcije, karbonat metala koji se formira posle dodavanja CO2je karbonat kalijuma. Logično, obilje litijumovih, natrijumovih i kalijumovih kontrajona se takođe odražava u supstanci iz trećeg rastvarača ekstrakcije koja se regeneriše u koraku c).

[0060] Treći ostatak obuhvata celulozu materijala biljke kineski šaš Miscanthus ("sirovu celulozu"), zajedno sa nekim drugim komponentama kao što je zaostali lignin i drugi materijali biljke kineski šaš Miscanthus koji nisu ekstrahovani pomoću prvog, drugog i trećeg rastvarača ekstrakcije.

[0061] Opciono, sirova celuloza koja se dobije postupkom iz ovog pronalaska može da se prečisti da bi dala kao prinos celulozu. Dakle, iza postupka iz ovog pronalaska može da sledi izolacija celuloze iz trećeg ostatka. Celulozu je moguće izolovati i kao vlakna celuloze.

[0062] Preostali lignin je na primer moguće ukloniti preradom trećeg ostatka u horizontalnom razgrađivaču ili ekstruderu. Ovaj postupak može da obuhvati pulpovanje trećeg ostatka, posle čega sledi izbeljivanje trećeg ostatka.

[0063] Druge nečistoće je moguće ukloniti jednim ili više postupaka odvajanja izabranim iz grupe dekantovanja, centrifugiranja, filtriranja, isparavanja, i pranja fluidom.

[0064] Na primer, sirovu celulozu je moguće isprati vodom da bi se klonili nusproizvodi rastvorljivi u vodi kao što su soli i druge komponente koje potiču iz tretiranog materijala biljke ili se formiraju tokom prethodnih koraka u postupku iz ovog pronalaska. Upotreba može npr. da bude filtracijom i/ili sedimentacijom posle čega sledi dekantacija.

[0065] Tehnike za čvrsto-čvrstu separaciju koje su poznate u ovoj oblasti je takođe moguće primeniti, posebno da bi se uklonio ne-celulozni materijal iz celuloze koji se ne rastvara u fluidima koji se peru kao što je voda.

[0066] Najčešće, (opciono) korak izolacije celuloze obuhvata, ili sledi, uklanjanje vode tako da se pretežno suv proizvod dobije. Ovo je moguće izvesti centrifugiranjem ili isparavanjem vode, posebno sušenjem pod smanjenim pritiskom (obično pod pritiskom nižim od atmosferskog pritiska). Na primer, sadržaj vode u izolovanoj celulozi ili supstanci koja sadrži celulozu je 5 tež.% ili manje, 4 tež.% ili manje, 3 tež.% ili manje, 2 tež.% ili manje, 1 tež.% ili manje, 0,5 tež.% ili manje, 0,2 tež.% ili manje, 0,1 tež.% ili manje ili 0,05 tež.% ili manje.

[0067] Dobijena celuloza se obično dobije kao suvi prah ili zbijenija ili kruća čvrsta supstanca. Izgled te celuloze obično zavisi od njene čistoće. Može biti bela, beličasta, žuta ili čak braonkasta supstanca. U slučaju da se želi bela celuloza, celuloza može da bude izbeljena, na primer pomoću tretiranja se jednim ili više agenasa izabranih iz grupe H2O2(P-stadijum), O2(O-stadijum), O3(P-stadijum), Cl2(C-stadijum), ClO2(D-stadijum), NaOH (E- stadijum), NaClO (H-stadijum), EDTA ili DPTA (agensi helacije, Q-stadijum), Na22S2O4(Y-stadijum)

[0068] Dobijeni celulozni proizvod je takođe moguće modifikovati, na primer u celulozu koja se rastvara, etre celuloze (kao što je hidroksipropilmetilceluloza), viskoza, mikroceluloza, nanoceluloza, nanokristalna celuloza (NCC ili CNC), nanovlakna celuloze (CNF), mikrofibrilisana celuloza (MFC), celuloid, mikrokristalna celuloza ili celofan.

[0069] Preporučljivo, zatezna čvrstoća, čvrstoća na pucanje i čvrstoća na cepanje celuloze dobijene postupkom iz ovog pronalaska su više od iste u uobičajene pulpe tvrdog drveta. Takođe, zatezna čvrstoća celuloze dobijene postupkom iz ovog pronalaska je viša od zatezne čvrstoće pulpe mekog drveta. Upotreba celuloze iz kineske šaši Miscanthus za proizvodnju npr. papira je samim tim atraktivna.

