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

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

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

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.