水解分解木质纤维素和淀粉物质的有机溶胶化方法技术

使用含水丙酮和少量的酸性化合物的混合物，其中丙酮至少占７０％体积一直到实际上是无水丙酮，以这种改良的有机溶胶化方法，把可能含有或不含木质素的已粉碎的纤维素和淀粉，部分地或全部地水解或糖化．该方法是这样完成的，在一限定的时间范围内，升高反应温度，最好是在１４５°Ｃ到２３０°Ｃ，然后冷却以便使从水解得到的已溶解的糖不至于降解为非糖物质．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
对于一定类型的纤维素物质，特别是木质纤维素，用水解法得到的有机溶胶的溶解作用的独特能力已经得到成功的论证。用有机溶胶溶液最容易除去木质素的木头是杨木，而针叶树，如云杉，松树特别是铁杉(Tsuga Hetrophlla)则表现出对抗性。发现甘蔗皮比较容易被水解。棉绒纤维，本来是纯的纤维素，特别是结晶的部分用以前的工艺方法很难水解，习惯上，用容易除去木质素的纤维素物质来说明有机溶胶化方法，而针叶树因为对水解有对抗作用和对快速转化为单体产物需苛刻的条件，因此就避而不谈。由于本质上不同的水解化学作用及担心重要的蛋白质部分被破坏，混合的淀粉/纤维素的植物产品，如谷物类和块茎类不用有机溶胶方法水解。先有技术记述了纤维物质和植物作物的杆茎去除木质素和/或糖化的各种有机溶胶化的方法。一般地说，这样的方法包括使用一种水和溶剂如醇和酮的混合物，有时也用一种特殊的或非极性的天然溶剂同酸性化合物一起加速水解。在大多数情况下，为了完成去除木质素和水解成低分子量的产物，需要处理若干小时。因此先有技术方法的特征为去除木质素能力很弱，缓慢的水解速度和大量的糖降解为非糖物质，主要是糠醛和低分子酸，因此在工业规模上发展这样的方法，再游离糖的回收上就不是很有吸引力的了。我们所了解的所有先前的有机溶胶化方法，都在某种程度上存在这些缺点，这种缺点很长时间被认为是有机溶胶化方法所固有的，特别是对于软木抗除木质素和棉绒纤维抗水解。美国专利1919623(Dreyfus 1933)叙述了用溶解在丙酮-水载体溶剂中的浓的强酸来预处理粉碎的木材。木片浸泡以后，挥发掉溶剂，以致酸在木头结构中得以浓集，加热以后纤维素在原地被水解，过量的酸用新的丙酮-水溶剂抽提出，该溶剂在进一步处理时可再次使用。在这种初步的水解阶段，不发生去除木质素作用和溶解作用。这样处理的木片再在弱酸水溶液中煮沸。美国专利2022654(Dreyfus 1935)叙述了一种生产纤维素低浆的相似方法，为了软化木材，木片用水中带有80%丙酮的浓酸进行预处理，然后把全部的酸基本上都去除后，木片在一个压力容器中用50%到80%的丙酮水混合物和非极性有机溶剂，在170℃到230℃蒸煮9到12小时。美国专利2959500(Schlapfer等)叙述了一种水解方法，用包含有选择好的醇类和水及任意的非极性溶剂，在120℃到200℃，在少量的酸性化合物存在下进行处理，要求这种酸性化合物不同所选择的醇反应。本方法与所设想的相同，实际上是很慢的，单糖的产率比理论值要低的多。美国专利1964646(Oxley等人1934)给出了用强酸的缓慢糖化作用，而美国专利1856567(Kleinert等人1932)涉及到在升温下使用含水醇，在压力容器中使用少量的酸或碱作为去除木质素助剂，生产纤维素低浆。所述的处理过程，每个阶段都需要3小时。美国专利2951775(Apel)叙述了其中的先有技术，其中使用多次应用的浓盐酸在250℃到30℃下糖化木材。