Влияние качества исходного сырья и режимов варки на состав гидролизатов.

Т.е. скорости данных химических реакций зависят от температуры (?), концентрации кислоты (с), активности кислоты (?) и времени реакций (t1 и t 2). Известно, что выход моносахаридов – Z выражается формулой:

Т.е. время распада моносахаридов – t 2 обратно пропорционально скорости подачи варочной смеси – V [1].

От условий гидролиза (расхода кислоты, значений температуры, скорости подачи варочной смеси, длительности режима гидролиза) зависит степень гидролиза полисахаридов, распада моносахаридов и, в целом, степень деструкции гидролизуемого материала, что сказывается на составе гидролизата.

В состав гидролизата входят продукты гидролиза полисахаридов: моносахариды и побочные продукты, – которые можно подразделить в зависимости от их происхождения [3,12,46]. Ряд авторов [3,12,46] исследовали состав моносахаридов, образующихся при гидролизе различного растительного сырья. Установлено, что гидролизаты растительного сырья представлены следующим составом моносахаридов: пентозы (рамноза, арабиноза, ксилоза) и гексозы (манноза, глюкоза, галактоза, фруктоза). Состав моносахаридов в гидролизатах зависит от породного состава древесного сырья и содержания коры. В гидролизатах древесины хвойных пород содержание глюкозы составляет 1,2-1,4%, а ксилозы – 0,2-1,1%. В гидролизате лиственной древесины содержание глюкозы составляет 0,7-1,6%, а ксилозы – 0,5-1,5%. Моносахаридный состав гидролизатов коры отличается от моносахаридного состава гидролизатов древесины и в качественнном и в количественном отношениях.

В гидролизате, полученном в процессе перколяционного гидролиза целлолигнина, редуцирующие примеси составляют 14,6% от общих РВ [47].

Биологическая доброкачественность гидролизатов оценивается по редуцирующим примесям. К редуцирующим примесям относят фурфурол, оксиметилфурфурол (ОМФ), декстрины, лигногуминовые вещества и уроновые кислоты. Содержание суммы редуцирующих примесей в гидролизате находят по разности между количеством редуцирующих веществ (РВ), определённых эбулиостатическим методом, и суммой моносахаридов, установленной с помощью количественной бумажной, газовой или газо-жидкостной хроматографии [46]. В результате анализа гидролизата древесины лиственных пород было установлено, что в них содержатся редуцирующие примеси в количестве 7-14%.

В зависимости от происхождения примеси гидролизатов подразделяют на [3,12,40,48]:

• продукты распада моносахаридов (фурфурол, оксиметилфурфурол, левулиновая кислота, муравьиная кислота, гуминовые вещества);
• низкомолекулярные органические соединения из растительного сырья (скипидар, эфирные масла и т.д.);
• продукты химических превращений и процессов изомеризации соединений, содержащихся в сырье, напр., лигнина (формальдегид, метанол, органические кислоты, фенолы и т.д.).

Наличие продуктов распада моносахаридов в гидролизатах растительного сырья изучалось многими авторами [49-51].

Другим классом органических веществ, которые связаны с распадом фурановых альдегидов, являются низшие жирные кислоты: муравьиная и левулиновая. В промышленных гидролизатах содержание их составляет 0,01-0,30% и 0,1-0,7% соответственно. Общее количество низших и высших жирных кислот в гидролизатах колеблется в интервале 0,39-1,3%. Основную часть жирных кислот составляет уксусная кислота (0,1-0,6%). Образование уксусной кислоты связано с деацетилированием полисахаридов гемицеллюлозной части при гидролизе древесины. Такое резкое колебание концентраций кислот объясняют породным составом сырья [49,52].

Продуктами конденсации фурановых альдегидов с осколками лигнина являются лигнофурановые вещества; концентрация их составляет 0,3-0,4% [48, 51]. Лигнофурановые соединения являются ингибиторами рoста дрожжей так же, как и остальные продукты распада моносахаридов. Кроме того, это нелетучие и трудноокисляемые cоединения. Они являются основными загрязнителями отработанной культуральной жидкости и сточных вод гидролизных производств.

Суммарное содержание ароматических оксиальдегидов в гидролизатах колеблется в пределах 55-126 мг/ л, оксикислот – 113-234 мг/л.

Источниками появления фенолов в гидролизатах могут быть экстрактивные вещества древесины и расщепляющийся лигнин [53]. При распаде лигнина образуются ароматические альдегиды и кислоты n – оксифенильного, гваяцильного и сирингильного ряда [48-50,53-55]. Количественное содержание фенолов в гидролизате составляет 3,75 мг/л, а лейкоантоцианов – 98 мг/л. Содержание летучих фенолов в гидролизате составляет 2-3 мг/л.

Кроме того, все примеси гидролизатов растительного сырья подразделяют на летучие и нелетучие. Анализ летучих примесей показал широкий спектр веществ. Очень подробно изучены летучие вещества гидролизатов [49,50,54,55]. Исследован состав скипидарной фракции фурфуролсодержащего конденсата, получаемого путём самоиспарения гидролизата. В нём обнаружено газохроматографическим методом 121 соединение, из них 56 идентифицировано. Согласно литературным данным, в гидролизате древесины определено 36 соединений. В полупродуктах и продуктах гидролизного производства содержатся летучие органические соединения: метанол, этанол, пропанол, бутанол, амиловый спирт, изоамиловый спирт, формальдегид, уксусный и пропионовый альдегиды, ацетон, метилфурфурол, метилаль, диметилацеталь, метилглиоксаль, фурфурол, этилпропилкетон, диацетил, ацетофуран, муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты, метилформиат, этилацетат, пропилпропионат, дипентен, терпинолен, р-цимол, камфен, ?-пинен, ?-карен, терпинеол, борнеол, изоборнеол. Летучие органические соединения, содержащиеся в гидролизатах, могут всегда в той или иной степени переходить в паровую фазу и в конечном счёте оказываться в конденсатах паров самоиспарения.

В таблице 3.5 приводится химический состав гидролизатов хвойной древесины [50].

3.5. Химический состав гидролизатов хвойной древесины, (%)

Можно отметить, что гидролизаты древесины имеют низкую концентрацию моносахаридов (1,7-3,5%) и содержат олигосахариды и декстрины в количестве 0,2-0,4%, а также витамины группы В в количестве (мг/100г) В1 – 3-49, В5 – 72-691, В6 – 18-27, В7 – 0,38-8,5. Количественное содержание продуктов распада моносахаридов и других примесей в гидролизатах колеблется в широких интервалах.

В таблице 3.6 дан химический состав гидролизатов растительного сырья Кировского завода c использованием лютеров в составе варочной смеси. [33].

3.6. Химический состав гидролизатов древесного сырья (об. %)

Босенко, Холькиным и др.