Исследование кинетики кристаллизации глюкозы и разработка промышленных способов ее производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЛЮКОЗЫ И РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СПОСОБОВ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА

Хворова Людмила Степановна

Специальность: 05.18.05 - Технология сахара и сахаристых продуктов

Москва - 2008

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов»

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сидоренко Юрий Ильич

ГОУ ВПО «Московский государственный

университет пищевых производств»

доктор технических наук, профессор Решетова Раиса Степановна

ГОУ ВПО «Кубанский государственный

технический университет»

доктор технических наук, профессор Спичак Василий Варфоломеевич

ГНУ «Российский научно-исследовательский

институт сахарной промышленности», г.Курск

Ведущая организация: ГУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара»

Защита состоится « » 2008 г. в ч на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.01 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 53 ВК.

Приглашаем Вас принять участие в заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, по выше указанному адресу на имя ученого секретаря совета проф. Жигалова М.С.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП

Автореферат разослан « » 2008 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.01

кандидат технических наук, профессор М.С. Жигалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Глюкоза является лекарственным средством стратегического назначения и пищевым продуктом, обеспечивающими здоровье нации и национальную безопасность страны. Она широко применяется в здравоохранении, в медицинской и пищевой промышленности, спортивной медицине, ветеринарии. При этом потребность здравоохранения Российской Федерации только в фармакопейной глюкозе составляет около 7 тыс. т. в год. Потребность в пищевой глюкозе для медицинской и пищевой промышленности на порядок больше.

В настоящее время Российское здравоохранение и медицинская промышленность полностью обеспечиваются глюкозой фармакопейной и пищевой из-за рубежа.

Тема диссертации, посвященная изучению кинетики кристаллизации глюкозы и созданию высокоэффективного производства фармакопейной и пищевой глюкозы в России, имеет особую актуальность и важное народнохозяйственное значение.

Цель и задачи исследований - разработка технологии производства глюкозы пищевого и фармакопейного назначения в ангидридной и гидратной формах.

Задачи исследований - разработать научные основы процесса кристаллизации; изучить влияние основных физико-химических факторов на кинетику кристаллизации глюкозы в гидратной и ангидридной формах из сиропов с глюкозным эквивалентом от 80 до 100 % и на основе полученных результатов обосновать пути совершенствования этих процессов; разработать, провести производственную проверку и внедрить новые рациональные способы кристаллизации гидратной глюкозы; разработать и внедрить технологию глюкозного продукта с новыми функциональными свойствами; разработать и внедрить новую технологию глюкозы фармакопейного качества в ангидридной форме; предложить промышленности новую комплексную технологию получения фармакопейной ангидридной и пищевой гидратной глюкозы из сиропов ферментативного гидролиза крахмала.

Научной базой настоящей работы явились фундаментальные исследования П.М. Силина, Н.П. Силиной, С.Ф. Ралля, И.Е. Садового, Н.Г. Гулюка, А.И. Громковского, М.С. Жигалова, А.Р. Сапронова, А.А. Славянского, В.И. Тужилкина, Матусевича Л.Н., Мелихова И.В. и других ученых.

Концепцией при изучении кинетики кристаллизации глюкозы являются положения о гетерогенном строении растворов и кристаллизации как фазового превращения растворенного вещества в кристаллическое состояние при определенных условиях.

Научная новизна. Впервые разработана математическая модель кинетики кристаллизации глюкозы, на основе которой определена лимитирующая - кристаллохимическая стадия процесса кристаллизации гидратной глюкозы. Модель позволяет контролировать в любой момент кристаллизации концентрацию межкристального раствора, скорость кристаллизации глюкозы и содержание кристаллов в утфеле и корректировать режим охлаждения утфелей.

Впервые разработаны установка для изучения кинетики кристаллизации глюкозы и методики для определения скорости кристаллизации, гранулометрического состава кристаллов и концентрации сухих веществ в растворах и утфелях.

Исследовано влияние важнейших параметров на кинетику кристаллизации глюкозы:

- растворимости глюкозы в зависимости от суммарного влияния температуры в интервале 20…750С и глюкозного эквивалента для сиропов ферментативного гидролиза крахмала;

- скорости кристаллизации гидратной и ангидридной глюкозы от суммарного влияния избыточной концентрации, температуры, глюкозного эквивалента; определены границы метастабильных зон для кристаллизации обоих видов глюкозы;

- затравки с учетом массы, количества и поверхности кристаллов и предложена методика расчета количества затравки;

- вязкости утфеля в зависимости от вязкости межкристального раствора и содержания и размера кристаллов; определено влияние вязкости утфеля на гранулометрический состав кристаллов в процессе кристаллизации глюкозы;

- разработана методика расчета режима охлаждения утфелей с приведением скорости охлаждения в соответствие со скоростью кристаллизации глюкозы;

- определено влияние сорбита, патоки, фруктозы на скорость кристаллизации глюкозы в помадной массе и определены их оптимальные концентрации для рецептур глюкозной помадки;

- впервые исследованы и установлены условия зародышеобразования и наращивания кристаллов при получении утфелей ангидридной глюкозы; разработан инструментальный метод контроля количества образующихся кристаллов на стадии зародышеобразования.

Практическая значимость разработок. На основании результатов исследований

- разработана и внедрена установка для изучения кинетики кристаллизации глюкозы (АС №849075); разработана рациональная технологическая схема с применением раскачек утфелей оттеками для снижения вязкости утфелей (Решение о выдаче патента от 24.04.2008 г. № 2007124185/13 (026341); разработана и внедрена на ВДКПК технология непрерывной кристаллизации гидратной глюкозы; разработана и внедрена технология одностадийной кристаллизации гидратной глюкозы из сиропов кислотно-ферментативного осахаривания крахмала на Верхнеднепровском, Ефремовском и Бесланском крахмалопаточных комбинатах (АС №863642); разработана и внедрена технология глюкозной помадки с функциональными свойствами энергизирующего, витаминного, иммуностимулирующего действия (патенты РФ № - 1805868, 2030879, 2094050, решение о выдаче патента на изобретение от 25.04.2008 г. на заявку № 2006146748/13(051057); разработана и внедрена на ВДКПК первая отечественная технология ангидридной глюкозы фармакопейного качества; впервые разработана и испытана в производственных условиях отечественная комплексная технология получения глюкозы в ангидридной и гидратной формах из сиропов ферментативного гидролиза крахмала (Пат. РФ № 2314351).

