способ получения древесной муки

Формула изобретения

1. Способ получения древесной муки, включающий деструкцию, сушку, измельчение древесного сырья, отличающийся тем, что деструкцию проводят путем обработки его раствором целлюлазы с концентрацией фермента целловиридина 0,1-10 мас.% в течение 2-48 ч, при соотношении твердого субстрата и раствора (Т:Ж) от 1:2 до 1:20, с последующей сушкой при температуре не выше 100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку древесного сырья раствором целлюлазы проводят при температуре не выше 60°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку древесного сырья раствором целлюлазы проводят, преимущественно, при соотношении Т:Ж, равном 1:5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к способам получения древесной муки.

Известен традиционный способ получения древесной муки, включающий двухстадийное измельчение, сушку, рассев, сортировку древесного сырья - сыпучих отходов (опилки, стружка) деревообрабатывающих и лесопильных производств (Цивин М.М., Котцов С.Г., Шмаков И.В. Производство древесной муки. М.: «Лесная промышленность», 1982 г., с.15).

Способ энергоемок, многостадиен, обладает большими эксплуатационными затратами, что приводит к высокой себестоимости древесной муки и снижает рентабельность производства.

Известен способ получения древесной муки, включающий деструкцию, сушку, измельчение, сортировку предварительно измельченного древесного сырья, в котором в качестве деструктурирующего фактора используют ионизирующее излучение до поглощенной дозы 100-290 кГр, а сушку и измельчение сырья проводят при температуре сушильного агента 413-423°К (Пат. РФ №2088108, опуб. 27.08.1997, МПК А23К 1/12).

Наиболее близким технологическим решением, выбранным за прототип, является способ получения древесной муки, включающий деструкцию, сушку, измельчение и сортировку растительного сырья, в котором в качестве растительного сырья используют предварительно измельченное древесное сырье, а сушку, измельчение и сортировку проводят одновременно. В качестве деструктурирующего фактора используют 0,1-1,0%-ный раствор серной кислоты, которым пропитывают древесное сырье (А.с. СССР №1591924, опубл. 15.09.1990, МПК А23К 1/12).

Недостатком данного способа является использование раствора серной кислоты, которым пропитывают сырье. Способ требует удаления введенной кислоты в дальнейшем в соответствии с условиями процесса, использования кислотостойких сортов металла для измельчающего, сушильного, транспортирующего оборудования.

Задача, решаемая заявленным техническим решением, заключается в создании более дешевого и менее энергоемкого способа получения древесной муки, исключающего применение серной кислоты.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявленном способе, включающем ферментативную деструкцию, сушку, древесное сырье обрабатывают раствором фермента - целлюлазы с концентрацией фермента 0,1-10 мас.% в течение 2-48 часов с последующей сушкой на воздухе при температуре не выше 100°С.

Предпочтительно обработку раствором целлюлазы проводят при соотношении твердого субстрата и раствора (Т:Ж) от 1:2 до 1:20.

Предпочтительно обработку раствором целлюлазы проводят при температуре не выше 60°С.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:

- деструкцию древесного сырья осуществляют путем обработки его раствором целлюлазы с концентрацией фермента целловиридина 0,1-10 мас.%;

- обработку раствором целлюлазы проводят в течение 2-48 часов;

- сушку на воздухе проводят при температуре не выше 100°С.

Совокупность существенных отличительных признаков не известна из существующего уровня техники, позволяет решить поставленную задачу и сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Древесное сырье смешивается с раствором целлюлазы в ацетатном буфере с рН около 5, с концентрацией фермента 0,1-10 мас.%, в соотношении твердого субстрата и раствора (Т:Ж) от 1:2 до 1:20, при температуре не выше 60°С, в течение 2-48 часов. Деструкция древесного сырья осуществляется путем гидролиза его ферментом. Для гидролиза используется целловиридин - фермент целлюлаза, специфически разрушающий цепи целлюлозного полимера, что не исключает применения любого другого целлюлолитического препарата. После чего обработанное ферментом древесное сырье подвергают сушке при температуре не выше 100°С, при этом происходит измельчение древесного сырья. Полученную древесную муку подвергают рассеву.

Ферментативная обработка сырья обеспечивает следующее:

- при получении древесной муки с использованием ферментов основные операции традиционной технологии ее получения за исключением участка подготовки сырья сохраняются;

- деструкция осуществляется ферментативным способом при рН 5 без использования серной кислоты;

- при ферментативной обработке древесины происходит расщепление внутренних гликозидных связей в молекулах целлюлозы, нарушается целостность целлюлозных фибрилл и соответственно прочность.