匈牙利专利D21C3(Paszner等人)叙述了用酸化的含水丙酮溶液，其中有机溶剂含量要大于70%，一步处理木质纤维素，要求对所有类型的木材都快速地全部溶解。根据木材种类不同，糖的产率可达65%到72%。本专利技术的主要目的是快速和定量地溶解和回收含在物料中的木质纤维素和淀粉的化学组分。本专利技术的目的之一是减少水解时间及实际上增加糖的生成速度。本专利技术的目的之一是在酸存在下的高温水解方法中减少糖降解为非糖物质。本专利技术的目的之一是同时溶解，然后分别回收物料中含有的木质纤维素和淀粉的化学成分，如果这些物质是谷物或含有淀粉的块茎，产生的主要是戊糖和乙糖，木质素和蛋白丰富的产物。本专利技术的目的之一是以这样的方法进行水解，即当有机挥发物从水解液中除去后，而且把木质素或蛋白质的残留物从残余的溶液中分离后，用这种方法可得到高于10%重量的固体糖。本专利技术的另一个目的是实际上减少了为维持和调整水解速度所需要酸的浓度。因此实际上降低了酸在高温下对溶解作用的催化作用。另一个方面，本专利技术的目的是降低了在水解过程中为达到一定的反应速度所需要的反应温度且使糖的回收量达到极大值。本专利技术的另外一个目的是使用热容和汽化热值都比水的低沸点溶剂，降低了水解所需要的能量。本专利技术的另一个目的是对于水解纤维素物料可得到高纯度，低DP值的纤维素，对于水解含淀粉的谷物或块茎所得的蛋白质沉积物可适用动物饲料，食品添加剂和工业用的填充剂和吸附剂。本专利技术的目的在参考了下面的描述和实例后将会更加明显。本专利技术涉及到对生产碳水化合物水解物方法的改进，即从粉碎的含有木质素的纤维素材料中生产糖，为了从水解液中形成还原糖，在加压容器中，用含有少量酸性化合物的丙酮和水的混合物作溶剂，在升温下来处理物料，其改进包括a.提供至少含有70%(体积)的丙酮和水及催化性酸化合物的混合物作为溶剂，在压力容器中升温使物料水解。b.在限定的时间范围内，在溶剂混合物中处理物料一直到至少有部分溶解，使得从聚合碳水化合物物料水解产生的糖能从水解液中至少回收90%，而不致于降解为非糖物质。c.当水解液从压力容器放出时，用闪蒸法使有机溶剂除去而快速冷却水解液。本专利技术还涉及到对一种生产碳水化合物水解物方法的改进，即从粉碎的含有木质纤维素或淀粉的物质中生产如糖、木质素或蛋白质，为此在一压力容器中，以丙酮和水含有少量酸性化合物的溶剂混合物，在升温下处理被水解的物质，使任何木质素溶解而在溶液中形成还原糖并且回收高蛋白质含量的沉淀物。其中包括a.提供至少含有70%丙酮和水及催化性的酸性化合物的混合物作为溶剂，在压力容器中升温，使物料水解;b.在一定的时间范围内，在混合溶剂中处理聚合的碳水化合物，在有选择的升温下使之充分的溶解不少于50%的原料，一直到物料大部分被溶解以使至少90%的溶解的糖，在不致降解为非糖物质的情况下被回收，因此在纤维素物料或植物作物中的碳水化合物部分或实际上全部溶解和水解;c.从压力器中，连续放出水解液;d.用可控制的闪蒸法汽化丙酮溶剂而保留水溶液来快速冷却水解液;e.从水溶液中回收糖，木质素和蛋白质。意外地发现，在水中丙酮的体积浓度增加到大于70%同起催化作用的一定量的酸一起大大地促进了水解速度，因为丙酮和升温时从水解得到的糖形成了稳定的络合物，它在加压容器中有一定限度的保留时间。络合物的形成发生在升温时，同时因水存在引起的聚合的碳水化合物的水解且受到了木质素及蛋白质的保护，这一现象在文献及先前的工艺说明中还从未宣布过。