1

[0070] Pored toga, postupak za dobijanje papira iz celuloze izolovane iz kineske šaši Miscanthus je energetski manje intenzivan i proizvodi manje otpadne vode nego uobičajeni postupci koji se oslanjaju na pulpu mekog drveta ili tvrdog drveta kao izvor celuloze, što je velikim delom usled boljeg odvodnjavanja u slučaju celuloze izolovane iz kineske šaši Miscanthus - u uobičajenim postupcima više vode treba da bude uklonjeno isparavanjem, posebno iz mekog drveta. Dakle, kada se koristi kineska šaš Miscanthus, neophodno je manje mekog drveta da bi se dobila željena čvrstoća što zauzvrat dovodi do efikasnijeg i energetski manje zahtevnog postupka odvodnjavanja. Pored toga, prečišćavanje (mlevenje) pulpe kineskog šaša Miscanthus se odvija na način koji je moguće porediti sa istim za pulpu tvrdog drveta, kao rezultat toga nema potrebe za dodatnom energijom za mlevenje neophodnom kada se koristi kineski šaš Miscanthus.

[0071] Izuzetna mehanička svojstva celuloze dobijene iz kineskog šaša Miscanthus ovu celulozu čine dodatno pogodnom za primenu u kompozitnim materijalima.

[0072] Još jedna prednost celuloze izolovane iz kineskog šaša Miscanthus je što ima veću viskoznost od pulpe tvrdog drveta, što proširuje opseg pogodnih etara celuloze koji se dobijaju iz celuloze, na primer etri celuloze koji služe kao zamena za vrlo kratka (linter) pamučna vlakna.

[0073] Lignin proizveden postupkom iz ovog pronalaska se čini da je visokog kvaliteta, posebno visoke čistoće. Taj lignin je na primer pretežno bez sumpora ili jedinjenja koja obuhvataju sumpor. Iz brojnih tipova biomase lignin se izoluje primenom vrlo jakih uslova pri izloženosti Na2S da bi se prekinule veze koje povezuju lignin, hemicelulozu i celulozu (npr. sulfatni postupak), koji kao rezultat daje lignin sa vezanim sumporom. Postupak iz ovog pronalaska je bez izloženosti takvim jedinjenjima sumpora, tako da lignin sa vezanim sumporom nije formiran. Ovo kao rezultat daje bolji miris lignina (bolji od mirisa lignina dobijenog npr. sulfatnim postupkom). Pored toga, ovo otvara vrata drugim područjima primene lignina, kao što su prehrambeni proizvodi, proizvodi za ličnu negu, građevinski materijali i odeća (npr. tkanine ili koža).

[0074] Glavni monomeri prisutni u ligninu dobijenom iz kineskog šaša Miscanthus (naročito iz Miscanthus x giganteus) su sinapil alkohol, koniferil alkohol i p-kumaril alkohol. Zahvaljujući relativno srednjim uslovima postupka iz ovog pronalaska, prinos lignina je viši nego što je dobijen sa uobičajenim postupcima pri čemu se primenjuju mnogo teži uslovi.

[0075] Sa višim prinosima lignina, moguće je dobiti i sinapil alkohol, koniferil alkohol i p-kumaril alkohol u višim prinosima. Pošto je lignin iz kineskog šaša Miscanthus (naročito iz kineskog šaša Miscanthus x giganteus) naročito bogat sinapil alkoholom, postupak iz ovog pronalaska je posebno pogodan da bi se dobile visoke količine sinapil alkohola biološkog porekla kao i lignin sa visokim sadržajem sinapil alkohola.

[0076] Koraci ekstrakcije iz postupka prema ovom pronalasku su posebno pogodni sa materijalom biljke kineski šaš Miscanthus, i posebno sa vrstom džinovskog kineskog šaša Miscanthus giganteus. Kada se postupak iz ovog pronalaska izvodi na lignoceluloznoj materiji koja nije od kineskog šaša Miscanthus (na primer na drugim travama kao što je bambus, pšenična slama, prerijska trava, trska i slama; ili na ostacima poljoprivrednog otpada npr. kao kukuruz i šećerna trska), onda različite frakcije imaju slabiju čistoću. Kod drugih vrsta biomase, treći ekstrakt može na primer da sadrži više količine šećera i treći ostatak može na primer da sadrži viši zaostali sadržaj lignina. Drugim rečima, rastvarači treće ekstrakcije su značajno selektivni za odvajanje svake od četiri komponente iz kineskog šaša Miscanthus, viz.1) grupa antioksidanasa, polifenola, proteina, sterola, kiselina, alkohola, ketona, aldehida i aromatičnih jedinjenja; 2) šećeri; 3) lignin; i 4) celuloza. Ova visoka selektivnost prema ovim komponentama se naročito manifestuje kada se koristi materijal biljke vrsta Miscanthus giganteus u ovom postupku.