Апробация результатов работы проведена на 14 Международных научных симпозиумах, конференциях и выставках: 111 (1968), VI (1974), У111 (1981) Всесоюзных научных симпозиумах «Физико-химия крахмала и крахмалопродуктов», Москва; XI (2003), Х111 (2005), ХУ (2007), ХУ1 (2008) Международных конференциях по крахмалу, Москва-Краков; Научно-технической конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации», М., МГУПП, 2006; Всероссийской научно-практической конференции «Медико-биологические аспекты физического воспитания», Тамбов, 2004; 1У (2001), У (2003), У1 (2005) и У11 (2007) Международных симпозиумах «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», Пущино.

Образцы новых видов продукции экспонировались на международных выставках и конкурсах: «Медицина для вас», «Традиционная восстановительная медицина», «ЭкоПродЭкспо, 2003», «Лучшая диагностическая и оздоровительная технология восстановительной медицины», 2003; «Экологически безопасная продукция», 2004; «Инновации 2000». Разработки награждены медалями ВДНХ СССР, ВВЦ РФ, дипломами, Государственной премией УССР.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 75 научных трудах, 8 из которых в рецензируемых журналах ВАК в 2008 г; получено 8 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем работы без приложений составляет 267 стр., в т.ч. 73 рисунка, 55 таблиц.

В обзоре литературы проанализированы и обобщены научная информация отечественных и зарубежных авторов по теории кристаллизации химических веществ и углеводов, научно-практические данные по кристаллизации и технологии получения глюкозы в гидратной и ангидридной формах, получению глюкозных продуктов с биологически активными добавками.

На основании анализа литературы сформулированы основные направления, цель и задачи исследований.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объекты исследований. Для исследований использовались глюкозные сиропы, полученные различными способами (табл.1).

кристаллизация глюкоза гидратный

Таблица 1. Показатели качества сиропов

Показатели качества	Способы получения сиропов
	кислотный	кислотно-ферментативный	ферментативный	растворение глюкозы
Глюкозный эквивалент, % Массовая доля, % по СВ глюкоза зола протеин оксиметилфурфурол NaCl Цветность, ед. опт. пл.	90 -91 86 1,6 0,08 0,3 0.8 2,29	94-95 92,5 0,4 0,08 0,008 0.25 0,3	97-98 95-96 0,2 0,11 0,003 - 0,2	99,5 99,3 0,04 0,03 следы - 0,0

Приборы, установки и методики исследований

Приборы. Углеводный состав сиропов определяли углеводным анализатором (ВГЖХ) фирмы Bischop и химическими методами (методы Лейна - Эйнона и Зихерта - Блейера); протеин - методом Кьельдаля и аминокислотным хроматографом; определение гранулометрического состава кристаллов проводили микроскопами Leica Mikroskop heiztisch 350 и МБИ-4 с микрофотонасадкой.; удельное вращение измеряли поляриметром Polartronic NH8 фирмы SCHmidt + Haensch; фотоколориметры марок ФЭК-56 и КФК-2 использовали для определения оптической плотности растворов.

Установки и методики исследований

Определение скорости кристаллизации глюкозы. Для изучения кинетики кристаллизации глюкозы разработано устройство (АС № 849075), состоящее из кристаллизационной трубки, термостата, сборников рабочего и отработавшего растворов, ротаметра, вакуум-насоса.

Кристаллизационная трубка (рис. 1) представляет собой стеклянную двустенную трубку, закрывающуюся с обоих концов резиновыми пробками с вставленными в них термометрами и трубками для подачи и отвода сиропа. Внутрь трубки помещены стеклянные вкладыши, торцевые донца которых обтянуты капроновыми сетками. Требуемая температура сиропа в трубке поддерживается за счет воды, циркулирующей в двустенном пространстве трубки. Принцип работы устройства заключается в определении прироста затравочных кристаллов после пропускания (с помощью вакуума) рабочего раствора через кристаллизационную трубку с вкладышами, заполненными кристаллами.

В конце опыта кристаллы от сиропа отделяли центрифугированием, прирост массы сухих и чистых кристаллов находили из калибровочного графика. За скорость кристаллизации принимают количество глюкозы, кристаллизующейся на затравке кристаллов массой в 1 г в мин. Наибольшее отклонение параллельных определений от среднего значения не превышало 6%.

Определение концентрации сухих веществ в растворах и утфеле

На основании испытаний трех методов контроля концентрации сухих веществ - рефрактометрического и высушивания с помощью бумажных роликов в сравнении с методом точной навески для пересчета показаний рефрактометрического метода (СВр) в истинные сухие вещества (СВист) предложена эмпирическая формула СВист=1,032 .СВр-0,777 (1).

Рис. 1. Кристаллизационная трубка:

I - кристаллизационная трубка; 2 - трубка для отвода сиропа; 3 - термометр; 4 - резиновая пробка; 5 - термостатируюшая рубашка; 6 - стеклянные втулки; 7 - стеклянные вкладыши; 8 - резиновое кольцо; 9 - трубка для ввода сиропа.

Определение концентрации сухих веществ в утфеле проводили после разбавления его дистиллированной водой (приблизительно 1:1) и растворения кристаллов; степень разбавления учитывалась точным взвешиванием навески утфеля до разбавления и его раствора непосредственно перед рефрактометрическим измерением.

Определение гранулометрического состава кристаллов глюкозы

Отсутствие объективного метода контроля качества кристаллов особенно ощущается при проведении исследований и оценке различных режимов кристаллизации и конструкций применяемой аппаратуры.

Испытаны ситовой и микроскопический методы. При микроскопическом методе пробы глюкозы или утфеля разбавляли насыщенным раствором глюкозы на предметном стекле микроскопа и проводили микрофотографирование кристаллов при увеличении х56. Гранулометрический состав кристаллов вычисляли из результатов измерений их по фотографиям. Для сравнения микроскопического анализа с ситовым количественные значения фракций микроскопического метода пересчитывали в весовые. Полученные результаты показывают, что ситовой и микроскопический методы дают близкие между собой значения (табл. 2) и позволяют для анализа кристаллов глюкозы рекомендовать ситовой и микроскопический методы, а для утфелей - только микроскопический, которым можно определять не только гранулометрический состав, но и степень неоднородности и форму кристаллов.

Таблица 2. Гранулометрический состав кристаллов глюкозы

Метод определения	Содержание фракций кристаллов, %
	Глюкоза БМК	Глюкоза ВДКПК
	< 0,15, мм	0,15-0,25, мм	>0,25, мм	<0,15, мм	0,15-0,25, мм	>0,25 мм
Ситовой	71,24	18,39	10,37	69,05	13,90	17,05
Микроскопический	73,74	14.30	11,96	70,28	15,97	13,81

Исследование кинетики кристаллизации гидратной глюкозы

Математическое моделирование кинетики кристаллизации

Как известно, процесс кристаллизации в общем виде состоит из двух стадий: диффузионного подвода молекул кристаллизующегося вещества к поверхности кристалла и реакции встраивания их в кристаллическую решетку.