在含水丙酮溶液中，特别是本专利技术所使用的高温下，人们不相信络合物能存在，本专利技术的意外结果就是显著地降低酸的浓度，碳水化合物的水解速度，在相同的条件下比在水中高出几个数量级，在高温水解过程中，而没有显著的糖降解，虽然已知糖的丙酮络合物自身也会被水解，在酸性水溶液中比起烷基糖或多聚糖(Polyglucan)本身要快100倍。发现这种加速了的主要分解作用的水解速度为降低原光为一定程度的溶解和糖回收所用的溶剂量提供了一个机会。低的物料对溶剂的比例将大大降低本方法所需的能量。从络合物自身有利的物理和化学性质，得到本方法的另外一个优点。例如众所周知糖-丙酮络合物在高温下具有不同的挥发性，这取决于糖的种类。因此戊糖的蒸汽压大大高于己糖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从粉碎的纤维素物料生产碳水化合物水解物，如糖的方法，纤维素物料可能包括含有木质素或淀粉的谷物或块茎或它们的混合物，把物料放在压力容器中用含有少量酸性化合物的丙酮和水的溶剂混合物在升温下处理，在水解液中生成还原糖，其特征在于：（ａ）提 供丙酮体积至少占７０％的丙酮和水的混合物其中含催化性的酸性化合物作为溶剂混合物，在压力容器中，在升温下同粉碎的物料混合，（ｂ）在溶剂混合物中，以限定的时间范围内在升温下处理粉碎的物料直到至少部分地溶解，而且做到来自这些潜在地可用的物料中 溶解了的糖至少有９０％被溶解而不在水解液中降解为非糖物质，（ｃ）当水解液从压力容器放出时，快速冷却水解液。

【技术特征摘要】
1.一种从粉碎的纤维素物料生产碳水化合物水解物，如糖的方法，纤维素物料可能包括含有木质素或淀粉的谷物或块茎或它们的混合物，把物料放在压力容器中用含有少量酸性化合物的丙酮和水的溶剂混合物在升温下处理，在水解液中生成还原糖，其特征在于(a)提供丙酮体积至少占70%的丙酮和水的混合物其中含催化性的酸性化合物作为溶剂混合物，在压力容器中，在升温下同粉碎的物料混合，(b)在溶剂混合物中，以限定的时间范围内在升温下处理粉碎的物料直到至少部分地溶解，而且做到来自这些潜在地可用的物料中溶解了的糖至少有90%被溶解而不在水解液中降解为非糖物质，(c)当水解液从压力容器放出时，快速冷却水解液。2.根据权项1的方法所述，其特征在于其中丙酮和水混合物中丙酮的浓度在百分之80到90(体积)。3.根据权项2的方法所述，其特征在于其中酸性化合物是硫酸，其浓度小于丙酮-水混合物的2%重量。4.根据权项3的方法所述，其特征在于酸性化合物是盐酸，其浓度小于丙酮-水混合物的1%重量。5.根据权项1的方法所述，其特征在于升温至145℃到230℃之间。6.根据权项1的方法所述，其特征在于另外的水解液在升温下和稀酸溶液中进一步水解，释放出游离糖。7.根据权项1的方法所述，其特征在于蒸馏水解液其中戊糖从水解液中挥发出。8.根据权项1，6或7的方法所述，其特征在于水溶液含有溶解的糖，超过固体物的15%。9.根据权项1的方法所述，其特征在于纤维素物料在压力容器中处理，在升温下至少包括两个阶段，每个阶段都经过一个限定的时间，然后迅速冷却。10.根据权项3或4的方法所述，其特征在于酸的浓度是0.10至0.001当量，以丙酮一水混合物的浓度计。11.根据权项1的方法所述，其特征在于水解液中的挥发物在减压下被蒸馏，剩下的含水溶液，其中不溶于水的木质素和其他产物被沉淀下来并分离出。12.一种从粉碎的纤维素物料生产碳水...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉茨劳帕斯纳，
申请(专利权)人：拉茨劳帕斯纳，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]