[0077] Još jedna prednost postupka iz ovog pronalaska je što celuloza dobijena kao rezultat ima viši stepen polimerizacije nego kada se kineski šaš Miscanthus podvrgne uobičajenim postupcima, koji na primer nemaju korak pre hidrolize hemiceluloze (ekstrakcija sa rastvaračem druge ekstrakcije i/ili upotreba mnogo težih uslova kao što je eksplozija pare, sulfatno pulpovanje ili sulfitno pulpovanje. Relativno blagi uslovi dovode do manje razgradnje celuloznih polimernih lanaca, pri čemu u isto vreme omogućavaju delotvorno i selektivno odvajanje u različite komponente kao što je celuloza, hemiceluloza i lignin.

[0078] Slika 1 je šematski predstavljen postupak (1) iz ovog pronalaska, pri čemu se identifikuju naknadni koraci postupka. Pune linije predstavljaju korake koji su ključni za ovaj pronalazak, i tačkaste linije opcione korake postupka. Prvo, obezbeđuje se materijal biljke kineskog šaša Miscanthus (10), taj materijal se podvrgava ekstrakciji u rastvaraču prve ekstrakcije da bi se dobio kao prinos prvi ekstrakt (11a) i prvi ostatak (11b). Iz tog prvog ekstrakta (11a), specifične komponente ili njihova mešavina (11a’) moguće je izolovati, pri čemu je rastvarač prve ekstrakcije moguće regenerisati i ponovo koristiti za ekstrakciju iz materijala biljke kineski šaš Miscanthus (10). Posle toga, prvi ostatak (11b) se podvrgava ekstrakciji sa rastvaračem druge ekstrakcije da bi se dobio kao prinos drugi ekstrakt (12a) i drugi ostatak (12b). Iz tog drugog ekstrakta (12a), moguće je izolovati šećere (12a’), pri čemu je rastvarač druge ekstrakcije moguće regenerisati i ponovo koristiti za ekstrakciju iz prvog ostatka (11b). Posle toga, drugi ostatak (12b) se podvrgava ekstrakciji sa rastvaračem treće ekstrakcije, da bi se dobio kao prinos treći ekstrakt (13a) i treći ostatak (13b). Iz trećeg ekstrakta (13a), lignin (13a’) je moguće izolovati, pri čemu je rastvarač treće ekstrakcije moguće regenerisati i ponovo koristiti za ekstrakciju iz drugog ostatka (12b). Najzad, celulozu u trećem ostatku (13b) je moguće izolovati posle jednog ili više koraka prečišćavanja.

[0079] Slika 2 predstavja izvođenje postupka (1) iz ovog pronalaska, pri čemu dolazi do sledećih dodatnih procesnih koraka; 1) početni korak pri čemu se materijal sirove biljke

1

kineskog šaša Miscanthus sitni i pere vodom; 2) dva koraka pri čemu se alkalni ekstrakti iz drugog i trećeg rastvarača ekstrakcije neutrališu sa CO2; 3) ta dva koraka pri čemu se naneti CO2regeneriše uz pomoć CaO / Ca(OH)2pod formiranjem Ca(CO3)2; i 4) dva koraka pri čemu se nanet CaO / Ca(OH)2regeneriše iz Ca(CO3)2. Pored toga, rastvarač prve ekstrakcije na Slici 2 je mešavina koja obuhvata EtOH i vodu; i rastvarači treće i druge reakcije su vodenasti NaOH rastvori.

PRIMERI

.1 Prethodno tretiranje i ekstrakcija sa rastvaračem prve ekstrakcije

[0080] Materijal biljke iz stabla Miscanthus giganteus (10 g) je usitnjen u delove 1-3 cm korišćenjem mlina za sečenje Universal CM 2000. Usitnjeni delovi su oprani vodom (na situ) da bi se uklonila prljavština, naročito pesak. Vlažni sitni delovi su ostavljeni da se ocede na situ nekoliko minuta i zatim su dovedeni u kontakt sa 150 mL rastvora etanola 70 tež.% u vodi na sobnoj temperaturi u laboratorijskoj čaši. Posle mešanja tokom dva sata na sobnoj temperaturi (600 ob./min., vodilo se računa da ne bude nikakve stacionarne materije u laboratorijskoj posudi), ekstrakt je odvojen od lignocelulozne pulpe iznad Whatman 589/1 papira za filtriranje sa veličinom pora od 12-25 µm. Ostatak je prošao još dve ekstrakcije sa rastvorom etanola od 70 tež.% u vodi prema istom postupku kao i za prvu ekstrakciju. Kombinovani ekstrakti su isparavani do suvoće pod smanjenim pritiskom (50 mbar) na temperaturi koja ne prelazi 35 °C (rotacioni isparivač). Prinos ekstrakata je bio 1,1 tež.% vanilinska kiselina, 0,6 tež.% p-kumarna kiselina i 0,5 tež.% drugih fenola, na suvoj materiji kao takvoj (od početne materije biljke kineski šaš Miscanthus, videti takođe Tabelu 1). Čvrsta frakcija na filteru (tj. prvi ostatak) je prikupljen za ekstrakciju sa rastvaračem druge ekstrakcije.

