Способ получения окисленных полисахаридов

 

Сущность изобретения: растительное сырье помещают в анодное пространство электрохимической ячейки, отделенное от катодного пространства полупроницаемой мембраной, и подвергают обработке сначала водным раствором хлорида натрия с концентрацией 1,0 - 1,5 мас.% при 67 - 72^oС и плотности постоянного тока 0,03 - 0,045 А/см². Затем водный расвор удаляют из ячейки и оставшееся в анодном пространстве растительное сырье подвергают обработке водным раствором иодида калия с концентрацией 1,0 - 1,5 мас.% при 67 - 72^oС и плотности постоянного тока 0,03 - 0,045 А/см². 1 табл.

Изобретение относится к химии и технологии природных полисахаридов и может быть использовано при получении полисахаридных сорбентов для связывания и выведения из организма тяжелых металлов.

Известен способ получения окисленных целлюлоз [1] под действием иодной кислоты и ее солей [JO₄] с последующим доокислением полупродуктов хлоритами [ClO₂] Нативная целлюлоза, не обладающая сорбирующими (ионнообменными) свойствами, превращается в соединение, которое используется в качестве ионнообменного материала.

Наиболее близким техническим решением является способ получения пектиновых веществ и целлюлозы, который заключается в обработке растительного сырья кипящим метанолом для инактивации ферментных систем и исчерпывающего экстрагирования пектиновых веществ 2%-ной соляной кислоты при 70^оС. Остаток от экстрагирования представляет собой практически чистую целлюлозу [2] не обладающую сорбирующими свойствами.

Недостатком данного способа является необходимость использования чрезвычайно токсичного метанола, создающего неблагоприятную экологическую обстановку, а также при получении целевого продукта, пектиновая кислота, имеет незначительное содержание свободных карбоксильных групп (20%) и обладает, следовательно, невысокой сорбционной способностью. Оставшаяся после экстрагирования пектина целлюлоза совсем не содержит свободных карбоксильных групп и поэтому не способна сорбировать ионы металлов.

Целью изобретения является улучшение экологии производства окисленных полисахаридов и увеличение сорбционных свойств целевых продуктов, а также повышение эффективности технологического процесса.

Поставленная цель достигается тем, что обработку растительного сырья производят в водном растворе 1,0-1,5 мас. NaCl и NaJ в постоянном электрическом поле, создаваемом между анодом и катодом, разделенными полупроницаемой мембраной, при плотности тока 3,0-4,5 А/дм² и 67-70^оС, причем обработку сырья производят в анодном пространстве.

Сущность изобретения заключается в следующем. Любое растительное сырье (овощи, фрукты, стебли, листья, древесина деревьев, злаки и т.д.) содержат значительные количества целлюлозы (клетчатки) и пектиновых веществ. Последние представляют собой своеобразный растительный клей, скрепляющий отдельные клетки растений. Под действием химических реагентов пектиновые вещества относительно легко экстрагируются из растительного сырья, остается относительно устойчивая (не растворимая в воде, в растворах кислот и щелочей) целлюлоза.

Исходным сырьем для осуществления изобретения являются растительные отходы (например, свекловичный жом), которые обрабатывают в постоянном электрическом поле растворами солей NaCl и NaJ, не обладающими в обычных условиях окисляющими свойствами. Однако под действием электрического поля они образуют в анодном пространстве смесь сильных и средней силы кислот и окислителей: HCl, HJ, HClO, HJO, HJO₃ и HClO₃. В катодном пространстве получается щелочь. При помещении растительного сырья (жома) в анодное пространство под действием в основном НСl происходит процесс гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ из растительного сырья. Одновременно окислители НСlO, HJO, HJO₃, HClO₃ окисляют и пектиновые вещества и целлюлозу. Постоянное электрическое поле создается системой из нерастворяющихся электродов (нержавеющая сталь, титан, графит). При этом анод отделен от катода полупроницаемой мембраной (например целлофановой), не пропускающей полимерные ионы пектиновых веществ и целлюлозы, но дающей возможность двигаться в любом направлении ионам низкомолекулярных соединений.