В теории кристаллизации глюкозы до сего времени нет однозначного мнения о преобладающем влиянии той или иной стадии на скорость процесса кристаллизации.

Разработанная математическая модель кинетики кристаллизации относится к процессу кристаллизации глюкозы на готовой поверхности кристалла.

Процесс диффузии (рис.2) молекул глюкозы к поверхности кристалла определяется следующим дифференциальным уравнением

где - коэффициент диффузии.

Рис. 2. Схема к расчету кинетики кристаллизации

При начальном условии

где Ср - масса растворенного вещества в единице объема пересыщенного раствора, кг/м3; - масса межкристального раствора, ; - плотность межкристального раствора, кг/м3.

Граничные условия основывались на следующих предположениях:

1. Концентрация раствора у поверхности граней растущего кристалла принимается равной - , она больше концентрации насыщения, но меньше концентрации пересыщения - в общей массе раствора. При росте кристалла в растворе через определенный промежуток времени устанавливается стационарное состояние, при котором скорость отложения растворенного вещества из слоя раствора, соприкасающегося с кристаллической поверхностью, равна скорости его диффузии из массы раствора в этот слой. Тогда граничное условие на границе раствор - кристалл имеет следующий вид:

где в - коэффициент кристаллохимической реакции, характеризующий скорость поверхностных процессов, м/с.

2. Принимая толщину слоя раствора между двумя кристаллами равной 2.h, считаем, что толщина слоя, определяющая процесс диффузии, равна h и при х = h концентрация раствора имеет максимальное значение. При этом второе граничное условие имеет вид

Как видно из уравнений (5) и (6) граничные условия неоднородные. Поэтому будем искать решение поставленной задачи в виде

Тогда для описания кинетики процесса диффузии необходимо решить следующую задачу

Решение поставленной задачи с использованием программы Mathematica 6.0 имеет следующее выражение

где о = в.h / DL - критерий, характеризующий диффузный и кристаллохимический режимы кристаллизации; - корни следующего характеристического уравнения:

Для примера, вычисление первого из десяти значений - корней этого характеристического уравнения в зависимости от критерия (в диапазоне его значений от 10-5 до 106 ) проведено по уравнению (11)

Коэффициент корреляции данных уравнений .

Концентрация на границе кристалл - раствор (x=0) определяется из уравнения

А скорость кристаллизации описывается следующей зависимостью

Масса кристаллов, образующаяся за время на единице поверхности затравки,

На основании преобразования уравнений (9) и (11) получено уравнение (15), позволяющее определять средне интегральные значения межкристального раствора -Сi в процессе кристаллизации и вычислять на основании экспериментальных данных коэффициенты кристаллохимической реакции и диффузии , толщину диффузного слоя , если известен хотя бы один из этих параметров. Вычисление параметров Со, Vкр, m и критерия о проведено при постоянной температуре кристаллизации 40 0С; начальной концентрации пересыщенного раствора С=870 кг/м3; концентрации насыщенного раствора С=804 кг/м3.



При начальных условиях значение коэффициента диффузии глюкозы с учетом температуры и вязкости раствора составляет DL = 3,8.10-11 м2/с; значение коэффициента кристаллохимической реакции в=11,6.10-9 м/с; толщина слоя объемной диффузии . В конце кристаллизации при концентрации раствора С=810 кг/м3 величина коэффициента диффузии - DL повысилась до 9,2.10-11 м2/с, а значение h уменьшилось до 2.10-5 м.

Из результатов вычислений следует, что истощение раствора от исходной концентрации до почти насыщенного состояния происходит при снижении скорости кристаллизации глюкозы от 6.10-7 кг/м2с до минимальной за 7-8 ч, содержание кристаллов в утфеле достигает максимума через 5-6 ч с дальнейшим незначительным приростом.

Для критерия о = в.h / DL, характеризующего диффузионный и кристаллохимический режимы кристаллизации; получены значения <1, что свидетельствует о лимитирующей стадии - кристаллохимической реакции при кристаллизации гидратной глюкозы, а не диффузии. Это отличие от сахарозы можно объяснить тормозящим воздействием реакции таутомерного превращения в - глюкозы в б- форму при встраивании молекулы б- глюкозы в кристаллическую решетку, что косвенно подтверждается также высокой скоростью кристаллизации ангидридной глюкозы в условиях почти мгновенной таутомерной реакции при температуре 65-75 0С.

В табл. 3 приведены сравнительные данные, характеризующие условия кристаллизации глюкозы в гидратной и ангидридной формах, и подтверждают, что при кристаллизации гидратной глюкозы лимитирующей стадией является кристаллохимическая реакция, а при кристаллизации ангидридной глюкозы-диффузионная.

Таблица 3. Сравнительные данные параметров кристаллизации гидратной и ангидридной глюкозы

Глюкоза гидратная	Глюкоза ангидридная
Температура, 0С	Растворимость, г в 100 г воды	% СВ	Вязкость, Па с	Коэфф. пресыщения (?С)	Время кристаллизации, час	Температура, 0С	Растворимость, г в 100 г воды	% СВ	Вязкость, Па с	Коэфф. пресыщения (?С)	Время кристаллизации, час
40	162 нас	61,83	0,0230	1,0		65	320	76,2	0,0650	1,0
40	203	66,96	0,0520	1,25 (41)	48	65	426	81	0,214	1,33 (106)
40	186	65,00	0,0370	1,15 (24)		65	459	82	0,270	1,43 (139)	7
Длительность мутаротации фм = 172 мин ; t =400C.	Длительность мутаротации фм =10мин - 7 мин; t =-650C.
Диффузия DL(40) =5,5 .10-11 м2 /с	Диффузия DL(65) = 1.51. 10-12 м2 /с
Кристаллизация при снижении температуры охлаждением Скорость кристаллизации возрастает с повышением температуры Лимитирующая - кристаллохимическая стадия	Кристаллизация при уваривании под разрежением Скорость кристаллизации понижается с повышением температуры Лимитирующая - диффузионная стадия

Основаниями для такого заключения для гидратной глюкозы являются низкая скорость ее кристаллизации, несмотря на низкую вязкость межкристального раствора и более высокий коэффициент диффузии. А возрастание скорости кристаллизации с повышением температуры объясняется повышением скорости кристаллохимической реакции и снижением длительности мутаротации с ростом температуры.

