DE2328450A1

DE2328450A1 - Verfahren zur herstellung von reiner kristallisierter xylose

Info

Publication number: DE2328450A1
Application number: DE19732328450
Authority: DE
Inventors: August Wilhelm Dr Sohn
Original assignee: WALDHOF LIGNIN CHEMIE
Current assignee: WALDHOF LIGNIN CHEMIE
Priority date: 1973-06-05
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE2328450C2

Description

Patentanwalt

HERMANN L. JUNQ 757 baden-baden

DipL-Chem. ' Uidwig-Wilheim-Straße T2

Telefon (0 7221)23933 Tefegramme: JUPAT Baden-Baden

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Jg/Sch ON 800 W-lo52

Verfahren zur Herstellung von reiner kristallisierter Xylose

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reiner kristallisierter Xylose durch Hydrolyse von Holz rait SO₂ unter Druck. .

Es ist bekannt. Holz dadurch zu hydrolysieren, daß es mit einer Schwefeldioxydlösung gekocht wird. Bisher wurde iraper vorgeschlagen _s die SO~-Lösung so knapp zu halten, daß die Flüssigkeit vom Holz vollständig aufgesaugt'wird. Im allgeraeinen wird ein Gewichtsverhältnis von Holz zu SO- -Losung von 1:1 nicht überschritten. Die Hydrolysentemperatur beträgt zwischen I2o und 16o C. Da nun die Xylose bzw. deren Hydrierungsprodukt Xylit in neuerer Zeit in besonders reiner, d.h. diätetisch verwendbarer Form dringend als Diabetikerzucker benötigt wird, wurde gefunden, daß der Reinheitsgrad des Vorproduktes Xylose mit den bekannten Methoden, nicht erreicht v/erden kann, welcher gefordert werden muß, um die Xylose zu Xylit für den"menschlichen Bedarf zu hydrieren. Die dazu verwendbare Xylose muß weitgehend frei von begleitenden Ligninstoffen und von Hexosen sein. Bisher wurde dies dadurch erreicht, daß durch Vorhydrolyse erhaltenen Zuckergemisch über Austauschersäulen geleitet und anschließend selektiv eluiert wird. Dieses Verfahren ist aber sehr aufwendig und vor allem auch sehr teuer.

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Man hat daher vorgeschlagen, die erhaltenen Hydrolysate über Aktivkohle zu reinigen. Dabei ist jedoch der Zuckerverlust so beträchtlich, daß" dieses Verfahren unrentabel wird. Andere bekannte Verfahren gehen davon aus, Holζspäne oder Holzmehl mit so wenig SO^-Lösung zu erhitzen, daß die Flüssigkeit völlig aufgesaugt wird. Dadurch erzielt man eine besonders schonende Hydrolyse, die fast ausschließlich, insbesondere wenn es sich um Laubholz handelt, den Abbau des Xylans betrifft. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Ausbeute zu gering ist, und zwar sowohl bezogen .auf Xylose als auch auf die Gesamtzuckermenge. Außerdem benötigt diese Form der Hydrolyse nit geringer Flüssigkeitsmenge einen intensiven Waschvorgang, mindestens eine Doppelwäsche, um den entstandenen Zucker aus den relativ trockenen Holzteiichen herauszulösen. Die Eindampfungskosten und der Aufwand steigt also erheblich an.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrund.e, ein einfaches Verfahren zu finden, reit dem so reine Xylose erhalten wird, daß sie bei der Weiterverarbeitung ein für den menschlichen Genuß, speziell für den Diabetiker, geeigneten Stoff ergibt.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß das Holz während der Hydrolyse mit einem Überschuß von SO^-Lösung bis mindestens zu seiner völligen Bedeckung zufReaktion gebracht wird, daß das erhaltene Hydrolysat mit Ammoniak auf pH 4-5 neutralisiert und. die beim Eindampfen des Hydrolysate einsetzende Kristallisation bei Erreichung von 60%, spätestens jedoch' von 7o%, der analytisch nachweisbaren Zuckermenge unterbrochen' und der Kristallbrei von der Mutterlauge abgetrennt' wird.

Vorteilhaft wird der Prozess im Rahmen einer Sulfit-Zellstoffanlage mit biologischer Ablaugeverwertung durchgeführt und die noch 3o - 4o% der analytisch nachweisbaren Zucker enthaltende Mutterlauge des Hydrolysate der Hefefabrik bei gleichzeitiger Verwertung der Essigsäure und des Ammoniaks zugeleitet.

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Der Vorteil des Verfahrens besteht vor allem darin, daß man auch bei maximaler Zucker- und Xyloseausbeute eine reine Xylose erhalten kann, die für die Hydrierung zu Xylit besonders geeignet ist. Darüber hinaus lassen sich die noch in der*Mutterlauge vorhandenen Zucker in einer biologischen Ablaugeverwertung nutzbringend einsetzen. Dabei wird noch die in Hydrolysat vorhandene Essigsäure und das"Ammoniak zurückgewonnen, wobei das sich bildende Ammoniumacetat einen"zweifach interessanten Nährkörper für die Hefegewinnung darstellt. Außerdem wird das nach dem Entspannen des Hydrolysedruckbehälters noch vorhandene Schwefeldioxyd als Araraoniumsulfit gebunden und bewirkt gemeinsam mit dem Äcetat eine deutliche Beschleunigung der Zuckerkristallisation, und zwar selektiv derjenigen der Xylose.