При электролизе NaCl на аноде выделяется хлор 2Cl=Cl+2e. В катодном пространстве выделяется водород и образуется щелочь. При взаимодействии Сl₂с водой происходит реакция Cl₂ + H₂O HCl + HClO, где НСl сильная кислота, НСlO, (HOCl) сильный окислитель (хлорноватистая кислота). Свободная хлорноватистая кислота испытывает в растворе три различных типа превращений, которые протекают независимо друг от друга и поэтому являются параллельными реакциями.

1) НОСl HCl + "O" (атомарный кислород сильный окислитель) 2) 2НОСl Cl₂O + H₂O 3) 3HOCl 2HCl + HClO₃ Аналогично при электролизе NaJ образуется НJ и HOJ иодноватистая кислота неустойчивый сильный окислитель. Помимо окислительного распада: HOJ HJ + "O" для HOJ характерна реакция: 3HOJ 2HJ + +HJO₃ с получением иодноватой кислоты, являющейся слабым окислителем.

В процессе обработки растительного сырья в постоянном электрическом поле происходит гидролиз протопектина под действием (в основном) соляной кислоты. Экстрагированный пектин и остаток (инертной) целлюлозы подвергаются окислению под действием OCl^-, O O Возникают окисленные пектиновые кислоты и целлюлоза, содержащие значительные количества карбоксильных (-СООН) групп, способных связывать токсичные металлы и затем выводить их из организма.

O O Новизна заявляемого технического решения состоит в экстрагировании растительного сырья водой в присутствии NaCl и NaJ в электрическом поле вблизи анода (отделенного от катода полупроницаемой мембраной), где за счет процессов электролиза возникают кислоты и окислители, производящие гидролиз протопектина до пектиновых веществ и целлюлозы и окисление последних до соединений с дополнительным содержанием карбоксильных групп.

П р и м е р 1. В анодное пространство электролизной ячейки, в которую помещены два электрода из нержавеющей стали размерами 60х60 мм, разделенные полупроницаемой мембраной, вносят 6 г сухого свекловичного жома и вливают 300 мл воды. В катодную ячейку также вливают 300 мл воды и вносят 4,5 г NaCl. Затем проводят электролиз при плотности тока 4,5 А/дм² при +72^оС, рН 2 1,5 ч. После этого из ячейки удаляют жидкость с экстрагированным (и окисленным) пектином.

Исчерпывающее экстрагирование пектина достигается при 5-кратном повторении указанных операций.

После упаривания под вакуумом (30 мм рт.ст.) при 40-50^оС, в 5 раз, пектин осаждают ацетоном 1:1, промывают ацетоном и сушат на воздухе. Выход 20% от массы сырья. Содержание карбоксильных групп 40% Остаток жома в анодном пространстве представляет собой, в основном, целлюлозу. Остаток заливают 300 мл воды и прибавляют 4,5 г NaJ. Электролиз проводят в указанном ранее режиме (однократно). Далее содержимое анодной и катодной ячеек сливают вместе (до достижения рН 9) и оставляют для дальнейшего окисления на 12 часов. Затем целлюлозный остаток жома отфильтровывают, промывают водой и сушат. Выход 10% от веса сырья, количество карбоксильных групп 35% Результаты примеров 1-5 представлены в таблице.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить одновременно пектиновые вещества и целлюлозу с повышенными сорбирующими свойствами за счет введения дополнительного количества карбоксильных групп путем окисления полисахаридов в электрическом поле.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ, включающий обработку растительного сырья в электрическом поле в водной среде при плотности постоянного тока 0,03 0,045 А/см², отличающийся тем, что обработку сырья проводят при 67 72^oС в анодном пространстве, отделенном от катодного пространства полупроницаемой мембраной, сначала в присутствии в катодном пространстве хлорида натрия в концентрации 1,0 1,5 мас. а затем иодида натрия в концентрации 1,0 1,5 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1