Условия кристаллизации ангидридной глюкозы отличаются более высокой скоростью ее кристаллизации, связанной почти с мгновенно (в 15 раз быстрее) протекающей реакцией таутомерных превращений в - глюкозы в б - форму. При этом снижение скорости кристаллизации с повышением температуры указывает на тормозящее воздействие повышенной (в 3-4 раза) вязкости межкристального раствора на коэффициент диффузии, величина которого более чем в 10 раз ниже в сравнении с гидратной глюкозой.

Растворимость глюкозы в зависимости от суммарного влияния температуры и глюкозного эквивалента для сиропов, полученных с применением ферментов, представлена на рис. 3, из которого следует, что растворимость глюкозы возрастает с повышением температуры и при снижении ГЭ растворов.

Рис 3. Зависимость растворимости глюкозы от температуры и глюкозного эквивалента

Для практического применения эта зависимость выражена эмпирической формулой

где Р - растворимость глюкозы, г / 100 г воды;

ГЭ - глюкозный эквивалент, %; t - температура, 0С

4.3. Затравки оказывают значительное влияние на кинетику кристаллизации глюкозы, т. к. высокая потребность в затравочных кристаллах - 10-15 % по массе утфеля - снижает производительность кристаллизаторов на 20-30 %, а качество затравки, характеризующееся количеством введенных центров кристаллизации,

в итоге определяет гранулометрический состав кристаллов, выход и качество глюкозы. Для характеристики качества затравки разработана методика контроля ее по размеру кристаллов, количеству центров кристаллизации и их суммарной поверхности.

По результатам исследований семи образцов товарной глюкозы ситовым анализом с использованием кристаллографии (с учетом размеров по осям а:в:с =1,735:1,0:1,908) вычислены объем, масса, количество кристаллов и их поверхность в 1г фракции и 1 г товарной глюкозы в зависимости от линейного размера кристалла -Lа по его оси а (рис. 4).

При этом масса кристаллов (m, г) выражается эмпирической формулой m=[2,926.10-4.Lа2 -0,0283.La+0,781] . 10-6; R2 = 0, 999 (18)

Количество кристаллов (n, шт) в 1 г глюкозы описывается уравнением

n =10 6 .19,816.0.975 La ; R2 = 0, 9835

а площадь поверхности 1 г кристаллов (f, см2) вычисляется из уравнения

f= (668,25/Lа-0,00294).102; R2=0,996

Рис. 4. Зависимость массы (1), количества (2) и поверхности (3) кристаллов от их линейного размера (La)

Расчетные данные свидетельствуют о том, что в зависимости от размера (50-200 мкм) кристаллы имеют массу от 0,12.10-6до 10,8.10-6 г, их количество в 1 г глюкозы достигает 600 тыс. шт. и более, а поверхность 1 г - около 500 см2. В 100 кг готового утфеля содержится 5,8.1010 штук кристаллов с размером 110 мкм. В затравочном утфеле при среднем размере кристаллов 60-70 мкм их количество в 3-4 раза больше.

Зависимость скорости кристаллизации гидратной глюкозы от основных параметров

Для исследований использовали сиропы с ГЭ 91-98 %, полученные с применением ферментов, и растворы глюкозы с ГЭ 99,5-100 %.

Полученные результаты описаны эмпирическим уравнением зависимости скорости кристаллизации глюкозы в зависимости одновременно от трех параметров, а также представлены на рис. 5,6.

К = ?-1,095( 1,796+log ДC) (9.969+log ДC) ГЭ-2,115+5,446 log ДC t4.255-0.0156log ГЭ - 1,01179log ДC

где К - скорость кристаллизации, мг/г. мин

ГЭ - глюкозный эквивалент, %;

ДC- избыточная концентрация, г/100 г воды;

t - температура, 0С.

Рис. 5. Зависимость скорости кристаллизации (К) от глюкозного эквивалента (ГЭ) и избыточной концентрации (?С)

Анализ показывает, что скорость кристаллизации гидратной глюкозы возрастает с повышением избыточной концентрации, глюкозного эквивалента и температуры. Наибольшее влияние оказывает избыточная концентрация. Скорость кристаллизации прямо пропорциональна избыточной концентрации при ее значениях приблизительно до 25 г в 100 г воды (рис. 7), при дальнейшем увеличении избыточной концентрации она возрастает медленнее, достигая максимума в интервале ее значений 35-40 г в 100 г воды.



Рис. 6. Зависимость скорости кристаллизации (К) от температуры и глюкозного эквивалента

Рис.7. Зависимость скорости кристаллизации глюкозы от избыточной концентрации при температуре: 1- 450С; 2- 350С; 3 - 250С

При этом с учетом гранулометрического состава кристаллов для растворов с ГЭ 91-97 % оптимальной является избыточная концентрация 35-40 г в 100 г воды при дозировке утфельной затравки не менее 25 %; для растворов с ГЭ 98 -100 % величина избыточной концентрации должна быть ниже - 30-35 г / 100 воды.



Рис. 8. Границы метастабильной зоны (1-верхняя, 2- рабочая, 3 - насыщения) при кристаллизации гидратной глюкозы из растворов с ГЭ 98 -100 %

На основании этих данных уточнены рабочие границы метастабильной зоны кристаллизации, выраженные в концентрациях СВ сиропов (рис. 8).

Влияние вязкости утфелей на кинетику кристаллизации глюкозы проявляется в ее механическом воздействии на кристаллы, приводящем к их истиранию и ухудшению гранулометрического состава.

Исследование вязкости модельных утфелей показало, что при концентрации кристаллов более 30 % утфели проявляют свойства неньютоновских жидкостей. Их реологические свойства характеризуются двумя параметрами - наименьшей пластической вязкостью и динамическим напряжением сдвига; оба параметра находятся в прямой зависимости от вязкости межкристального раствора и резко возрастают с увеличением концентрации кристаллов в утфеле.

Производственная проверка в условиях Верхнеднепровского и Бесланского крахмалопаточных комбинатов подтвердила указанные выводы.

Для наглядности зависимость относительной вязкости утфеля от массовой доли кристаллов представлена на рис. 9. Подобный характер зависимости наблюдается и для динамического напряжения сдвига.