1.2 Ekstrakcija sa rastvaračem druge ekstrakcije

[0081] Prvi ekstrakt je podvrgnut 0,25 M NaOH rastvoru u vodi koji je zatim mešan tokom jednog sata na temperaturi od 60-75 °C na atmosferskom pritisku da bi se hidrolizovala hemiceluloza u šećere. Zatim je supernatant sa rastvorenim šećerima odvojen iz čvrstih supstanci filtracijom preko Whatman 589/1 papira za filtriranje sa veličinom pora od 12-25 µm. Tečna frakcija (t.j. drugi ekstrakt) je neutralizovan dodavanjem ugljenik-dioksida. Posle evaporacije isparljivih materija, utvrđeno je da čvrsti ostatak sadrži 20 tež.% ksiloze, 3,0 tež.% drugih šećera i 2,0 tež.% lignina, na bazi suve materije (početnog materijala biljke kineski šaš Miscanthus, videti takođe Tabelu 1). Manje količine lignina u ostatku je moguće odvojiti iz ostatka i kombinovano sa ligninom je dobijen ekstrakcijom sa rastvaračem treće ekstrakcije

1

(videti 1.3. dole u tekstu). Čvrsta frakcija na filteru (tj. drugi ostatak) je prikupljen za ekstrakciju sa rastvaračem trreće ekstrakcije.

1.3 Ekstrakcija sa rastvaračem treće ekstrakcije

[0082] Drugi ekstrakt je podvrgnut 2,5 M NaOH rastvoru u vodi koji je zatim mešan tokom jednog sata na temperaturi od 60-75 °C na atmosferskom pritisku da bi se hidrolizovao lignin i razgradila celuloza. Zatim je supernatant sa rastvorenim ligninom odvojen iz čvrstih supstanci filtracijom iznad Whatman 589/1 papira za filtriranje sa veličinom pora od 12-25 µm. Tečna frakcija (tj. treći ekstrakt) je neutralizovan dodavanjem ugljenik-dioksida da bi se istaložio lignin. Zatim je učinjena blago kiselom dodavanjem razblaženog H2SO4, posle čega je usledilo pranje vodom da bi se uklonio CaCO3i druge komponente rastvorljive u vodi. Posle evaporacije isparljivih materija, utvrđeno je da čvrsti ostatak sadrži 18 tež.% lignina, na bazi suve materije (početnog biljnog materijala kineskog šaša Miscanthus). Čvrsta frakcija na filteru (tj. treći ostatak) je prikupljena za dalju razradu da bi se dobio kao prinos 50 tež.% čiste celuloze na bazi suve materije (od početnog materijala biljke kineski šaš Miscanthus, videti i tabelu 1).

Tabela 1: Komponente džinovskog kineskog šaša Miscanthus x giganteus dobijene sa postupkom iz ovog pronalaska.

1

Claims (11)

Patentni zahtevi

1. Postupak za izolaciju komponenata iz biljnog materijala kineskog šaša Miscanthus, pri čemu taj postupak obuhvata

- obezbeđivanje biljnog materijala kineskog šaša Miscanthus; zatim

- podvrgavanje biljnog materijala ekstrakciji sa prvim rastvaračem ekstrakcije da bi se dobili kao prinos prvi ostatak i prvi ekstrakt, pri čemu

<•>prvi rastvarač ekstrakcije jeste mešavina koja obuhvata etanol i vodu u odnosu težine u opsegu od 35:65 do 99,0:1,0;

• taj prvi ekstrakt obuhvata jedno ili više jedinjenja izabranih iz grupe antioksidanasa, polifenola, proteina, sterola, kiselina, alkohola, ketona, aldehida i aromatičnih jedinjenja; zatim

- podvrgavanje prvog ostatka ekstrakciji sa drugim rastvaračem ekstrakcije da bi se dobili kao prinos drugi ostatak i drugi ekstrakt, pri čemu

