2. Характеристика продукции гидролизного производства.
Товарными продуктами гидролизного производства являются кормовые белковые дрожжи, фурфурол, этиловый спирт, углекислота, ксилит.
Дрожжи – это высококонцентрированный витаминизированный белковый корм, содержащий более 15 аминокислот. В состав товарных дрожжей входят: сырой протеин (общий белок) 56-43%, углеводы 23-20%, жиры 2-7%, зола 8-11%, влага 8-10%.
Кроме того дрожжи содержат витамины группы В (от В1 до В9), а также микроэлементы (медь, железо, кобальт, цинк, марганец, натрий, кремний и др. до 0,1% каждый); что повышает питательную ценность содержащегося в дрожжах белка.
Благодаря такому составу дрожжей введение их в корм животных и птиц существенно повышает эффективность животноводства и птицеводства.
Фурфурол – это непредельный гетероциклический альдегид фуранового ряда С5Н4О2. Он представляет собой прозрачную бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом. Обладает высокой реакционной способностью, образуя различные производные, которые в свою очередь используются как сырье для многочисленных синтезов органических соединений – фуриловых, фурфурол-карбамидных, полиэфирных и полиамидных полимерных материалов. Кроме того фурфурол используется как растворитель смазочных масел, канифоли и других веществ.
Исходным сырьем для получения фурфурола являются богатые пентозанами кукурузная кочерыжка, овсяная шелуха, хлопковая шелуха, подсолнечная лузга.
Углекислота – двуокись углерода СО2. При нормальных условиях – это бесцветный газ. Жидкая углекислота бесцветна и подвижна. Жидкую углекислоту применяют при электросварке металлов, в литейном производстве, в пожарной технике, в пищевой промышленности для газирования воды, напитков. Твердую углекислоту, или сухой лед, используют как консервант для охлаждения пищевых продуктов, в медицине и др. областях.
Ксилит представляет собой пятиатомный спирт, который получают восстановлением D-ксилозы – С5Н7(ОН)5. Твердый кристаллический ксилит – кристаллы белого цвета. По сладости он равен сахарозе. Применяется для производства кондитерских и пищевых продуктов, предназначенных для больных диабетом. Ксилит используется также как сырье в химической промышленности для производства эфиров канифоли, заменителей глицерина и др.продуктов.
3. Основы теории гидролиза растительного сырья.
Растительные ткани являются единственным источником для промышленного получения моносахаридов. Основу растительных тканей образуют полимерные цепи различных полисахаридов – гексозанов и пентозанов.
Наиболее ценным растительным сырьем является древесина, которая на 70-75% состоит из полисахаридов.
Превращение полисахаридов растительного сырья в моносахариды (простые сахара) основано на гидролитическом расщеплении (гидролизе) полисахаридов.
Гидролиз полисахаридов осуществляется действием воды в присутствии крепкой минеральной кислоты в качестве катализатора. Роль катализатора выполняют ионы гидроксония Н3О+, которые образуются при взаимодействии протона кислоты Н+ с водой.
Ионы гидроксония быстро протонизируют кислород гликозидной связи между звеньями полисахаридов; эта связь ослабевает и рвется с образованием иона карбония.
Карбоний ион реагирует с водой, давая гидроксильную группу и высвобождая катализатор (протон Н+).
Процесс гидролиза полисахаридов до моносахаридов протекает ступенчато через образование промежуточных продуктов с постепенным уменьшением СП (степени полимеризации).
Механизм гидролиза целлюлозы разбавленной минеральной кислотой условно можно представить схемой:
1 .Целлюлоза реакция протекает быстро нерастворимые
в воде
Гидроцеллюлоза реакция протекает медленно продукты
2. Целлодекстрины (СП 60-10) растворимые
Олигосахариды (СП 10-3) в воде
Целлобиозы продукты
D- Глюкоза (моносахариды) С6Н12О6
Реакции полного гидролиза полисахаридов древисины могут быть выражены уравнениями:
( С6Н10О5)n + (n-1)H2O nC6H12O6;
целлюлоза, глюкоза и
гексозаны другие гексозы
( C5H8O4)n + (n-1)H2O nC5H10O5
пентозаны пентозы
В связи с особенностями надмолекулярной структуры полисахариды разделяются на:
1)легкогидролизуемые
2)трудногидролизуемые полисахариды.
К трудногидролизуемым относятся гемицеллюлозы и небольшая часть целлюлозы. Они способны гидролизоваться разбавленнми кислотами при температуре 100° С.
Трудногидролизуемые полисахариды – это целлюлоза и небольшая часть гемицеллюлоз, которые поддаются гидролизу разбавленными кислотами только при температуре 160-190°С и при повышенном давлении.
Одновременно с гидролизом полисахаридов под действием тех же катализаторов (кислот) идет процесс разрушения моносахаридов. При этом образуются различные продукты их распада: фурфурол, муравьиная кислота, оксиметилфурфурол и др.
Какие условия влияют на скорость гидролиза полисахаридов растительного сырья?
Это прежде всего температура и концентрация кислоты. Чем выше температура и концентрация кислоты, тем быстрее протекает процесс гидролиза.
Но эти же факторы влияют на скорость распада моносахаридов. Поэтому режим гидролиза растительного сырья с целью получения хорошего выхода моносахаридов подбирают так, чтобы процесс разрушения моносахаридов был наименьшим.