Одревесневшие клеточные стенки однолетних и многолетних растений состоят нз двух главных компонентов: полисахаридов и лигнина. Количество полисахаридов в растительных тканях колеблется от 55 до 75% и лигнина от 10 до 30%. Остальные компоненты растительных тканей: белки, жиры, зола, дубильные вещества, кислоты и т. д. содержатся в значительно меньших количествах, составляя в сумме от 5 до 10%. Таким образом, основным компонентом растительных тканей являются поли­сахариды, состоящие из гексозанов и пентозанов.

Эти полисахариды образуют большие макромолекулы линей­ного или ветвистого строения, в состав которых входят остатки различных моносахаридов: гексозы (глюкоза, галактоза, ман — ноза) и пентозы (ксилоза, арабиноза).

При гидролизе этих полисахаридов, т. е. при присоединении к ним воды, они распадаются с образованием соответствую­щих моносахаридов по следующей схеме:

(CGH10O5)„+ пН2 О ->- пС6 Н1206; гексозаны гексозы

(Q H804)m +mH20 ^ тС5 Н10О3. пентозаны пентозы

Поскольку при гидролизе к молекулам полисахаридов при­соединяется вода, моносахаридов образуется больше на 10-13%.

Однако вследствие частичного разрушения образующихся моносахаридов практический выход их всегда меньше теорети­чески возможного.

В гидролизном производстве редко выпускают получаемые моносахариды в виде товарной продукции. Исключение пред­ставляет только кристаллическая глюкоза и в небольших коли­чествах кристаллическая ксилоза. Все остальные моносахариды и значительную часть получаемой на гидролизных заводах глю-

О

Nwotr

-оRrn надает/A ‘Hattdoxoa ‘впдоннам ‘иаданоти]

Iiudfidi ‘trodfiibdfij,

С

Козы на месте подвергают последующей химической или биохи мической переработке на различные, необходимые народному хозяйству продукты. Для некоторого представления о методах переработки моносахаридов на гидролизных заводах приведена схема на рис. 75. Образующиеся при гидролизе полисахаридов пентозы, состоящие главным образом из а-ксилозы и 1-араби — нозы, в результате восстановления, окисления или дегидратации образуют различные по своим свойствам и строению произ­водные:

Ж

Снгон-снон — снон — снон — снгон

Пентиты

Ноос — снон — снон-снон — соон

Трионсиглутаробая кислота

Не—— сн

Фурфурол

Каждое из этих соединений в свою очередь является исход­ным сырьем для получения в промышленных условиях большого количества различных продуктов. Так, ксилит и продукты его дегидратации используются наравне с глицерином или в каче­стве его заменителя в производстве специальных видов бумаги, целлофана, линолеума, при получении синтетических смол, олиф, моющих средств и т. д. Продукт окисления пентозных Саха­Ров—триоксиглутаровая кислота получила применение в пи­щевой промышленности наравне с лимонной и виннокаменной. Она также применяется как реактив для разделения редких ме­таллов, как комплексообразователь в аналитической хи­мии и т. д.

Одним из наиболее интересных и перспективных продуктов химической переработки пентоз является фурфурол, широко применяющийся как исходное сырье в производстве большого количества разнообразных соединений фуранового ряда. Фур­фурол является исходным сырьем в производстве синтетических материалов, пленкообразующих, фармацевтических препаратов, дефолиантов, инсекто-фунгицидов и т. д.

Образующиеся при гидролизе гексозы также можно подверг­нуть различной химической переработке, в результате которой получаются продукты восстановления: сорбит, дульцит, маннит, продукты окисления (сахарная, слизевая, винная и другие кис­
лоты), а также продукты дегидратации (оксиметиЛ фурфурол и левулиновая кислота):

Г ексол*

Из этих продуктов широко применяются в промышленности пока гекситы (сорбит). Остальные продукты являются потенци­альным химическим сырьем.

Наиболее широко в гидролизной промышленности применя­ются методы биохимической переработки получаемых моноса­харидов. Эти методы основаны на использовании различных микроорганизмов (дрожжи, плесени, бактерии), которые, по­требляя моносахариды в результате своей жизнедеятельности, превращают их в различные ценные для народного хозяйства продукты. К числу их относится этиловый спирт, получаемый из гексоз путем воздействия на них некоторых дрожжей. Под воз­действием микроорганизмов из моносахаридов могут быть полу­чены также бутиловый спирт, глицерин, некоторые органические кислоты (молочная, глюконовая, лимонная) и т. д. Самостоя­тельную и весьма перспективную область биохимической пере­работки моносахаридов представляет выращивание на их основе ряда дрожжеподобных микроорганизмов, которые, усваивая мо­носахариды, превращают их в белок, витамины, ферменты, используемые как компоненты кормовых рационов для птицы, телят, пушных зверей и т. д. Благодаря содержанию биологиче­ски ценных аминокислот, витаминов и ферментов ко_рмовые дрожжи способствуют повышению продуктивности птицевод­ства, животноводства и звероводства.

