Способ подготовки водных предгидролизатов для биохимической переработки

Патент 1010132

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

СПОСОБ ПОЛГОТОВКИ ВОДНЫХ ПРЕДГИДРОЛИЗАТОВ ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ, включающий проведение операций замораживания предгидролизатов для очистки их от коллоидных веществ , фильтрации, продувки паром, обогащения питательными солями, нейтрализации аммиаком с последующим выращиванием на полученном субстрате дрожжей, отличаюи1ийся тем,что , с целью упрощения процесса, увеличения содержания Сахаров и повышения тем самым выхода биомассы, продувку паром осуществляют непосредственно после фильтрации предгидролизата , а замораживание последнего ведут при (-10) - (-25)°С в течение 3 12 ч.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН я() 1010132

С 13 К 1/04// С 12 Ц 1/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ1 ЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21) 3316715/28-13 (22) 13.07.81 (46) 07.04.83. Бюл. М 13 (72) А.Т. Порубова, С.А. Сапотницкий и А.В. Сучков (71) Ленинградский ордена Ленина лесотехническая академия им. С.M. Кирова ,.(53) 661.728.2(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 727688, кл. С 13 К 1/04, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

N 834129, кл. С 13 K 1/04, 1979. (54) (57) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВОДНЫХ

ПРЕДГИДРОЛИЗАТОВ ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ

ПЕРЕРАБОТКИ, включающий проведение операций замораживания предгидролизатов для очистки их от коллоидных веществ, фильтрации, продувки паром, обогащения питательными солями, нейтрализации аммиаком с последующим выращиванием на полученном субстрате дрожжей, отличающийся тем,. что, с целью упрощения процесса, увеличения содержания сахаров и повыщения тем самым выхода биомассы, продувку паром осуществляют непосредственно после фильтрации предгидролизата, а замораживание последнего ведут при (-10 ) вЂ” (-25) С в течение 312 ч.

1010132

Изобретение относится к гидролизнодрожжевой промышленности, а именно к способу подготовки водных предгидролизатов для получения чистых субстратов с высоким содержанием моносахаров 5 (PB) .

Известен способ подготовки водных предгидролизатов к биохимической переработке, согласно которому перед инверсией коллоиды переводят в иэоэлект-1о рическое состояние 204-ным раствором едкого натра, что позволяет повысить чистоту предгидролиэатов и предотвратить карамелизацию (1 ).

Недостатком этого способа являет- 15 ся введение большого количества щелочи, что в итоге приводит к т©рможению роста дрожжей, а также вызывает дополнительные экономические затраты.

Наиболее близким к предлагаемому 20 по технической сущности и достигаемо" му эффекту является способ подготовки водных предгидролизатов для биохимической переработки, заключающийся в том, что предгидролизат после 25 варочного котла охлаждают до -5 (-10)вС, в результате чего происходит его очистка от коллоидных веществ, далее его инвертируют, продувают паром, обогащают питательными солями, 5О нейтрализуют аммиаком, разбавляют водой и на подготовленном таким образом субстрате выращивают дрож+ Г27.

Недостатками указанного способа

35 являются длительность технологического процесса за счет проведения кис-. лотной инверсии, недостаточно высокое содержание моносахаров, а также получаемой биомассы.

Целью изобретения является упрощение процесса в целом, увеличение содержания сахаров и повышение тем самым выхода биомассы .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подготовки водных предгидролизатов для биохимической переработки, включающему проведение операций замораживания предгидролизатов для очистки их от коллоид5Î ных веществ, фильтрации, продувки паром, обогащения питательными соля.ми, нейтрализации аммиаком с последующим выращиванием на полученном субстрате дрожжей, продувку паром осуществляют непосредственно после фильт-55 рации предгидролизата, а замораживание последнего ведут при (-10 ) -(-2 ) С в течение 3-12 ч.

Проведение процесса замораживания предгидролизатов от -10 до -40 С без о ввода каких-либо реагентов приводит к полному разрыву гликозидных связей в цепях полисахаридов и переводу их в моносахара, что позволяет исключить стадию инверсии, в то же время повышается выход дрожжей, получаемых на субстратах, подготовленных таким способом, и их качество снижается загрязненность сточных вод. !

Использовали предгидролизаты с

Братского ЛПК (рН 3,2> содержание коллоидов 1,26 г/л ) и с опытного стенда

Ленинградского гидролизного завода (рН 3,4; содержание .коллоидов 1,17 г/

/л ).

Замораживание проводили в сосуде

Дюара, в качестве хладагента использовали лед с ацетоном для получения температур ниже -10 С. о

Пример 1. Контроль. Образцы предгидролиэата с Братского ЛПК под вергают инверсии 0,54-ной серной кислотой при 100 С в течение Я ч. Затем обычным способом их готовят к выращиванию дрожжей (продувают воздухом, обогащают питательными солями, нейтрализуют аммиаком до рН 4,2-4,6, разбавляют водой до концентрации PB 1,2Я

На подготовленных таким способом субстратах выращивают дрожжи - Кандида

Скоттии вЂ” КС-2.