Из патентной литературы не найдено подобных способов получения древесной муки. Следовательно, возможно утверждать, что заявленный способ соответствует критерию «новизна».

Заявленный способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Древесные опилки обработали 0,1%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:5. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение суток. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.1. показано изменение гранулометрического состава древесной муки, полученной согласно данному примеру, по сравнению с исходными опилками. Из таблицы видно, что происходит уменьшение размера частиц, полученная древесная мука содержит 30 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм, тогда как исходные опилки содержат 11 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм.

На фиг.1 наглядно показан гранулометрический состав (в %) древесной муки, полученной согласно данному примеру.

Пример 2.

Древесные опилки обработали 2%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:5. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение суток. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.2 приведен гранулометрический состав древесной муки, полученной согласно данному примеру, по сравнению с гранулометрическим составом исходных опилок. Наблюдается уменьшение размера частиц древесной муки по сравнению с исходными опилками, что наглядно показано в табл.2, а также на фиг.2. Полученная согласно данному примеру древесная мука содержит 26 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм, тогда как исходные опилки содержат 2 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм.

На фиг.2 наглядно показан гранулометрический состав (в %) древесной муки, полученной согласно данному примеру.

Пример 3.

Древесные опилки обработали 10%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:5. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение суток. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.3 приведен гранулометрический состав муки, обработанной согласно данному примеру, по сравнению с исходными опилками. Наблюдается уменьшение размера частиц после обработки опилок согласно данному способу по сравнению с исходными опилками, что наглядно показано в табл.3, а также на фиг.3.

Полученная согласно данному примеру древесная мука содержит 36 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм, тогда как исходные опилки содержат 11 мас.% частиц с размером меньше 100 мкм.

На фиг.3 наглядно показан гранулометрический состав (в %) древесной муки, полученной согласно данному примеру.

Пример 4.

Древесные опилки обработали 1%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:20. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение 2 часов. Затем опилки были высушены при температуре 100°С.

В табл.4 приведен гранулометрический состав древесной муки, полученной согласно данному примеру, по сравнению с гранулометрическим составом исходных опилок. Наблюдается уменьшение размера частиц после обработки опилок согласно данному способу по сравнению с исходными, что наглядно показано в табл.4, а также на фиг.4.

Пример 5.

Древесные опилки обработали 1%-ным раствором фермента в ацетатном буфере (рН 5). Соотношение Т:Ж как 1:2. Субстрат был выдержан при Т 50°С в течение 48 часов. Через сутки опилки были высушены при температуре 100°С.

Гранулометрический состав древесной муки, полученной согласно данному примеру, приведен в табл.5. Наблюдается уменьшение размера частиц после обработки опилок, согласно данному способу, по сравнению с необработанными опилками, что наглядно показано в табл.5, а также на фиг.5.

Температура 50-60°С является оптимальной для действия данного фермента. При температуре ниже оптимальной скорость ферментативного гидролиза мала, при температуре выше 60°С происходит денатурация молекул белка, скорость ферментативного гидролиза замедляется.

Гидролиз за два часа можно проводить только при высоких концентрациях фермента, что, конечно, дорого, но возможно. За меньшее время гидролиз пройдет не полностью даже при высоких концентрациях фермента.

При обработке древесного сырья ферментом более 48 часов скорость гидролиза замедляется, так как продукт реакции ингибирует процесс гидролиза (Синицын А.П. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов: Учеб. Пособие. - М.: МГУ, 1995. - 224 с).

Выбор соотношения твердой и жидкой фазы от 1:2 до 1:20 обусловлен, с одной стороны, зависимостью скорости расщепления целлюлозы ферментом от объема раствора, с другой стороны, временем высушивания древесной муки после обработки ферментом. Чем больше объем жидкости, тем быстрее осуществляется процесс гидролиза, но и больше время сушки древесной муки.

Сопоставительный анализ с ближайшим аналогом показывает, что заявленное техническое решение благодаря обработке древесного сырья ферментом позволяет получать древесную муку, в более мягких условиях, без применения серной кислоты, значительно удешевить технологию производства древесной муки.

Применение заявленного технического решения позволяет существенно удешевить технологию получения древесной муки.