Рис. 9 . Зависимость отношения (зн/ з0) от массовой доли кристаллов в утфеле

Эмпирическая формула для вычисления значений вязкости утфеля (зн) от массовой доли кристаллов (к) и вязкости межкристального раствора (з0) представлена в виде степенной функции

зн = з0 . 7,528 . 10-4 . к3,466

Динамическое предельное напряжение сдвига (?d) утфеля также возрастает с увеличением (к) и выражается эмпирическим уравнением

?d =1,256 . 10-4 . к3,8542

Полученные формулы можно использовать для оценки реологических свойств утфелей и обоснования своевременного окончания процесса кристаллизации. Для расчетов валов мешалок на прочность и потребляемой мощности на перемешивание и транспортирование утфелей можно принять максимальные значения з н=27,0 Па. с; ?d = 250 Па.

Выявление условий истирания кристаллов в процессе кристаллизации

Опыты проводились в производственных условиях ВДКПК и БМК. Процесс кристаллизации глюкозы из сиропа с ГЭ 90-91 % продолжался 100-120 ч при снижении температуры от 44…43 0С до 28…30 0С. Величина избыточной концентрации поддерживалась в пределах, характерных для метастабильной зоны, исключающих выпадение «муки» и ее возможное влияние на гранулометрический состав кристаллов.

Из полученных результатов (рис. 10) следует, что средний размер кристаллов на протяжении процесса кристаллизации (от начала и приблизительно до его середины) возрастает, достигает 110-115 мкм, а затем начинает уменьшаться из-за истирания кристаллов, которое опережает их рост.

Рис.10 . Изменение среднего размера кристаллов (dcp,) - 1, наименьшей пластической вязкости (зн) -2 и содержания кристаллов (к) - 3 в утфеле при кристаллизации глюкозы

В конце процесса центрифугирования, которое длится около 8 ч, средний размер кристаллов оставленной затравки снижается до 60 - 65 мкм.

Как показали исследования уменьшение среднего размера кристаллов утфеля начинается при его вязкости зн =10-12 Па.с при содержании кристаллов около 35 % по массе утфеля, а при их содержании около 45 % ухудшение качества утфеля становится явным; он приобретает белесый цвет из-за измельчения кристаллов и внедрения пузырьков воздуха.

Влияние размера кристаллов на качество центрифугирования

Уменьшение среднего размера кристаллов отрицательно отражается на процессе центрифугирования утфелей, что показано в опытах с центрифугированием модельных утфелей, приготовленных из кристаллов разного размера и межкристального раствора. Количество отделившегося межкристального раствора снижается при уменьшении размера кристаллов (рис.11), причем особенно сильно для кристаллов с размером < 0,15 мм, характерных для гидратной глюкозы.

Рис. 11. Зависимость количества отделившегося оттека (% от его массы) от размера кристаллов при центрифугировании ( в течение 5 мин при 3000 (1) и 2000 (2) об/мин)

Методика расчета оптимального режима охлаждения утфелей

Режим охлаждения утфелей оказывает исключительное влияние на кинетику кристаллизации гидратной глюкозы. Оптимальный режим кристаллизации ее должен предусматривать строгое соответствие скоростей охлаждения и кристаллизации. Для расчета режима охлаждения утфелей применен один из принципов, испытанный в сахарном производстве. За основу принято уравнение зависимости концентрации пересыщенного раствора Сп от температуры t, полученное нами из данных Джексона и Сильби, для чистых растворов глюкозы

Сп =б (0,00096253429t2 - 0.0184t + 0.8646815)

где б - коэффициент пересыщения.

Продифференцировав левую и правую части уравнения по времени ф, получим изменение концентрации раствора (ДС/Дф) в зависимости от скорости охлаждения (Дt/Дф), которую обозначим через W.

ДС/Дф = б (0,001925068t - 0.0184) Дt/Дф,

Второе уравнение для ДС/Дф получим, выразив скорость изменения концентрации через скорость кристаллизации - К и площадь поверхности кристаллов в 100 кг утфеля- f

ДС/Дф=100.К.f/(100-1,1 СВо) (100 - к )

где СВо - концентрация сухих веществ межкристального раствора в данный момент времени, % ; к - концентрация кристаллов в утфеле, %.

При совместном решении уравнений (25) и (26) получим расчетное уравнение для скорости охлаждения утфеля:

W = 100 К f/ б (0,001925068t - 0.0184) (100- 1,1 CBо) (100 - к)

Использование уравнения (27) при расчете режима охлаждения утфелей позволяет сократить продолжительность кристаллизации на 10-12 ч за счет поддержания избыточной концентрации раствора на максимальном уровне.

Разработка рациональных технологических схем кристаллизации гидратной глюкозы

Испытания технологической схемы с раскачками утфеля оттеками

Для снижения отрицательного воздействия высокой вязкости утфелей на их качество проведены опыты с раскачками утфелей зеленой патокой.

Установлено, что качество утфеля после раскачки заметно повышается из-за снижения его вязкости и улучшения гранулометрического состава кристаллов (рис 12, 13) . Однако, низкий ГЭ зеленой патоки, который на 7-10% ниже ГЭ утфеля, при раскачке снижает ГЭ утфеля, а использование его в качестве затравки приводит к снижению ГЭ утфелей последующих кристаллизаций.

Рис.12. Реологические характеристики утфеля: 1 -после и 2 - до раскачки



Рис. 13 . Гранулометрический состав кристаллов: __ до и --- после раскачки

В производственных условиях ВДКПК испытана схема с промежуточным центрифугированием утфеля и возвратом межкристального раствора для раскачки, а сырых кристаллов - для приготовления затравки. Процесс кристаллизации с такой затравкой протекает интенсивнее, а раскачка снижает вязкость утфеля и улучшает гранулометрический состав кристаллов. Однако для работы по этой схеме требуется установка дополнительного оборудования, что усложняет технологию.

Для устранения недостатков, присущих обеим схемам, испытана раскачка утфеля белой патокой. Раскачку проводили за 15-20 ч до окончания процесса кристаллизации белой патокой с концентрацией 45-50 % СВ и 90,3 % ГЭ в количестве 5-10 % по массе утфеля. Вязкость утфеля после раскачки снизилась из-за уменьшения содержания кристаллов в нем на 4-5 % и понижения на 30-40 % вязкости межкристального раствора из-за снижения концентрации СВ в нем на 1-1,5 %. При этом степень пересыщения межкристального раствора не изменилась, т.к. после добавки белой патоки его ГЭ возросло на 1-1,5 %.

Данные табл. 4 подтверждают преимущества раскачки утфелей белой патокой.

Таблица 4. Показатели качества утфелей при разных способах раскачки

Технологическая схема	Глюкозный эквивалент, %
	сиропа	утфеля	раствора раскачки
		до раскачки	после раскачки
С раскачкой зеленой патокой	90-91	90-91	89,5-90	80-81
С промежуточным центрифугированием	90-91	92-93	90-91	84-85
С раскачкой белой патокой	90-91	90-91	90-91	89-92

Она имеет ГЭ 89-92 %, примерно одинаковый с ГЭ утфеля (90-91 %), и не снижает ГЭ утфеля при раскачках и длительном применении его для затравки.