Выращивание проводят на установке периодического действия, Пример 2. Образцы предгидролизата с Братского ЛПК замораживают при -25ОС в течение 6 ч в сосуде Дюара. Затем размораживают, отфильтровывают выпавший осадок коллоидов и подготавливают обычным способом к выращиванию дрожжей 1, исключая стадию инверсии)продувают воздухом, обогащают питательными солями, нейтрализуют аммиаком до рН 4,2-4,6, разбавляют водой до концентрации PB 1,23 . На подготовленных таких способом субстратах выращивают дрожжи - Кандида

Скоттии вЂ” КС-2.

Выращивание проводят на установке периодического действия.

В табл. 1 приведены данные влияния криогенной обработки на доброкачественность субстратов.

3 10

Таблица 1

Показатели

Братский предгидролизат

Показатели

Исходный

Замороженный

6 ч при

-10 С -?5 С

10132 4 осадок, определяют содержание PB u количество выпавших коллоидов.

Пример 6. Образцы предгидролиэатов замораживают по примеру 3, но продолжительность эаморажи;вания 6 ч. Затем размораживают при

20 С, выделяют выпавший осадок, определяют содержание PB и количество выделенных коллоидов.

Пример 7. Образцы предгидроВыход биомассы, к PB

47,6 52,7 65,2

Протеин в биомассе, о

46,4 53,7 56,4

Пример 5. В сосуд Дюара по- 4о мещают хладагент и ампулу с образцами предгидролизатов. Замораживание производят до -40 С в течение 3. ч.

Затем полностью раэмораживают при комнатной температуре (20 С ). В размо- 45 о роженных образцах отделяют выпавший

Пример.. 3. Образец предгидролизатов в количестве 100 мл .заливают в стеклянную ампулу с термометром, помещают в сосуд Дюара с хладагентом (лед и ацетон ). Замораживают при -10 С в течение 3 ч. Затем достают ампулу и раэмораживают растворы при комнат- . ной температуре (20 С ). В размороженных растворах выделяют выпавший осадок, определяют содержание PB и количество коллоидных частиц.

Пример 4. В ампулу с термометром загивают образцы предгидролиэатов, помещают в сосуд Дюара с хладагентом и замораживают до -25 C в тео чение 3 ч. Затем размораживают при 20оС выделяют выпавший осадок, определяют содержание PB и количество .коллоидных частиц. лизатов в количестве 100 мл замораживают по примеру 4, но продолжителвность замораживания 6 ч. В разморо" женных образцах определяют содержание PB и количество выпавших коллоидов.

П ример 8. В течение 6 ч замораживают предгидролиэаты по примеру 5. Затем размораживают, выделяют осадок, определяют PB и количество выпавших коллоидов.

Пример 9. Замораживают образцы предгидролизатов в сосуде Дюара по примеру 3, но продолжительность замораживания 12 ч, После размораживания при 20 С выделяют выпаво ший осадок и, определяют содержание

РВ и количество выпавших коллоидов, Пример 10. 100 мл образцов предгидролиэатов эамораживают 12 ч по примеру 4. После размораживания выделяют выпавший осадок," определя ют содержание PB и копичество выделенных коллоидов °

Пример 11. Образцы предгидролизатов в количестве 100 мл замораживают при -40 С в течение 13 ч о по примеру 5. После размораживания при 20 С выделяют выпавший осадок, определяют содержание PB и количество выпавших коллоидов.

Параллельно определяют содержание

PB в исходных необработанных предгидролиэатах.

Данные влияния криогенной обработ ки на содержание PB и количество коли лоидов приведены в табл. 2.

1010132

> а и г>) 1

))) щ I Ct

=Х t 0)

IS 1 О

Г 1 С)

I 1 ,)3 1 )3

g) )-! 2

1 L о 1

I (! <0 ! i>!

1 S

1 о

1 CL

1 К ! l

С?

Э а !

Ч 1! а

1 Э! СС о о

) ! о

СС о

L о

С)( а

Y I I

S 1

О а

Э 1 и 1

S Э !

О о

1 !

X 1

S 1

О а

С0 1

S 1 о

>Р

D о

)7")

-4!

>.)7

I !

)

I1 Э ! C9 ! S с о

CL а

СГ

Э а с

1 ! >S

) S

) 11 <О а

1 LQ

С 4 л

>О

<4 л

1 1

I ?"

1 0)

1 ! О о

1 С:

Х о а

0) С:)

С4 л

С) о а ,) >)

CC)

С3

) О .) о

) > л

-т

С3

)Ч л

--0

С4

О)

<) I

1 ! !

l !