• drugi rastvarač ekstrakcije obuhvata vodenasti rastvor jednog ili više hidroksida metala izabranih iz grupe LiOH, NaOH i KOH, pri čemu ukupna koncentracija jednog ili više hidroksida metala jeste u opsegu od 0,15-1,50 M; i

• drugi ekstrakt obuhvata više šećera; zatim

- podvrgavanje drugog ostatka ekstrakciji sa trećim rastvaračem ekstrakcije da bi se dobili kao prinos treći ostatak i treći ekstrakt, pri čemu

• treći rastvarač ekstrakcije obuhvata vodenasti rastvor jednog ili više hidroksida metala izabranih iz grupe LiOH, NaOH i KOH, pri čemu ukupna koncentracija jednog ili više hidroksida metala jeste barem 2,5 M;

<•>treći ekstrakt obuhvata lignin; i

• treći ostatak obuhvata celulozu.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1, pri čemu je biljni materijal materijal biljke džinovskog kineskog šaša Miscanthus x giganteus.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, pri čemu se ekstrakcija sa prvim rastvaračem ekstrakcije izvodi na temperaturi u opsegu od 15-35 °C.

4. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-3, pri čemu je prvi rastvarač ekstrakcije rastvarač koji se u suštini sastoji od vode i etanola, pri čemu taj etanol čini 60-85 tež.% tog rastvarača.

5. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-4, pri čemu prvi ekstrakt obuhvata jedno ili više jedinjenja izabranih iz grupe p-kumarne kiseline, vanilinske kiseline, glikozida vanilinske kiseline, diglikozida vanilinske kiseline, p-hidroksibenzaldehida i vanilina.

6. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-5, pri čemu drugi rastvarač ekstrakcije jeste 0,20-1,2 M rastvor NaOH i/ili KOH u vodi, i/ili pri čemu treći rastvarač jeste 4,5-20 M rastvora NaOH i/ili KOH u vodi.

7. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-6, pri čemu se ekstrakcija sa drugim i/ili trećim rastvaračem ekstrakcije izvodi na temperaturi u opsegu od 30-90 °C, specifično na temperaturi u opsegu od 40-80 °C.

8. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-7, koji obuhvata obradu drugog ekstrakta i/ili trećeg ekstrakta, pri čemu ta obrada obuhvata dodavanje kiseline drugom ekstraktu i/ili trećem ekstraktu.

9. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-8, pri čemu taj postupak obuhvata tretiranje drugog ekstrakta pri čemu se drugi rastvarač ekstrakcije regeneriše iz drugog ekstrakta, pri čemu tretiranje obuhvata korake

a) dodavanja CO2u drugi ekstrakt da bi se dobila pH vrednost u opsegu od 6-11; zatim b) odvajanje supstance dobijene kao rezultat u prvoj frakciji obuhvata šećere i druga frakcija obuhvata vodenasti rastvor karbonata metala; zatim

c) dodavanje CaO i/ili Ca(OH)2u drugu frakciju da bi se generisao istaloženi CaCO3i da bi se regenerisao drugi rastvarač ekstrakcije; zatim

d) sagorevanje istaloženog CaCO3da bi se regenerisao CO2i CaO; zatim

e) korišćenje regenerisanog CO2u koraku a) i/ili korišćenje regenerisanog CaO u koraku c); i

f) opciono podvrgavanje prve frakcije jednom ili više koraka prečišćavanja da bi se izolovao jedan ili više šećera, specifično ksiloza; i

g) opciono podvrgavanje prvog ostatka ekstrakciji sa regenerisanim drugim rastvaračem

1

ekstrakcije.

10. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-9, pri čemu taj postupak obuhvata tretiranje trećeg ekstrakta, pri čemu je treći rastvarač ekstrakcije regenerisan iz trećeg ekstrakta, pri čemu to tretiranje obuhvata korake

a) dodavanja CO2u treći ekstrakt da bi se istaložio lignin i da bi se stvorio supernatant koji sadrži vodenasti rastvor karbonata metala; zatim

b) odvajanje lignina iz tog supernatanta; zatim

c) dodavanje CaO i/ili Ca(OH)2u taj supernatant da bi se generisao istaloženi CaCO3i da bi se regenerisao treći rastvarač ekstrakcije; zatim

d) sagorevanje istaloženog CaCO3da bi se regenerisali CO2i CaO; zatim

e) korišćenje regenerisanog CO2u koraku a) i/ili korišćenje regenerisanog CaO u koraku c); i

f) opciono podvrgavanje lignina jednom ili više koraka prečišćavanja.

11. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1-10, pri čemu je celuloza izolovana iz trećeg ostatka, specifično kao vlakna celuloze.

2