способ переработки растительного сырья

Формула изобретения

Способ переработки растительного сырья путем последовательной обработки его кислым раствором и экстракцией водой, отличающийся тем, что проводят смачивание сырья раствором кислоты в количестве 2 5% от сырья с последующей выдержкой при 20 80^oС в течение 15 120 мин, а экстракцию веществ водой осуществляют стационарно при гидромодуле 4 10, затем полученную смесь разделяют на жидкую фазу, которую перерабатывают на биологически активные добавки и кормовые дрожжи, и смесь жидкой фазы с твердой, которую перерабатывают на кормовой продукт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки растительного сырья для получения различных кормовых продуктов на основе комплексного использования поликомпонентной растительной биомассы и, в частности, пентозансодержащего сырья. Изобретение может быть использовано в гидролизной, микробиологической промышленности и др. Растительное пентозансодержащее сырье: отходы сельского хозяйства пленки и оболочки зерен злаков (отруби), подсолнечная, рисовая, хлопковая лузга и др. виды содержат большое количество ценных легкорастворимых веществ, представляющих комплекс биологически активных компонентов и углеводов.

В связи с резким ухудшением сырьевых ресурсов, а также подорожанием энергетики, особую актуальность представляет разработка более простых, энергоемких технологий с рациональным использованием природных комплексов ценных поликомпонентов растительной биомассы.

Пентозансодержащее растительное сырье, такое как пшеничные, овсяные отруби, содержат азотсодержащие вещества, включающие ряд ценных аминокислот, минеральные вещества, содержащие макро- и микроэлементы, легкогидролизуемые пентозаны, достигающие до 40% от веса сырья, а также витамины. Известны способы извлечения экстрактивных веществ из растительного пентозансодержащего сырья, в котором сырье обрабатывают 2,0-30,0%-ным раствором серной кислоты в тонком слое при температуре 25-30^oC, далее проводят пропитку сырья водой при температуре 20-100^oC и гидромодуле 0,5-4, после чего проводят перколяционную экстракцию водой при 50-120^oC, гидромодуле 2-4 в течение 30-90 мин (авт.св.N787477, кл. C 13 K 1/04, 1980).

Этот процесс позволяет ускорить реакцию гидролиза пентозанов.

Известен способ получения экстрактивных веществ из пентазансодержащего сырья, используемых при выращивании дрожжей, который предусматривает двухстадийную обработку сырья раствором кислоты, а в процессе перколяции водой отбирают экстракт с биостимулирующими свойствами в количестве 1,2-1,8 гидромодуля (авт.св. N1546488, кл. C 13 K 1/04,1989).

Известен также способ получения экстрактивных биологически активных веществ и пентозных сахаров, в котором исходное сырье смачивают 2-15%-ным раствором серной кислоты при температуре 20-50^oC и далее экстрагируют при температуре 70-120^oC, а затем сырье обрабатывают 1,0-5,0%-ным раствором кислоты при температуре 100-135^oC с выдачей экстракта, после чего проводят гидролиз в течение 60 мин при температуре 120^oC и гидромодуле 1-3 (авт.св. N920071, кл. C 13 K 1/02,1981).

Недостатком указанных способов является сложность процесса при последовательном извлечении экстрактивных веществ и пентозных сахаров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения экстрактивных биологически активных веществ из растительного сырья, который осуществляется следующим образом. Растительная биомасса обрабатывается с концентрацией пентозных сахаров 0,5-4,0% и содержанием серной кислоты 2,0-25% в тонком слое при температуре 20-80^oC и гидромодуле 0,1-1,0, затем осуществляют полное пропитывание сырья и далее экстрагируют водой в условиях перколяции, при температуре 80-120^oC и гидромодуле 1-4.

Основным недостатком способа является то, что для введения пентозного гидролизата на обработку сырья необходимо предварительное проведение пентозного гидролиза, что осложняет и удорожает процесс из-за дополнительного расхода пара.

Задачей изобретения является упрощение технологии легкорастворимых компонентов растительной биомассы, снижение энергозатрат и комплексное использование всех компонентов растительной биомассы.

Поставленная задача решаема тем, что в способе переработки растительного сырья, включающем последовательную обработку его кислым раствором с последующей экстракцией водой, согласно изобретению, проводят смачивание сырья раствором кислоты в количестве 2-5% от сырья с последующей выдержкой при температуре 20-80^oC в течение 15-120 мин, а экстракцию водой осуществляют стационарно при гидромодуле 4-10, при этом полученную смесь разделяют на жидкую фазу, используемую для получения биологически активных веществ или кормовых дрожжей, и смесь жидкой фазы с твердой, используемой для получения кормового продукта.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: исходное сырье, например пшеничные отруби смачивают в тонком слое 2-10%-ным раствором серной кислоты в количестве строго заданного расхода 2-5% от сырья и выдерживают при температуре 20-80^oC в течение 15-120 мин. При этом в капиллярно-впитанной жидкости проходит взаимодействие серной кислоты с зольными элементами и частичная деструкция легкогидролизуемых пентозанов. Далее проводят растворение веществ и их экстракцию водой при стационарной обработке сырья водой в течение 60 мин, температуре 80-100^oC и гидромодуле 4-10. Эти операции позволяют совмещенно проводить процесс растворения экстрактивных веществ и легкогидролизуемых полисахаридов и получать концентрированные смеси в условиях гидромодуля 4-10.