I .

)

I л

1 ! !

CL с

X а

С1 с

Z 3

% "() о а

OC)

z o

Щ -Ф ()7

3(г) о а ) оо

z o

tt) --

С>3

Z 3

Э C>I

% о ао оо

LD>

Щ CV

С>3 1

2 х

Z 7

% С с) а о оо

Щ (4

03 1

2 т

0I )Ч лвЂ” о ао оо

Щ т

СО

>Я

Z 7

% ) о ао оо

СЛ

CQ СЧ

C)3 1

X .С) о ао оо

Х с)

П) ()0 1

? 7

) >) о

CL O оо

z o

07 I

:Г

Э а

С3

z Г о х

6 t

t S Ш I о 1

Э < I

I Х а о I

1 Э 1

С( о оо Y )

1 1 с)

)71 0 1 л 0

> \

) .С)

СЧ !

>Ч

CL с

0) ):

%вЂ” с)

CL о) оо

z o

)t)

С0

32 8 примеру 13. Затем в инвертированных предгидролизатах и в исходных неинвертированных определяют содержание истинных сахаров методом бумажной хро" матографии.

Пример 15. Образцы предгидролизатов с Братского ЛПК эамораживают при -10 С в течение 6 ч, затем размораживают при 20 С, проводят инверсию по примеру 12. После этого определяют содержание истинных сахаров методом бумажной хроматографии в образцах до и после инверсии.

П р и м е g 16. Образцы предгидролизатов с Братского ЛПК замораживают в сосуде Дюара при -25 С в течение о

6 ч, а затем размораживают при 20 С и определяют методом бумажной хроматографии содержание истинных сахаров.

Данные приведены в табл, 3.

10101

Таблица 3

Предгидролизат замороженный до -25 С в течение 6 ч (без инверсии) Моносахара до инверсии после инверсии

0,65

0,67

0,64

0,68

Ксилоза

0,42

0,43

0,42

0,64

1,62

1,63

1,55

Манноза

0 54

0,54

0%33

0,53

Глюкоза

0,33

0,63

0,61

0,65

0,66

3,93

3,80

2,64

3,92

4,20

4,37

4,30

2,91

2 92

Пример 12. (c инверсией ).

Образцы предгидролиэатов после замоо раживания при -10 С в количестве

100 мл отфильтровывают от выпавших осадков и инвертируют при 130 С под о давлением в течение 3 ч (замораживание проводят в течение 6 ч ), После инверсии в оЬразцах определяют содержание PB.

Пример 13. Исходные предгид 16 ролизаты, которые не эамораживают, инвертируют 0,5 -ной серной кислотой при 100 С в течение 8 ч (обычная инверсия при атмосферном давлении ). После инверсии в образцах .определяют со- ts держание РВ. В таЬл. 3 приведены данные содержания истинных сахаров в водных предгидролизатах с Братского ЛПК °

П р и ме р 14.Образцы предгидролизатов с Братского ЛПК инвертируют по 2о

Исходный неоЬработанный

Арабиноза 0,41

Галактоза 0,61

Сумма сахаров 2,64

Пример 17. Проводят частичный гидролиз 10 r ксилана в 2 л

0,1 н. серной кислоты при 100 C. Гидо 50 ролиз проводят в конической колбе с обратным холодильником, Через 3,6 и 12 ч отбирают пробы, в которых определяют СП и содержание РВ, Пример 18. Проводят частичный гидролиз 10 г глюкоманнана в 2 л

0,1 н. серной кислоты при 100 С. В пробах, которые отбирают через 3;

Замороженный до -1О С

6 ч до инвер- после инсии версии

6 и 12 ч, определяют СП и содержание

PB.

Пример 19. В сосуде Дюара с охлаждающей смесью (лед и ацетон ) проводят замораживание 10 r ксилана в

2 л воды при -25оС в течение 3 ч. 3атем раэмораживают и определяют СП и содержание PB.

Пример 20. 10 г ксилана с

2 л воды замораживают по примеру 19, при продолжительности замораживания

1010132

Пример 23. 10 г глюкоманнана эамораживают. в 2 л воды ho примеру 19. Продолжительность заморажи вания 6 ч. Затем размораживают и on5 ределяют СП и содержание PB.

Таблица 4 н (СП100.)

