Гидролиз растительного сырья

Растительное сырье по своему составу неоднородно и состоит из лигнина, гемицеллюлоз, целлюлоз и зольных элементов. Процесс гидролиза происходит в гетерогенных условиях с одновременным протеканием нескольких реакций: гидролиз гемицеллюлоз, целлюлоз и распад моносахаридов.

Кинетика гидролиза гемицеллюлоз

Гидролиз гемицеллюлоз протекает в две стадии.

Первая стадия проходит в гетерогенных условиях, когда под влиянием гидролиза макромолекулы полисахаридов рвутся на части, а образующиеся продукты с низкой степенью полимеризации переходят в раствор.

Во второй стадии, протекающей одновременно с первой, происходит гидролиз растворившихся полисахаридов до моносахаридов. Первую стадию можно назвать гидролитическим растворением полисахаридов гемицеллюлоз, а вторую - их гидролизом.

Так как обе эти стадии проходят одновременно, то обычно при гидролизе гемицеллюлоз в растворе имеются и растворимые полисахариды и моносахариды.

Предполагается, что полисахариды гемицеллюлоз состоят из двух сильно отличающихся по реакционной способности фракций. Скорость растворения каждой из фракций должна подчиняться уравнению (3). Тогда уравнение количества перешедших в раствор гемицеллюлоз можно записать следующим образом:

А = 4 (1 - е~к'')+ А„ (1 - е-к"'), (7)

где Ах- количество растворившихся гемицеллюлоз; Аг, АИ- содержание фракций гемицеллюлоз, определенных в стандартных условиях (с H2SO4 = 2 %, Т = 100°С); к/, к - константы гидролитического растворения первой и второй фракций, приведенные к 1 % раствору H2SO4. Для указанных стандартных условий к = 0,054 мин1, кИ = 0,007 мин'1.

Распад моносахаридов и реальный выход сахара

При нагревании водных растворов моносахаридов наблюдается их распад, идет реакция дегидратации. Реакция дегидратации пентоз используется в промышленности для получения фурфурола.

В интервале температур 130-180°С скорости реакций гидролиза и распада сопоставимы, но при температуре выше 180°С скорость гидролиза целлюлозы превышает скорость распада глюкозы. Наиболее выгодным для гидролиза целлюлозосодержащего сырья является температурный интервал 180-240°С.

Учитывая, что в процессе гидролиза растительного сырья в водно-кислотной среде при нагреве идут реакции гидролиза полисахаридов и распада моносахаридов, реальный выход моносахаридов будет выражаться следующим уравнением в момент времени т.

(8)

где Z - количество моносахаридов; р - коэффициент перевода полисахарида в моносахарид (для целлюлозы он равен 1,1); а -количество полисахарида; к - константа скорости гидролиза полисахаридов; к2 - константа скорости распада моносахаридов.

Максимальный выход моносахаридов будет составлять

(9)

при оптимальном времени гидролиза

т

опт

  • (In А:, -1пА2)
  • (&, 2)
  • (Ю)

Из уравнения (9) видно, что максимальный выход моносахаридов определяется соотношением констант скорости гидролиза полисахаридов и распада моносахаридов.

Необходимо отметить, что данное уравнение выхода сахара справедливо только для одноступенчатого гидролиза какого-либо одного полисахарида.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >