193526. lajstromszámú szabadalom • Eljárás D-xilóoz előállítására pázsitfűfélékből
193526 A találmány tárgya új eljárás D-xilóz előállítására nagy xilántartalmú növényi hulladékból. A találmány szerinti eljárással híg savas hidrolízissel állíthatunk elő D-xilózt pázsitfűfélék, elsősorban nád szárazanyagából kiindulva. Ezek pentozántartalma döntően könnyen hidrolízáIható xilán típusú. Ismeretes, hogy Földünket borító fa- és füfélék kémiailag alapvetően háromféle alkotórészből állnak. Mindhárom alkotórész tulajdonképpen szerves vegyületek polimere. A cellulóz (pontosabban alfa-cellulóz) olyan kétdimenziós lánc, amelynek alapeleme a D-glükóz. A pentozán többnyire rövidebb láncokat alkot, építőelemei főként xilózból, arabinózból és glükuronsavból állnak. Egyes lombos fák, de különösen néhány fűféle esetén a pentozán váz viszonylag egységes, mivel 75—95%-ban xilán-láncokból áll. Utóbbiak alkotóeleme a D-xilóz. A xilán-láncok nagy része savas, vizes oldatokkal érintkezve, megfelelő hőmérsékleten viszonylag gyorsan hídról ízá l , vagyis a lánc D-xilóz elemeire bomlik. A xilán-láncok kisebb része viszont beágyazódik a harmadik alkotórész, a lignin háromdimenziós fenilpropán tömbjeibe, ezért savas hidrolízise mintegy 3—5-ször lassúbb, mint a könnyen hidrolízálható részeké. A cellulóz láncok még ennél is jobban ellenállnak a savas ' hidrolízisnek, így a cellulózváz D-glükózzá bontása vagy csak nagyon erős savak (pl. 75%-os kénsav) hatására, vagy viszonylag híg (l—2%-os) savak hatására, de emelt hőmérsékleten (170—200 C°-on) megy végbe. A lignin-polimert speciális vegyületekkel bontják meg, illetve oldják ki. Rendszerint 120 C%nál nagyobb hőmérsékleten dolgoznak és oldószerként alkoholokat, ketonokat, szervetlen szulíidokat, lúgokat, valamint kénsavat használnak. Nyilvánvaló, hogy ha egy eljárás célja a D-xilóz előállítása, akkor a xilánláncot szelektíven kell megbontani, vagyis olyan körülményeket kell teremteni, arpelyek között kizárólag a xilán hidrolízál, de nem bomlik és nem oldódik sem a cellulóz, sem a lignin. A D-glükóz és az oldott lignin ugyanis egy ilyen eljárásnál jelentős szennyeződésnek számít. Ezt figyelembevéve mindenképpen olyan savat kell használni, ami — adott kedvező körülmények között — a lignint és a cellulózt csak kis mértékben oldja. Ilyen okokból terjednek el világszerte az ún. „hígkénsavas eljárások", valamint a jobb hatásfokú „túltelített sósavas" eljárások. Ezekkel 50°C-on, 50—60 perc alatt elvégezhető a xilán hidrolízise és a D-xilóz feloldása úgy, hogy a ligninrészeknek csupán 8—10, a cellulóznak pedig alig 1—2%-a megy oldatba. így például a 159 453 számú csehszlovák szabadalmi leírás szerint bükkfa forgácsot hídról ízál nak zárt edényben 0,75%-os kénsavval, 2,5—3 bar nyomáson, 125°C-on 1:3 és 1:15 nyersanyag-kénsavoldat arány mellett, 1—8 órán keresztül. A szürletet kalcium-hidroxiddal közömbösítik, a keletkezett gipszen 2 1 átszűrik. Az így kapott szürletet kation- és anion-cserélőn ionmentesítik, a színanyagokat pedig színtelenítő anion-cserélőn kötik meg. Az így kezelt híg cukorlevet 70—80%-ra töményítik 45—55°C-os vákuumbepárlással, majd hűtéssel kikristályosítják a D-xilózt. Mivel az ilyen és hasonló eljárásoknál jelentős költséggel jár a D-xilóz oldat lignintől és egyébb szennyezőktől való megtisztítása, újabban a híg kénsavas hidrolízis előtt lúgos főzést javasolnak bizonyos ligninmentesítés és előtisztítás (huminsavak, proteinek stb. kivonása) céljából. így a 2 358 407 számú NSZK szabadalmi leírás szerint 0,5—2 tömeg%-os nátrium-hidroxiddal főzik és előkezelik a faapritékot. Ezután 125—135°C-on 0,2—0,6 tömegű-ős kénsavat felhasználva végzik el a hidrolízist, melynek során 1000 g bükkfa-fürészporból 160 g D-xilózt nyernek ki. Bár az ilyen előkezelések csökkentik a lignines szennyezést, az egyszerű zárt-terű főzési eljárás miatt nem küszöbölhető ki teljesen az oldat szennyeződése és a D-xilóz-veszteség. Ugyanis a savas közegben a főtermékként képződő D-xilóz további kémiai reakciók során bomlásnak indul, aminek következtében a hidrolízis után kapott tisztítatlan D-xilóz-oldatban mindig található furfurol, hangyasav, néhány gyantaszerű anyag és kondenzációs termék. Vagyis az ismert eljárásoknál a hidrolízis végterméke sötétbarna vizes oldat, amely a D-xilóz mellett nagy mennyiségben savat, furfurolt, illő szerves savat, gyantaszerü vegyületet, továbbá oldott lignint tartalmaz. Ezek a szennyezések megnehezítik, sőt meg is akadályozhatják a termék tisztítását és jelentősen rontják a tiszta termék hozamát. A finomítási művelet során a D-xilóz-veszteség elérheti a 20—25%-ot is. Mint az eddigiekből kitűnik, az ismert eljárásoknak közös hátránya, hogy D-xilózra nézve nem kielégítően szelektívek. Ennek következtében kielégítő D-xilóz-hozamot sem képesek biztosítani, hiszen a tisztítási műveletek során jelentős mennyiségű D-xilóz megy veszendőbe. A találmány célja, hogy olyan eljárást biztosítson D-xilóznak pázsitfűfélékből híg savas hidrolízissel való előállítására, amely az ismert eljárásoknál lényegesen szelektívebb és így lehetővé teszi D-xilóz nagy menynyiségben és nagy tisztaságban való előállítását. Vizsgálataink során azt találtuk, hogy a fenti célt elérhetjük, ha a D-xilóz előállítását — amelynek során a vízgőzzel hőkezelt és előnedvesített nagy xilántartalmú pázsitfűféléket híg savas főzéssel, az illékony komponensek kigőzölögtetése mellett feltárjuk, a hidrolízátumot 60 C° alatti hőmérsékleten kimossuk a növényi anyagból és kinyerjük belőle a D-xilózt — oly módon végezzük, hogy a savas feltárást 100—150°C, előnyösen 130—140°C hőmérsékleten legfeljebb 25 percig, előnyösen legfeljebb 15 percig folytatjuk 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