Длительность цикла центрифугирования такого утфеля сокращается на 20-25 %, повышается выход глюкозы из кристаллизатора на 3-5 % и улучшается качество глюкозы из-за снижения цветности ее растворов на 2-4 %. На способ получено Решение о выдаче патента на изобретение от 24.04.08 г на заявку № 2007124185 от 28.06.07 г. Схема рекомендована к внедрению на глюкозных заводах.

Разработка непрерывного процесса кристаллизации глюкозы

Периодический способ кристаллизации имеет существенные недостатки: низкую производительность кристаллизаторов из-за использования 30% их объема для затравки и удлинения цикла из-за вспомогательных операций (заливки, перемешивания, выгрузки); трудность обслуживания, регулирования температуры в каждом аппарате и невозможность получения утфелей равномерного качества.

На ВДКПК в линии 2-го продукта испытана производственная установка (рис.14) для непрерывной кристаллизации глюкозы. Сироп непрерывно заливали в один из сборников, куда подавали утфель или влажные кристаллы для затравки. Перемешанная смесь сиропа с затравкой поступала в первый кристаллизатор, из которого переливом или шнеками утфель перемещался по всем аппаратам установки; готовый утфель выгружался из последнего - седьмого кристаллизатора. Температуру утфеля в каждом последующем кристаллизаторе поддерживали на 2 0С ниже в сравнении с предыдущим. В результате кристаллизации получен утфель с содержанием кристаллов 41,44 % при истощении гидрола до нормы - ГЭ 70,5 % (табл. 5).

Рис. 14 . Схема установки непрерывной кристаллизации глюкозы: 1 - холодильники; 2 - кристаллизаторы; 3, 4 - шнеки для гпюкозного утфеля; 5 - течка для утфеля-затравки; 6 - емкость с мешалкой; 7 - насос

Таблица 5. Усредненные показатели качества утфеля по кристаллизаторам непрерывной установки

№ кристаллизатора	Температура, 0С	Межкристальный раствор	Содержание кристаллов, %
		СВ, %	ГЭ, %
1	43	76,5	83,5	11,78
2	40,3	75,3	82,13	20,63
3	38,2	73,0	77,63	24,48
4	36,3	72,0	75,97	33,54
5	34,1	69,3	73,57	39,08
6	31,5	68,5	71,82	40,88
7	29	68,0	70,50	41,44

Центрифугирование утфелей проходило без затруднений.

Производительность установки составляла 1,5 м3 /ч или 36 м3 утфеля в сутки вместо 20 м3 всех семи кристаллизаторов при периодическом режиме. Установка внедрена в линии 2-го продукта и рекомендована к внедрению на других предприятиях.

Кристаллизация сиропов кислотно-ферментативного гидролиза крахмала в одну стадию.

Эти сиропы имеют ГЭ в среднем 94,5 % при содержании глюкозы в них 90-90,5 %. Расчет и испытания показали, что при кристаллизации такого сиропа ГЭ межкристального раствора в конце кристаллизации составляет 86,3 %, а смесь получаемых побочных продуктов (зеленая, белая патока, крупка и др.) при выходе глюкозы из утфеля 38 % имеет ГЭ 89,42 % (рис. 15).

Рис.15. Зависимость ГЭ побочных продуктов от ГЭ исходного сиропа: 1 - смесь побочных продуктов (зеленая, белая патоки, крупка и др.); 2- межкристальный раствор

Технологическая схема одностадийной кристаллизации сиропа с ГЭ 90,5-91 %, полученного смешиванием осахаренного сиропа (ГЭ 94,5 %) с зеленой патокой (ГЭ 78-79 %), является более рациональной, т.к. позволяет в одной стадии совместить кристаллизацию двух продуктов и получить одну глюкозу высокого качества при глубоком истощении сиропа.

Расчет показывает, что для получения сиропа с ГЭ 90,5 - 91 % на 100 кг СВ сиропа с ГЭ 94,5 % необходимо добавлять от 25 до 38 кг СВ зеленой патоки с ГЭ 78-79 %; добавляемая порция зеленой патоки возрастает до 60 % в зависимости от количества возвращаемых в основную цепь иных с высоким ГЭ продуктов (белой патоки, крупки, скрубберной пыли). Результаты кристаллизации сиропа с ГЭ 90,68 % показали, что истощение его происходит до ГЭ 76,81 %, сравнимого с двухстадийным

Рис. 16. Наращивание кристаллической массы в утфелях при кристаллизации: 2- по одностадийной схеме; 1,3-первый и второй продукты по двухпродуктовой схеме процессом, при котором ГЭ истощенного 2-го продукта составляет 75, 7 %.

Сравнительные данные наращивания кристаллической массы в утфелях при кристаллизации по двухпродуктовой и одностадийной схемам (рис.16) показали, что более глубокое (на 1 % больше) истощение сиропа при работе в две стадии должно повышать выход глюкозы также на 1 %. Однако при работе по двухпродуктовой схеме потери возрастают на 2 % по сравнению с однопродуктовой и, следовательно, этого теоретически возможного увеличения выхода не хватает даже на компенсацию повышенных потерь и подтверждает эффективность одностадийной схемы. Промышленные испытания одностадийной технологической схемы (рис.17) проведены на ВДКПК. При испытаниях ГЭ кристаллизуемых сиропов составлял 88,5--91,56 %, а ГЭ межкристальных оттеков в конце кристаллизации снижался до 76,5-77 %.

Рис. 17. Схема получения глюкозы из сиропов кислотно-ферментативного гидролиза крахмала с одностадийной кристаллизацией

Продолжительность кристаллизации составляла около 90 ч, а длительность цикла центрифугирования утфелей понизилась на 20-25 % по сравнению утфелями кислотного способа. Для использования высокой кристаллизационной способности сиропов с ГЭ 94,5-95 % предложено смешивать его с зеленой патокой не сразу, а приблизительно через сутки от начала кристаллизации (АС СССР № 8636420), благодаря чему продолжительность процесса кристаллизации сокращается на 10-12 ч.

Внедрение способа кислотно-ферментативного гидролиза крахмала с одностадийной кристаллизацией сиропов вместо кислотного способа позволило снизить продолжительность процесса кристаллизации от 100-120 ч до 80 ч. При этом выход глюкозы из крахмала возрос на 7-8 %, упростилась технология и снизились затраты на ее обслуживание из-за ликвидации линии второго продукта Технологическая схема внедрена на крахмалопаточных комбинатах - ВДКПК, ЕГПК и БМК. В 1985 г. технология удостоена Государственной премии УССР.

Разработка технологии глюкозной помадки с функциональными свойствами предусматривает создание нового продукта питания, обогащенного биологически активными веществами плодово-ягодных и лекарственных растений. Разработаны рецептуры и технология глюкозной помадки с функциональными свойствами в качестве малобелкового энергизирующего средства с витаминной и иммуностимулирующей активностью. Основным компонентом помадки является глюкоза, которая в рецептуре выполняет роль сладителя, структурообразователя, энергетического средства. В состав рецептур помадки включены клюква, облепиха, черника, черная смородина, боярышник, экстракты шиповника и эхинацеи. В технологии глюкозной помадки ведущей является стадия формования, физико-химической основой которой служит процесс кристаллизации глюкозы. В качестве наполнителей и антикристаллизаторов испытаны также сладители: фруктоза, патока, сорбит и их влияние на скорость кристаллизации глюкозы.

При этом каждый из испытуемых компонентов оказывал приблизительно одинаковое (табл. 6), в среднем на 30 %, понижающее влияние на скорость кристаллизации глюкозы.

При экспериментальном хранении опытных образцов помадки установлено, что наибольшей влагоудерживающей способностью обладает помадка с фруктозой.

На основании исследований в рецептуру помадного сиропа введены сорбит и патока, минимально тормозящие процесс кристаллизации на стадиях приготовления помадной массы и выстойки, и фруктоза, обладающая высокой влагоудерживающей способностью, обеспечивающей стабильность качества продукта при хранении. Введение фруктозы в помадную массу рекомендовано проводить в конце кристаллизации. Для помадки, упакованной в полиэтиленовый пакет и картонную коробку, установлен срок годности - 6 месяцев.

Таблица 6. Влияние патоки, сорбита, фруктозы на скорость кристаллизации глюкозы

Состав компонентов	Текучесть сиропа, с	Сухие вещества сиропа, %	Скорость кристаллизации, мг/г.мин
Глюкоза	10	77,4	7,68
Глюкоза : патока 3,5:1	18	77,5	5,50
Глюкоза:сорбит 3,5:1	15	77,4	5,55
Глюкоза: фруктоза 3,5:1	16	77,2	5,22

По результатам медико-биологических и клинических испытаний (НИИ питания, НИИ фармации, ВИЛАР) глюкозная помадка, как малобелковый продукт, рекомендована для питания детей - больных фенилкетонурией и хронической почечной недостаточностью; для профилактики авитаминозов и витаминно-минерального дефицита (помадка с экстрактом шиповника, с облепихой, черной смородиной, клюквой); в качестве иммуностимулирующего средства (с экстрактами шиповника и эхинацеи). Во ВНИИ крахмалопродуктов организовано опытное производство глюкозной помадки с реализацией ее через торговую и аптечную сети. Способ защищен авторскими свидетельствами и патентами РФ ( № - 1805868, 2030879, 2094050, Решение о выдаче патента от 25.04.2008 г. Заявка № 2006146748/13(051057). Продукция награждена медалями и дипломами ВДНХ СССР и ВВЦ РФ.

Разработка технологии глюкозы в ангидридной форме

Исследование кинетики кристаллизации ангидридной глюкозы

При исследовании влияния физико-химических параметров на кинетику кристаллизации ангидридной глюкозы испытаны основные, необходимые для разработки технологического режима кристаллизации: растворимость, избыточная концентрация, глюкозный эквивалент, температура, затравка.

Растворимость глюкозы при температуре получения ангидридной глюкозы (55…75 0С) в присутствии примесей ферментативного гидролиза крахмала представлена в виде эмпирических уравнений

ГЭ Ргэ=0,0522t-0,309

Pг=0,0548t- 0,374

Зависимость скорости кристаллизации ангидридной глюкозы от основных физико-химических факторов

Согласно методу рационального планирования эксперимента проведено 25 опытов с варьированием каждого из трех исследуемых факторов - ГЭ, избыточной концентрации (ДС) и температуры (t)- на пяти уровнях.

На основании экспериментальных данных получено уравнение зависимости скорости кристаллизации (К) от перечисленных параметров

К = 1,44 10-3 {?-0.845 ( 100 - ГЭ) + 0,23 } (ДС )0,89 . (219 - t )

Как видно из уравнения, с ростом избыточной концентрации скорость кристаллизации увеличивается не прямо пропорционально ей, а быстрее. По графикам зависимости скорости кристаллизации ангидридной глюкозы от перечисленных параметров (рис.18-20) можно проследить за повышением скорости кристаллизации с возрастанием глюкозного эквивалента, избыточной концентрации и снижением ее с ростом температуры. При снижении глюкозного эквивалента сиропа со 100 до 96 % скорость кристаллизации уменьшается в 5 раз, из-за чего получение ангидридной глюкозы из сиропов с ГЭ ниже 94 % практически невозможно. Поэтому получать ее целесообразно перекристаллизацией растворов сырой (после центрифуг) глюкозы с ГЭ 99,5 % и из сиропов с ГЭ 97-98,5 %, полученных ферментативным гидролизом крахмала.

Рис. 18. Зависимость скорости кристаллизации ангидридной глюкозы от ГЭ сиропа(температура 550С; ДС сиропа, г/100 г воды: 1 - 105; 2 - 65; 3 - 25)

Рис.19. Зависимость скорости кристаллизации глюкозы от избыточной концентрации ( при ГЭ,%: 1 - 100; 2 - 98; 3 - 96)



Рис. 20. Зависимость скорости кристаллизации от температуры сиропа (ГЭ- 98%; ?С, г/100 г воды: 1 - 105; 2 - 65; 3 - 25)

Температура кипения и зародышеобразование. Исследования по определению зависимости температуры кипения сиропа от концентрации сухих веществ показали, что при уваривании сиропа от 70 до 85 % СВ температура кипения сиропа повышается от 66 до 83 0С при разрежении 600 мм рт. ст.; от 61 до 77,5 0С при вакууме 650 мм рт.ст.; от 56 до 74 0С при разрежении 700 мм рт.ст..

Рис. 21. Границы метастабильной зоны уваривания утфелей ангидридной глюкозы в зависимости от температуры кипения при разрежениях, мм рт. ст: 1-600, 2 - 650, 3-700, 4-730; ---- граница насыщения, __ __ верхняя граница пересыщения

Начало образования кристаллов контролировалось с помощью микроскопа. Самопроизвольного зарождения кристаллов не наблюдалось при уваривании сиропа в течение 4-5 ч до концентрации СВ 88-90 % и более, вплоть до превращения сиропа в прозрачный леденец.