) Глюкоманнан (СП45)

PB 3 СП

Продолжи- Ксила тельность, u PB, Ф

Гидролиз полисахаридов при 100 C 0,1 н. серной кислоты

3 2,26

6 2,96

34,2

1 5

2 5

38,1

20 5

13 5

14,1

8,0

3,0

Замораживание полисахаридов в. воде при -25 С в воде

1,68

28 5

35,3

3,2

28,2

17,6

3 9

2 9

16,4

6,89

14,6

3 5

Пример 25. Образец предгидро- П р и и е р 26. 50 мл предгидролизата с Братского ЛПК замораживают .ливата с Братского ЛПК замораживают до - 25 С в течение 6 ч, а затем берут до -25OC в течение 6 ч и размораживао

10 мл обработанного предгидролизата ют при 20 С, затем подкисляют до рН о и 10 мл необработанного и проводят

1-2, отгоняют с паром летучие кислоэкстракцию этилацетатом. Этилацетат- ты, Отгонки проводят до 20-кратного ные Фракции объединяют и подсушивают обьема (1 л ). ПоЛноту отгонки проверяпрокаленным NgSO< в течение не менее ют по метилоранжу; Отгон подщелачива30.мин. Этилацетат иэ образцов отго- ют раствором едкого натра до рН 12, няют на водяной бане, После отгонки 56 . упаривают до 30"50 мл, подкисляют в образцы вводят 0,5 мл раствора кап- упаренный, раствор до рН 1-2. Затем роновой кислоты концентрацией 0„4Ф экстрагируют серным эфиром 5 раз при (внутренний стандарт ). Пробы в коли- модУле экстРакции i ЭфиР сушат пРО честве 3-5 мкл вводят в испаритель каленным HgSO в течение суток, иэбы- хроматографа для определения продук- 55 ток эфира отгоняют на водяной бане тов деструкции сахаров (уксусной кис- при 50 С. В оставшемся растворе опрелоты, левулиновой кислоты, Фурфурола, деляют содержание муравьиной кислоты. оксиметилфурфурола ). 8 качестве внутреннего стандарта исб ч. Затем раэмораживают при 20 С определяют СП и содержание PB.

Пример 21. 10 г ксилана замораживают в 2 л воды в сосуде Дюара с охлаждающей смесью (лед и ацетон ). Замораживание. проводят при

-25ОС в т чение 12 ч. Затем размораживают и определяют СП и содержание

PB.

П р и м е. р 22. В сосуде Дюара .замораживают 10 г глюкоманнана в 2 л воды при -25 С. Продолжительность о замораживания 3 ч. После разморажио вания при 20 С определяют Cfl и содержание PB.

Пример 24, Образец глюкоманнана эамораживают в воде при -25ОС, по примеру 19, но продолжительность

10 замораживания 12 ч. После размораживания определяют СП и содержание PB.

В табл. 4 представлены данные гидролиэа полисахаридов при 100 C 0,1 н. о серной кислотой и замораживания поли15 сахаридов при -25 С в воде. о

11 1010132 пользуют раствор декана в хлороформе.

Определение проводят на хроматографе

ЛХМ-72. Параллельно проводят определение в исходном необработанном предТаблица.5

Предгидро- Уксусная лизат кислота, ф

Левулино- Фурфурол, Оксиметилвая кисло- Ф фурфурол» та, Ф Ф

Муравьиная кислота, ф

Исходный 0,37

0,065 0,04

0,57

0,027

Замороженный при

-25оC в течение

6 ч

0,066 0,04

0,37

0,057

0,027

Составитель М. Ларина

Редактор М. Петрова Техред Ж. Кастелевич Корректор М Шароши

Заказ 2409/13 Тираж 362 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва W-35 Раушская наб. g. 4Д вееЛЛЗХА1

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч

Таким образом, понижение температуры до -25 С дает возможность полносо тью исключить инверсию, получить высококачественный целевой продукт с дополнительным экономическим эффектом, который получается за счет снижения расходов на оборудование (не нужен инвертор ), пар, электроэнергию и хими, каты (серная кислота), т.е. способ в целом значительно упрощается °

Кроме того, по предложенному способу происходит повышение содержания

РВ с 3,6 до 4,24 в процессе заморажи- зз вания до -25 С, при этом снижение темо пературы (в отличие от известного способа, в которых образцы заморожены до -10 С ) не приводит к разрушению моносахаров, способ позволяет увеличить в гидролизате. В табл. 5 дано содержа-, ние продуктов деструкции сахаров в водных предгидролизатах Братского jmK до и после обработки при -25ОС.. выход дрожжей до 65ь против 52,7ь по известному. Согласно представленным примерам с 19-24 и табл. 4 возможен гидролиз полисахаридов (ксилана и глюкоманнана ) при низких температурах о до -25 С в воде, при этом становится возможным исключение стадии инверсии.

Как следует из табл. 4 увеличивается содержание РВ и снижается СП.

Это указывает на то, что происходит разрыв глюкозидных связей, т.е. идет гидролиз за счет "концентрационного" эффекта, возникаецего при низких температурах, давления льда и интенсив" ного действия протонов водорода. Именно это и позволяет проводить гидролиз полисахаридов и исключить инверсию при температуре -25,С.