Лигнин — побочный продукт гидролизного производства— до последнего времени в промышленности не применяли и в луч­шем случае сжигали в топках паровых котлов в смеси с другим топливом. Однако в последнее время в этом вопросе есть неко­торые сдвиги. Так, на некоторых гидролизных заводах органи­зуется производство карбонизованного лигнина. Найден способ получения из него высококачественного активированного угля. Лигнин начали использовать при получении смешанных фенол — лигниновых смол, активной добавки в резину, строительных
плит, пористого кирпича. Ведутся работы по получению из него бензолполикарбоновых, протокатеховой и щавелевой кислот и других производных.

Краткий перечень важнейших направлений в химической и биохимической переработке моносахаридов, получаемых гидролизом растительных тканей, говорит о разнообразии получаемых продуктов и о их большой народнохозяйственной ценности.

В соответствии с требованиями народного хозяйства страны гидролизная промышленность в СССР в предыдущие годы раз­вивалась главным образом в направлении производства эти­лового спирта, являвшегося исходным сырьем для получения синтетического каучука по методу академика Лебедева. В пос­ледние годы в связи с освоением крупнотоннажного производ­ства синтетического этилового спирта из этилена дальнейшее расширение гидролизно-спиртового производства намечается осуществлять только путем интенсификации существующего производства.

Дальнейшее же развитие гидролизной промышленности на­мечается осуществлять путем строительства новых гидролизных заводов в следующих трех основных направлениях:

1) гидролизно-дрожжевые заводы, основной продукцией ко­торых будут кормовые дрожжи для животноводства;

2) фурфурольно-дрожжевые заводы; основная продукция их — технический фурфурол для химической промышленности и кормовые дрожжи для животноводства;

3) заводы, вырабатывающие пищевую глюкозу и многоатом­ные спирты для химической промышленности.

Для получения моносахаридов на гидролизных заводах долж­но применяться в первую очередь наиболее дешевое раститель­ное сырье, не находящее сбыта. Этим сырьем может быть древе­сина в виде отходов лесопиления, деревообработки, дрова, а так­же растительные отходы сельского хозяйства: кукурузная коче­рыжка, подсолнечная лузга, хлопковая шелуха, солома, стебли хлопчатника и т. д. Большинство из них сосредоточено в боль­ших количествах около лесопильных, деревообрабатывающих, маслобойных заводов, заводов гибридных семян кукурузы и т. д., благодаря чему создаются наиболее благоприятные условия для их переработки на месте.

Химический состав гидролизного сырья оказывает большое влияние на ассортимент вырабатываемой из него продукции. Например, на гидролизно-дрожжевом заводе, где все получае­мые моносахариды используются для выращивания кормовых дрожжей, химический состав исходного растительного сырья не имеет решающего значения.

Значительно сложнее обстоит дело при обеспечении сырьем гидролизного завода, предназначенного в основном для выра­ботки этилового спирта, который получается в результате сбра­живания дрожжами моносахаридов, содержащих в молекуле шесть атомов углерода (гексозы). Пентозы этими дрожжами на спирт не сбраживаются. Поэтому для получения больших выхо­дов этилового спирта необходимо применять растительное сырье, богатое гексозанами. Наилучшие результаты в этом отношении дает хвойная древесина, которая содержит около 50% гексоза — нов. Лиственная древесина, а также растительные отходы сель­ского хозяйства из-за пониженного содержания гексозанов менее пригодны для этой цели. Это свойство их не исключает, однако, возможности комплексного использования основных компонен­тов этого растительного сырья, включая переработку содержа­щихся в нем гексозанов в этиловый спирт.

Принцип комплексного использования растительного сырья на ‘гидролизных заводах широко распространен и оказывает су­щественное влияние на экономику этого производства. Приме­ром этого может служить часто встречающийся в промышлен­ности тип гидролизно-спиртового завода, где перерабатывают хвойную древесину. Получаемые на таком заводе гексозы сбра­живают на этиловый спирт, а пентозы используют для получе­ния кормовых дрожжей и фурфурола.

Для получения фурфурола в качестве основного продукта используется растительное сырье, богатое пентозанами (куку­рузная кочерыжка, овсяная шелуха, лиственная древеоина и т. д.). Содержащиеся в этом сырье гексозаны после использо­вания легкогидролизуемых пентозанов можно подвергнуть гид­ролизу до моносахаридов и переработать затем в кормовые дрожжи, кристаллическую глюкозу, левулиновую кислоту и т. д.

Если на гидролизном заводе планируется химическая перера­ботка пентозных Сахаров, например в ксилит и его производные, к сырью предъявляют дополнительные требования. Кроме высо­кого содержания пентозанов в сырье, необходимо, чтобы полу­чаемые пентозные сахара содержали минимальное количество яримесей, которые осложняют последующую переработку Саха­ров. Наилучшие результаты в этом отношении были получены при использовании кукурузной кочерыжки и хлопковой шелухи.

Значительный производственный интерес представляют схе­мы комплексной химической переработки растительного сырья, в которых совмещаются реакции гидролиза гемицеллюлоз, раст­ворения лигнина и получения целлюлозы для бумажной и хими­ческой промышленности.

Наиболее распространенным вариантом такой схемы являет­ся производство сульфитной целлюлозы из еловой, буковой, оси­новой или березовой древесины. Измельченную до размеров ще­пы древесину обрабатывают так называемой сульфитной кисло­той, состоящей из водного раствора сернистой кислоты и кислого сернистокислотного кальция (0,7—1,0% СаО и 3—8%’ 302) при температурах 120—150°. В последнее время кальций на ряде за­водов заменяют Na, Mg, аммонием. В этих условиях большая часть гемицеллюлоз гидролизуется, превращаясь в соответству­ющие моносахариды. Одновременно сернистая кислота реагиру­ет с лигнином, образуя растворимую в воде соль лигносульфо — новой кислоты.

Получающийся в этих условиях нерастворимый остаток, со­ставляющий около 50% от веса исходной древесины, представ­ляет собой волокнистую массу, которая состоит в основном из целлюлозы. Гидролизованные гемицеллюлозы и лигносульфо — наты переходят в водный раствор сульфитной кислоты, образуя сульфитный щелок. Последний после удаления или нейтрализа­ции сернистой кислоты подвергают биохимической переработке, причем из содержащихся в нем гексоз можно получить этило­вый спирт, а пентозы использовать для выращивания кормовых дрожжей. Остающийся при этом раствор лигносульфонатов упаривают до содержания не менее 50% сухих веществ и в та­ком виде они находят широкое применение в народном хозяй­стве, в основном в строительной, металлургической и нефтяной промышленности. Лигносульфонаты используются также в про­изводстве ванилина и дубильных веществ.

Другим вариантом комбинирования гидролизного и целлю­лозного производства является получение специальной целлюло­зы, т. е. целлюлозы, пригодной для последующей химической переработки. Исходную растительную ткань вначале осторожно гидролизуют горячей разбавленной кислотой так, чтобы в ра­створ перешли почти все гемицеллюлозы.

Оставшийся целлолигнин варят со щелочью, причем лигнин переходит в раствор, а целлюлоза остается в остатке. Щелочной раствор лигнина после упаривания обычно сжигают, а гемицел- люлозный гидролизат используют для производства кормовых дрожжей, фурфурола и т. д.

Рассмотренные схемы — это далеко не все варианты комп­лексной переработки растительного сырья в различные продук­ты. При выборе той или иной схемы комплексной переработки растительного сырья методом гидролиза необходимо учитывать перспективную потребность страны в различных продуктах гид­ролизного производства.

В ближайшем семилетии будет развиваться производство этилового спирта из сульфитных щелоков и гидролизатов, глав­ным образом благодаря интенсификации производства на дей­ствующих гидролизно — и сульфитно-спиртовых заводах.

В этом семилетии будут строиться новые фурфурольно — дрожжевые заводы, дрожжевые цеха на гидролизно — и сульфит — но-спиртовой барде и щелоке, а также большое число гидро- лизно-дрожжевых заводов, использующих все гексозные и пен — тозные сахара для производства кормовых дрожжей. Будет про­должать развиваться производство ксилита и его производных.

Намечается также создать первые промышленные предприя­тия для получения из древесины пищевой глюкозы.

Широкое развитие получит переработка сульфитных щелоков по описанным выше схемам.

Большое разнообразие ценных для народного хозяйства про­дуктов, получаемых из непищевого растительного сырья методом гидролиза, ежегодное возобновление этого сырья, создают бла­гоприятные условия для дальнейшего широкого развития гидро­лизных производств в нашей стране.