Содержание основных компонентов в растительном сырье, %

67 
Макромолекулы имеют боковые цепи. В основных цепях преобла-
дают 1–4 β-гликозидные связи, в точках разветвления 1–2 β- (реже 
1–3 β- и 1–6 β-) гликозидные связи. 
Гидролиз гемицеллюлоз протекает быстро, в гомогенных условиях. 
Лигнин – инкрустирующий биополимер с дальним порядком ре-
гулярности строения. Макромолекула лигнина построена из фе-
нилпропановых структур: 
гваяцильный тип сирингильный тип 
п-гидроксифенильный тип 
Содержание лигнина в одревесневшей растительной ткани со-
ставляет 18–30% (содержится в первичной оболочке клеток и межкле-
точном веществе). Лигнин выполняет в основном механические 
функции (инкрустирующий полимер), придавая жесткость раститель-
ной ткани, прочность и биологическую стойкость древесине. В мак-
ромолекулах лигнина фенилпропановые структурные звенья связаны 
между собой разнообразными химическими связями (главным обра-
зом простыми эфирными и углерод-углеродными связями). Большин-
ство авторов считают, что нет строгого порядка в чередовании типов 
этих связей (известна модель фрагмента лигнина по Фрайденбергу). 
Для лигнина характерна гетерогенность (неоднородность) структуры, 
которая проявляется в наличии низкомолекулярной (в небольшом ко-
личестве) и высокомолекулярной фракций. 
Макромолекулы лигнина связаны между собой поперечными свя-
зями в различных направлениях, образуя трехмерную пространствен-
ную сетку. Имеются химические связи между лигнином и гемицеллю-
лозными полисахаридами растительной ткани (образуется суперсет-
чатая структура). 
При гидролизе растительного сырья лигнин образует негидроли-
зуемый остаток и затрудняет доступ катализатора к полисахаридам.
В производственной практике апробированы различные методы 
гидролиза растительных материалов: 
OH
C
C
C
CH
C
C
OH
H
3
CO
OCH
3
CH
CH
CH
2
OH
OCH
3
OH

68 
– гидролиз разбавленным раствором серной кислоты (0,5–0,6%); 
– гидролиз концентрированной серной кислотой (≥ 75%); 
– ферментативный гидролиз;
– автогидролиз. 
Механизм гидролиза состоит в том, что ион гидроксония (H
3
O
+
), 
образующийся в результате диссоциации серной кислоты в воде, про-
тонирует гликозидный кислород в макромолекуле полисахарида, что 
приводит к активации и разрыву гликозидной связи. По месту разрыва 
связи присоединяется молекула воды. 
Наиболее отработан в промышленных масштабах гидролиз раз-
бавленной серной кислотой при температуре 180–190°С. Процесс 
проводят в периодически действующих гидролизаппаратах объемом 
50–80 м
3
в режиме перколяции (протока) варочного раствора (0,5–
0,6% H
2
SO
4
) через слой гидролизуемого материала (смесь щепы 
и опилок). Длительное промышленное использование метода и разра-
ботанные приемы совершенствования перколяционного процесса не 
устранили его главных недостатков: больших затрат энергии (пара) на 
поддержание температуры процесса (180–190°С); низкой биологиче-
ской доброкачественности гидролизата, содержащего продукты рас-
пада моносахаридов (фурфурол, гидроксиметилфурфурол), ингиби-
рующие рост дрожжей – продуцентов белка; невысокого выхода мо-
носахаридов (46–48% от абсолютно сухой древесины). 
Гидролиз концентрированной серной кислотой проводят при тем-
пературе 50°С. При этом целлюлоза переходит в растворенное состоя-
ние и легко гидролизуется. Благодаря низкой температуре реакционной 
среды распад образующихся моносахаридов минимальный, биологиче-
ская доброкачественность получаемого гидролизата высокая. Однако 
этот метод гидролиза отягощен рядом технологических недостатков: 
большой расход кислоты на единицу массы сырья; сложность равно-
мерного распределения концентрированной кислоты в большом объеме 
гидролизуемого материала; необходимость подсушивания сырья для 
удаления влаги, разбавляющей кислоту; реверсия части моносахаридов 
в присутствии концентрированной кислоты (водоотнимающий агент) 
с образованием олигосахаридов, которые дрожжами-продуцентами 
белка не ассимилируются. 
Автогидролиз отличается тем, что катализатором процесса явля-
ется уксусная кислота, образующаяся в результате отщепления аце-
тильных групп гемицеллюлоз в присутствии воды в условиях высоко-
температуроной обработки (200–230°С). Промышленного значения 
этот процесс пока не имеет. 

69 
В настоящее время наиболее перспективен в переработке расти-
тельного сырья ферментативный гидролиз, осуществляемый с исполь-
зованием ферментных препаратов, обладающих целлюлазной актив-
ностью. Ферментативный гидролиз протекает при низкой температуре 
(40–50°С), что, помимо энергосбережения, практически исключает 
распад образующихся моносахаридов и накопление в гидролизате 
токсичных для продуцентов белка соединений. 
Однако при разработке технологического процесса выявлены 
недостатки метода, которые до настоящего времени не удается 
устранить: низкая скорость гидролиза целлюлозы, связанная с ее 
надмолекулярной структурой и блокированием углеводного ком-
плекса лигнином (продолжительность процесса ферментативного 
гидролиза около 50 часов); ингибирование ферментов конечными 
продуктами гидролиза; большой расход ферментного препарата при 
его высокой стоимости. 
Таким образом, единственным методом гидролиза растительного 
сырья, реализованным в промышленных масштабах, остается высоко-
температурный (180–190°С) гидролиз разбавленной серной кислотой. 
Основной углеродсодержащий субстрат в гидролизатах – углево-
ды, представленные пентозными (ксилоза и арабиноза) и гексозными 
(глюкоза, манноза и галактоза) моносахаридами, объединяемыми под 
общим названием редуцирующие вещества (РВ), а также органиче-
ские кислоты (главным образом уксусная и левулиновая). Содержание 
РВ в гидролизате − 3,0–3,5%. 
Перед биохимической переработкой гидролизаты подвергают 
кондиционированию: нейтрализация известковым молоком до рН 4,2–
4,4, удаление токсичных соединений продувкой воздухом, охлажде-
ние до температуры ферментации, обогащение гидролизного сусла 
биогенными элементами (азот, фосфор, калий). 
Промышленные продуценты белка на гидролизатах – дрожжепо-
добные грибы Candida scottii, Hansenula anomala, Trichosporon 

жүктеу/скачать 1,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: