Химические реакции, происходящие при сульфитной варке древесины

19.11.2014

Химические реакции при варке древесины изучали многие исследователи.
Было установлено, что целлюлоза в процессе варки практически не изменяется. Ее наличие в отходах вызвано гидролизацией гемицеллюлоз. Большинство вновь образуемых веществ получается из гемицеллюлоз при постепенном расщеплении сахаридных цепочек с образованием моносахаридов. Например, при варке хвойной древесины (ель) при гидромодуле й : 3,5 и содержании целлюлозы 50% образуются моносахариды, приведенные в таблице 16.

Химические реакции, происходящие при сульфитной варке древесины

Протекают также реакции окисления мономерных сахаридов. Эти реакции, а также частичный переход пентоз в фурал, а гексоз — в гидроксиметилфурал протекают в конце варки и могут приводить к потере 40—60% образовавшихся сахаридов. Поэтому процесс варки следует регулировать соответствующим образом.

Состав сульфитных щелоков

Моносахариды. Первой при варке в раствор переходит арабиноза. Ее содержание быстро достигает максимума, но при длительной варке снижается. Галактоза и ксилоза относительно легко переходят в раствор, однако содержание последней к концу варки падает. Значительное количество маннозы, более стойкой к гидролизу, чем упомянутые сахара, образуется на завершающих этапах варки. Глюкоза также появляется в растворе в конце технологического процесса и содержание ее прямо пропорционально температуре и продолжительности варки.
Олигосахариды. В процессе варки в сульфитный щелок поступают различные олигосахариды: дисахариды, три сахариды и тетрасахариды типа гексоз и пентоз.
Летучие кислоты. Кислоты-уксусная и муравьиная — образуются в начале варки в количестве примерно 25 г на 1 кг древесины. При сульфитной варке большая часть муравьиной кислоты окисляется до CO2 и воды.
Алкоголи. Метиловый спирт и сульфитном щелоке образуется из субстицированных О-мелил углеводов. Из 1 т древесины образуется 4 кг метилового спирта.
Альдоновые кислоты. Альдоиовые кислоты иногда составляют значительную часть используемых сульфитных щелоков. Образование кислот зависит от концентрации серусодержащих веществ и некоторых других условий варки. Образуются они при трансформации сахаров в результате трехступеичатого окисления алдоз. До 20% редуцирующих веществ, находящихся в щелоке, переходят в альдоновые кислоты, причем распад пентозы проходит в большей степени, чем гексозы. В щелоке были обнаружены следующие кислоты: нейлоновая кислота — 1,72 г/л; арабоновая кислота — 1,35 г/л; манноновая кислота — 1,44 г/л; глюконовая кислота — 0,31 г/л; галактоновая кислота — 1,60 г/л (всего — 6,42 г/л).
Содержание альдоновых кислот может колебаться от 5,0 до 12 г на 1 л сульфитного щелока.
Лигнин. Наиболее значительной составной частью сульфитного щелока, которая, однако, при обычном микробиосинтезе белка не имеет большого значения, является лигнин и лигниносодержащие вещества. Они составляют примерно 66% всего органического вещества щелока. Предполагается, что 30—35% этих веществ имеют комплексные связи с сахаридами. Спецификация отдельных лигнинсодержащих веществ весьма сложна и носит самостоятельный характер.

Некоторые другие вещества, содержащиеся в сульфитных щелоках. В сульфитном щелоке содержится большое количество сахаридо-сульфониевых кислот.
В зависимости от вида древесины в процессе варки в сульфитном щелоке образуется 0,02—0,06% фурала, который в некоторых случаях является ингибирующим фактором ферментации и может оказывать неблагоприятное влияние на диетическую ценность продуктов.
Состав сульфитных щелоков приведен в таблицах 17—18.
Содержание отдельных моносахаридов в щелоках, полученных при варке ели, пихты, бука, тополя, дано в таблицах 19—20.
Кроме моносахаридов, приведенных в таблицах, в сульфитных щелоках в небольших количествах содержатся рамноза, рибоза и галактуроновая кислота.