При внесении затравки из кристаллов ангидридной глюкозы в количестве 0,01 % кристаллообразование во всей массе сиропа происходило через 30-60 с при концентрации сиропа 82-85 %.

По результатам исследований определены границы метастабильной зоны пересыщенных растворов (рис. 21). При температуре 65…70 0С и концентрации 82-83 % СВ проводится образование зародышей, при СВ 79 -81 % - наращивание кристаллов.

Разработка технологии ангидридной глюкозы

Технологический режим кристаллизации разрабатывали при уваривании утфелей на лабораторной установке, а затем в полузаводских условиях - в вакуум-аппарате объемом 20 л.

Опыты проводили при температурах 65…70 0С и избыточной концентрации глюкозы в межкристальных растворах 87 - 120 г/ 100 г воды в опытах 1-5 и 130 - 170 г/ 100 г воды в опытах 6-7, что соответствовало концентрации СВ в растворах 79-82 %. В конце опытов концентрацию межкристальных растворов понижали до 77-79 %.

Результаты опытов (1-5) для чистых растворов глюкозы и (6-7) для сиропов ферментативного гидролиза крахмала представлены в табл. 7.

Уваривание утфелей из чистых растворов продолжалось от 5 ч 40 мин до 6 ч 30 мин. Готовые утфели при концентрации СВ 88,3-88,9 % содержали 52,4-57,3 % кристаллов. В зависимости от избыточной концентрации глюкозы в растворах при уваривании кристаллы имеют средний размер 0,1- 0,2 мм; крупные кристаллы (опыт 5) получены при уваривании при избыточной концентрации 120 г в 100 г воды, а мелкие - в опыте 1 - при низкой избыточной концентрации (87 г /100 г воды). Влажность кристаллов после центрифугирования колеблется от 1,86 до 3,82 % в зависимости от размера, однородности кристаллов и концентрации СВ межкристального раствора. В опытах 6 - 7 при кристаллизации глюкозы из сиропа с ГЭ 98 %, полученного ферментативным гидролизом крахмала, продолжительность процесса возрастает до 9 ч. Влияние примесей ферментативного гидролиза выражается также и в заметной тенденции роста кристаллов в длину. Контроль за изменением цветности утфелей и полученных кристаллов показал, что прирост цветности утфелей при уваривании не превышает 4 - 5 % и не снижает качество фармакопейнойьногоультаты раствором глюкозыот 220 до 560 нм.ее растворов глюкозы.

Таблица 7. Результаты опытов по увариванию утфелей

№ опыта	Время, ч, мин	Концентрация, % СВ	Характеристика кристаллов
		раствора	утфеля	выход, %	влажность, %	размер, мм
1	6-20	78	88,6	52,8	3,82	0,11х 0,17
2	6-15	77	89,7	56,1	1,86	0,12х 0,18
3	5-40	78	89,9	57,3	2,14	0,18х 0,25
4	6-30	78	88,3	52,4	3,38	0,12х 0,14
5	6-30	78	89,6	56,6	2,52	0,21х 0,25
6	9-10	79	89,6	54,1	2,20	0,12х 0,25
7	9-00	79	89,7	53,7	2,97	0,12х 0,21

Промышленные испытания технологии проводились на ВДКПК, где смонтирована опытная линия (рис. 22) и включена в производственную цепь медицинской глюкозы. Для испытаний технологии во ВНИИК разработана и изготовлена конструкция вакуум-аппарата ВАГ-7,5 в нержавеющем исполнении на 7,5 т утфеля за один цикл. В вакуум-аппарат набирали сироп в количестве 25-30 % к полезному объему аппарата, сгущали до пробы (83-84 %). Заводку кристаллов проводили затравкой из 10-15 г ангидридной глюкозы на 1 тонну сиропа. Достаточное количество образовавшихся кристаллов наблюдали через 3--5 мин после внесения затравки органолептически (по слабому помутнению сиропа), с помощью микроскопа и колориметрическим методом. Наращивание кристаллов проводили при уваривании утфеля с поддержанием СВ в межкристальном растворе в пределах 80-82 % за счет подкачек сиропа с СВ 50-55 %. Продолжительность уваривания составляла 6-7 ч (рис. 23). Полученный утфель имел концентрацию 89-91 % СВ и содержал 50-55 % однородных, четко ограненных кристаллов с размером 0,15--0,25 мм при концентрации межкристального раствора 76-77 %.

Рис. 22. Схема опытной установки для получения ангидридной глюкозы

Рис. 23. Наращивание кристаллической массы при уваривании утфеля

Центрифугирование утфелей проводили на предварительно подогретой паром центрифуге ФПН-1251Л. Промывку кристаллов водой с температурой не ниже 60 0С начинали сразу же после загрузки центрифуги утфелем. Продолжительность цикла центрифугирования не превышала 4 мин вместо 12-15 мин для гидратной глюкозы. Предлагаемая технология предусматривает сокращение длительности процесса кристаллизации в 6-7 раз по сравнению с технологией гидратной глюкозы. Для обеспечения выработки 25-30 т ангидридной глюкозы в сутки требуется 2 вакуум-аппарата производительностью 7,5 т вместо 7-8 кристаллизаторов по 40 т при получении гидратной глюкозы; количество центрифуг сокращается в 3 раза, а расход электроэнергии на центрифугирование снижается в 3,7 раза; сокращение расхода тепла почти в 5 раз наблюдается в процессе высушивания ангидридной глюкозы от влажности 2,5-3 % до 0,5-1 % в сравнении с гидратной глюкозой, требующей высушивания от 14-16 % до равновесной влажности - 9 %.

Условия кристаллизации ангидридной глюкозы (6-7 ч при температуре 65-700С) исключают развитие микробиологических процессов и позволяют получать глюкозу с высокой микробиологической чистотой, а низкое содержание влаги в ангидридной глюкозе препятствует размножению микробов и при ее хранении, способствует увеличению срока годности глюкозы и препаратов из нее и повышает эффективность транспортных перевозок.

Разработка нормативной документации на производство глюкозы Выработано более 20 партий ангидридной глюкозы по 3-5 т. Установлено полное соответствие ее качества требованиям Госфармакопеи, Х- Х1 изд. По микробиологической чистоте ангидридная глюкоза значительно превосходит гидратную. Она содержит до 10 микробов в 1 г при норме 100 микробов.

...