Wenn nun die Kristallisation bei -60%, spätestens jedoch bei 7o% der analytisch nachweisbaren Zuckermenge im Hydrolysat abgebrochen ist und der Kristallbrei durch eine Zentrifuge abgetrennt wird, erhält man bereits eine so reine Xylose, daß die sonst gebräuchlichen, schwierigen Reinigungsmethoden entfallen können. Es genügt eine einfache ■ Umkris/talli sation aus Wasser. Die dann in der Mutterlauge noch verbleibende gelöste Xylose wird zusammen mit den Hexosen und der Arabinose sowie der Essigsäure und dem Ammonium-Stickstoff der Hefefabrik zur Ausbeutesteigerüng zugeführt.

Nachstehend ist. anhand eines Beispiels eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt.

Beispiel

2.000 kg lufttrockenes Buchenholzmehl aus der Schnitzelhackmaschine, einer Sulfitzellstoffanlage (entsprechend 1.4oo kg Tr.S.) mit einem theoretischen Gehalt an 34o kg Xylose werden

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in einem lom -" Druckrohr mit I80 kg SO₃ und 6 m H_O (Kondensat) erhitzt. Das Holzmaterial ist mit der Hydrolysierflüssig- · keit bedeckt. Nach einer Anheizzeit von 2o Min. werden 13o C erreicht. Diese Temperatur wird 2 Stunden lang gehalten, sodann wird innerhalb von v/eiteren 3o Min. auf 60 - 70⁰C abgekühlt.

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Das durch Abfließen abgetrennte Hydrolysat wird nach. Aufbesserung. seines SOp-Gehaltes auf erneut 3% in einem zweiten Druckrohr unter gleichen Bedingungen mit 2.ooo kg frischera Holzmehl in Reaktion gebracht. Nach diesem zweiten Druckprozess wird die Hauptmenge des SO„ durch Entspannung zurückgewonnen und zur Schwefeldioxydanlage der Zellstofferzeugung zurückgefördert. Die mit wenig Wasser gewaschenen Holziaehlanteile aus den Druckrohren werden zur v/eiteren Hydrolysat gewinnung kurz abgepreßt und über eine Blasleitung zur Ablaugenverbrennungsanlage gefördert und verbrannt.

Das mit dem Waschwasser vereinigte Hydrolysat, zusammen 6m , enthält nun 2 χ 24o = 48o kg Xylose, also rund 7o% der Theorie. Daneben sind in dem Hydrolysat Ho kg andere Zucker, hauptsächlich Hexosen, sowie 16o kg Essigsäure, etwa 2oo kg SO« bzw. HpSO^ und 36o kg Ligninbestandteile gelöst. Dieses Hydro- ■ Iysat wird mit 22o kg wässrigem Ammoniak von 22% auf pH 4,8 gebracht.

Das so neutralisierte Hydrolysat wird im Vakuum bei 6o - 7o C bis zu einer Konzentration von 55 - 6o% eingedampft* Die aus dem verbleibenden Sirup bei Abkühlung sich abscheidenden Xylosekristalle werden abgetrennt, mit wenig Wasser gewaschen und aus Wasser umkristallisiert. Die Ausbeute beträgt 32o kg in einer praktisch hexosenfreien Qualität. Dies sind 66,5% der ·' im Hydrolysat gelösten Xylosemenge.

Die Mutterlauge, die neben dem nichtkristallisierten Rest von 16o kg Xylose noch die genannten anderen Zucker sowie etwa 9o% der ursprünglich vorhandenen Essigsäure in Form von Ammonium-acetat enthält, wird der Hefefabrik (biologische Buchensuifitablaugenverarbeitung) zugeführt. Der Gewinn an Torula-Hefesubstanz aus diesem Zucker/Essigsäuresubstrat beträgt Ho kg.

Die beschriebene, hier diskontinuierlich gestaltete Hydrolyse kann auch kontinuierlich , z.B. in einer für die Zellstoffherstellung gebräuchlichen oder ähnlich gebauten Anlage durchgeführt v/erden, wobei das Holz und die SO₂~Lösung in einem solchen Verhältnis zugeführt werden, daß die völlige Bedeckung der Holzsubstanz gewährleistet ist.

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Anstelle des Buchenholzmehls aus der Schnitzelhackrcaschine können auch normale Hackschnitzel verv/endet werden. Das Restholz aus der Hydrolyse kann nach einem alkalischen Aufschlußverfahren zu Zellstoff v?eiter-verarbeitet werden.

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Claims

Patentansprüche £ G 2 O 4 O U

/1·/ Verfahren zur Herstellung von reiner, kristallisierter Xylose durch Hydrolyse von Holz rait S0_? unter Druck, dadurch gekennzeichnet,

daß das Holz während der Hydrolyse niit_v einem Überschuß von SO^-Lösung bis mindestens zu seiner völligen Bedeckung zur Reaktion gebracht, das erhaltene Hydrolysat ir.it 'Ammoniak auf pH 4-5 neutralisiert und die beim Eindampfen des Hydrolysate einsetzende Kristallisation bei Erreichung von 6o%, spätestens jedoch von 7o% der analytisch nachweisbaren Zuckerruenge unterbrochen und der Kristallbrei von der Mutterlauge abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Prozess im Rahmen einer SuIfit-Zellstoffanlage mit biologischer Abiaugenverwertung durchgeführt und die noch 3o - 4o% der analytisch nachweisbaren Zucker enthaltene Mutterlauge des Hydroiysats der Hefefabrik bei gleichzeitiger Verv/ertung der Essigsäure und des Ammoniaks zugeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens die zweifache Menge an Hydrolysenflüssigkeit, bezogen auf das lufttrockene Holz, angewendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Holz ein Laubholz, bzw. das Buchen-Abfallsägemehl aus der Schnitzelhackerei verv/endet wird,
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß alle Schritte kontinuierlich durchgeführt v/erden.

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