Опубликовано в рубрике Под гидролизом растительной ткани понимают процесс взаимодействия полисахаридов древесины или однолетних растений с водой (обычно в присутствии кислых катализаторов) с образованием простых Сахаров, причем другие компоненты растительной ткани также претерпевают существенные изменения.
В качестве катализаторов при гидролизе применяются минеральные кислоты (иногда с добавкой солей). Хотя взаимодействие компонентов растительной ткани с водой в присутствии щелочных катализаторов также отчасти можно считать процессом гидролиза, происходящие при этом реакции не будут рассматриваться в настоящем разделе, поскольку они подробно представлены в других главах. При кислотном гидролизе образуется смесь, состоящая из моносахаридов, продуктов их распада, органических кислот, лигнина (в остатке) и других веществ.
С момента открытия Браконно в 1819 г. превращения целлюлозы в глюкозу действием концентрированной H2S04 Проблема осахаривания полисахаридов растительной ткани (в основном древесины) привлекала к себе внимание многих исследователей. Параллельно развивались два направления — гидролиз разбавленными кислотами при высоких температурах и гидролиз концентрированными кислотами при нормальных температурах. Оба эти направления в настоящее время решены в промышленном масштабе.
Изучение продуктов распада моносахаридов в кислой среде привело к открытию весьма ценных для органического синтеза веществ — фурфурола, левулиновой кислоты, оксиметилфурфурола, что вызвало интенсивное изучение третьего направления гидролиза — получения этих продуктов.
Промышленное производство фурфурола — продукта распада пен — тоз — расширило сырьевую базу гидролизной промышленности благодаря применению для получения фурфурола наряду с лиственной древесиной богатых пентозанами однолетних растений, используемых обычно в виде сельскохозяйственных отходов: кукурузной кочерыжки, подсолнечной лузги, хлопковой шелухи и т. д. В табл. 161 приведены данные о составе некоторых видов гидролизного сырья. Поскольку химический состав древесины различных пород подробно представлен в соответствующей главе, в таблицу для сравнения с однолетними растениями включены лишь сосна и береза.
ТЕОРИЯ ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ
Легко и трудно гидролизуемыр* полисахариды
Гидролиз полисахаридов растительной ткани может быть выражен следующими реакциями
|
■гС6Н1206 Гексозы тСЕИ10О5 Пентозы |
|
(CeH10Os)„ + nH20 Гексозаны (С6Н804)^ + wH80 Пентозаны |
Полисахариды растительной ткани гидролизуются кислотами с различной скоростью, причем различие в скорости может достигать десятков и даже сотен раз. Резкая разница в скорости гидролиза дает основание условно разделить пилисахариды растительной ткани на легко и трудно гидролизуьмые. К первой группе относятся болыпа з часть гемицеллюлоз, крахмал, камеди, ко второй — целлюлоза и некоторая часть гемицеллюлоз.
Таблица 161
Состав некоторых видов гидролизного сырья
Компоненты % от абсолютно сухого сырья
|
■ « и R g 3 £. ОЭ £ Ч ‘ ■• I Й Ч и го Е Р |
|
— s И 9[73] S« Gc : S н< t W В >> о к Н t. ш и с, |
|
Вид снрья |
|
2 Ч се Ч сг А; с |
|
В № А> As С |
Подсолнечная лузга (1) Кукурузная кочерыж а (2) Хлопковая шелуха (2) Овсяная шелуха (3) … Рисовая шелуха (3) …
‘ "ростник (3)……………………..
Гувапая! л О дубина [74] (3
Сосна [2, и 86j
|
27.90 13.70 31.97 17.17 18.96 20.80 25.63 27.51 27.30 21.21 |
|
1.24 1.63 2.05 7.7 18.00 3.41 3.54 0.52 0.20 0.3! |
|
28.70 32.80 43.52 28.90 27.90 36.55 35.95 36.70 36.87 32.06 |
|
23.25 37.30 23.Г 33.60 16.09 22.46 15.11 19.75 10.5о 19.70 |
|
21.90 35.0П 26.50 34.72 18.10 21.05 20.55 20.79 24.03 31.20 |
|
35.40 40.45 28.62 29.05 38.90 38.32 37.35 40.97 34.37 |
Береза [2, стр fij…………………
Наибольший интерес представляют условия гидролиза целлюлозы и гемицеллюлоз, как основных компонентов клеточных стенок растений.
Известно, что гемицеллюлозы легко переходят в частично гидролизо — ванные, растворимые в воде продукты под действием на растительную ткачь разбавленных кислот при 100" С и воды при температуре ьыше 100 С, причем целлюлоза в этих условиях мало затрагивается. Дальнейший гидролиз этих продуктов (растворимых в воде полисахаридов) идет в гомогенной среде.
Для гидролиза целлюлозы требуются более жесткие условия (более высокие температура или концентрация кислоты), при которых гидролиз гемицеллюлоз проходит в такие короткие сроки, что полученные из них моносахариды подвергаются значительному распаду, прежде чем закончится гидролиз целлюлозы.