Полученную смесь перерабатывают раздельно часть жидкой фазы в количестве 30-50% от общего объема может быть использована для получения биологически активных добавок или для получения кормовых дрожжей; вторая часть жидкой фазы совместно с твердой может быть использована для получения кормового продукта. В отдельных случаях возможна инверсия растворов при 100^oC в течение 60 мин и концентрации кислоты 10%

Учитывая, что технология получения смеси предусматривает совмещение низкотемпературных процессов для их осуществления, не потребуется сложного оборудования и больших энергетических расходов. Разделение смеси на две фазы позволяет рационально использовать ценные компоненты растительной биомассы с получением биологически активных добавок или кормовых дрожжей, а на основе частично осахаренной или обогащенной протеином жидкой и твердой фазы получать кормовой продукт, т.е. комплексно использовать поликомпонентное растительное пентозансодержащее сырье. Одновременно достигаются более благоприятные экологические условия.

Пример 1. 50 г пшеничных отрубей смачивают 2%-ным раствором серной кислоты в строго заданном количестве 5% от сырья. Раствор серной кислоты подается путем тонкого распыления и при интенсивном перемешивании. Смоченное сырье выдерживают при температуре 20^oC в течение 120 мин. После этого проводят стационарную обработку сырья водой в течении 60 мин при температуре 100^oC и гидромодуле 10. Общий выход экстрактивных веществ и пентозных сахаров составляет 40,0% от массы абсолютно сухого сырья (в контроле 15,5%), т.е. повышается в 2,6, раза. Полученную смесь разделяют на жидкую фазу в количестве 50% от общего объема и направляют для получения биологически активной добавки, а смесь жидкой фазы с твердой в количестве 50% от общего объема направляют на получение кормового продукта. Таким образом, обеспечивается полная утилизация всех компонентов растительной биомассы в условиях ее комплексной переработки, при этом улучшаются экологические условия.

Пример 2. 50 г хлопковой лузги обрабатывают 10%-ным раствором серной кислоты в строго заданном количестве 3% от сырья. Раствор серной кислоты подается путем тонкого распыления и при интенсивном перемешивании. Сырье, смоченное раствором кислоты, выдерживают в течении 15 мин при температуре 80^oC. После этого проводят стационарную обработку сырья водой в течениие 60 мин при температуре 100^oC и гидромодуле 4. Суммарный выход экстрактивных веществ и пентозных сахаров составляет 35% от массы абсолютно сухого сырья (в контроле по известному способу 15,5%), т.е. повышение в 2,9 раза, затем полученную смесь разделяют на жидкую фазу, в количестве 30% от общего объема и используют как биологически активные добавки, а смесь жидкой фазы с твердой для получения кормового продукта.

Способ обеспечивает рациональное использование всех ценных компонентов растительной биомассы при улучшении экологических условий.

Пример 3. 50 г овсяных отрубей смачивают 5%-ным раствором серной кислоты в строго заданном количестве от сырья 2% Раствор серной кислоты подается путем пульверизации при интенсивном перемешивании. Смоченное сырье выдерживают при 80^oC в течение 120 мин. После этого проводят стационарную обработку сырья водой при температуре 100^oC и гидромодуле 7. Суммарный выход экстрактивных и пентозных сахаров составляет 45% от массы абсолютно сухого сырья (в контроле по известному способу 15,5%), т.е. повышается в 3,0 раза.

Полученную смесь разделяют на жидкую фазу в количестве 50% от общего объема и направляют для получения кормовых дрожжей, а смесь жидкой фазы с твердой в количестве 50% от общего объема обогащается протеином, путем ее ферментации и направляется для получения кормового продукта. Способ обеспечивает полную утилизацию поликомпонентного сырья, т.е. комплексную переработку растительной биомассы с улучшением экологических условий.

Экспериментально было установлено, что совмещение процессов получения экстрактивных веществ и пентозных сахаров при условии смачивания растительного сырья раствором серной кислоты и при выдержке с последующим стационарной обработкой сырья водой обеспечивает получение концентрированной смеси, содержащей до 30% пентозных сахаров от сырья.

Введение раствора серной кислоты на смачивание в строго заданном количестве обеспечивает лимитирование расхода дорогостоящего реагента и условия максимального связывания зольных элементов с кислотой и ее свободной сорбции.

В растительной биомассе после ее смачивания раствором кислоты с последующей стационарной обработкой водой изменяется надмолекулярная структура в направлении повышения пористости и нарушения прочности химических связей.

При смачивании сырья раствором кислоты в количестве менее 2% от сырья с последующей выдержкой при температуре 20^oC в течение 15 мин и при стационарной экстракции веществ водой при гидромодуле менее 4 не обеспечивается достаточно полного связывания серной кислоты с зольными элементами сырья, а также снижается количество легкорастворимых компонентов.

При смачивании сырья раствором серной кислоты в количестве свыше 5% от сырья с последующей выдержкой в течение 120 мин при температуре выше 80^oC и продолжительности более 120 мин, и с последующей стационарной экстракцией при гидромодуле более 10 не наблюдалось более эффективных положений по выходу экстрактивных веществ и процесс становится менее экономичен.

При комплексной переработке растительной биомассы пентозансодержащего сырья рационально используются все компоненты и достигается получения ряда ценных многокомпонентных добавок и кормовых продуктов, имеющих самостоятельное значение при их использовании. Одновременно является важным возможность получения более дешевого кормового продукта и лучших экологических условий.

Проведение совмещенных низкотемпературных процессов не потребует сложного оборудования и больших энергозатрат. На гидролизных заводах имеется все необходимое оборудование, которое в настоящее время простаивает из-за плохой реализации конечной продукции, из-за ее дороговизны, а также из-за нестабильности в снабжении сырьем и его высокой стоимости.

Применение более дешевых отходов зернового производства при комплексной их переработке по предлагаемой технологии может повысить рентабельность производства.