Д сорбит в промышленном производстве витамина с получают из
Производство D-сорбита из D-глюкозы
В производстве синтетической аскорбиновой кислоты D-сорбит является первым промежуточным продуктом синтеза. D-сорбит представляет собой белый кристаллический порошок, легко растворимый в воде. Сырьем для его производства является D-глюкоза. Это сравнительно дорогое сырье, стоимость его составляет 40—44% от себестоимости аскорбиновой кислоты, поэтому замена D-глюкозы на непищевые виды сырья является важной проблемой [7].
Процесс восстановления D-глюкозы можно осуществлять двумя методами:
— электролитическим восстановлением;
— каталитическим гидрированием.
Электролитическое восстановление D-глюкозы в D-сорбит осуществляется при комнатной температуре в электролизерах со свинцовыми анодами и катодами из сплава никеля. Процесс проводят в присутствии NaOH и сульфата натрия или аммония при рН=10. Преимущество процесса заключается в мягких условиях его проведения, в отсутствии дорогостоящих катализаторов и автоклавов. Однако в процессе электролитического восстановления получается раствор D-сорбита, загрязненный его изомером—D-маннитом (до 15%). Разделение этих изомеров представляет большие трудности. Недостатком процесса является также высокая щелочность раствора и сложность конструкции электролизера. Поэтому в настоящее время на витаминных предприятиях принят каталитический метод.
Каталитическое гидрирование (восстановление) можно представить следующей схемой:
Выход составляет 98—99% от теоретически возможного. Особенностью этой стадии производства является протекание ряда побочных реакций: окисление D-глюкозы (I) в D-глюконовую кислоту (VI) кислородом воздуха в присутствии катализатора; фенолизация D-глюкозы в щелочной среде с последующей изомеризацией в D-фруктозу (II) и D-маннозу (IV). D-фруктоза может далее превращаться в D-сорбит (III) и D-маннит (V). В побочных процессах гидрогенолиза глюкозы, кроме D-сорбита, образуются также этиленгликоль, глицерин, пропиленгликоль и др. побочные продукты. Основные побочные процессы протекают по схеме:
Основная задача при осуществлении технологического процесса—свести к минимуму образование этих побочных продуктов. Это достигается рядом мер, которые будут рассмотрены несколько позже.
Технологическая схема получения D-сорбита включает следующие операции:
1) Приготовление и регенерация скелетного никелевого катализатора.
2) Приготовление 50—55%-ного раствора D-глюкозы.
3) Получение D-сорбита.
4) Очистка водного раствора D-сорбита от ионов тяжелых металлов.
5) Получение кристаллического D-сорбита для выпуска пищевого D-сорбита.
Процесс гидрирования глюкозы осуществляют двумя способами: или автоклавным периодическим способом, или в непрерывно действующих аппаратах.
Периодический способ. Для гидрирования приготавливают 50—55%-ный водный раствор D-глюкозы при 70—75°С, очищают раствор активированным углем при 75°С, фильтруют через нутч-фильтр. В очищенный раствор добавляют известковую воду до рН=8,0—8,1 и раствор направляют на гидрирование.
В настоящее время разработан способ непрерывной очистки 50%-ных растворов глюкозы на гранулированном угле АГ-3. Расход его значительно меньше, чем порошкообразного, он легче регенерируется. Наряду с этим проводятся исследования по очистке 50%-ных водных растворов глюкозы с использованием полимерных мембран и ионообменных смол.
Автоклавный процесс гидрирования осуществляют при температуре 135—140°С, и рН=7,5—7,8 под давлением 70— 100 атм. при непрерывной подаче водорода, полученного электролитическим путем, в автоклав. Окончание процесса определяют по прекращению падения давления водорода в автоклаве в течение 20 мин. Раствор сорбита охлаждают до 75— 80 °С, снижают давление в автоклаве до 5—7 атм. и направляют раствор сорбита совместно с катализатором на фильтрацию. Катализатор отделяют на друк-фильтре и тщательно отмывают горячей водой. Затем катализатор направляют на регенерацию. Как уже указывалось, процесс гидрирования сопровождается рядом побочных реакций. Для того, чтобы свести их к минимуму, необходимо в периодическом процессе:
— не допускать хранения щелочного раствора D-глюкозы с катализатором;
— проводить реакцию гидрирования при рН, близком к нейтральному (7,3—7,5), т. к. в щелочной среде D-глюкоза будет подвергаться распаду при t=135—140°С.
Однако при смешении катализатора с раствором D-глюкозы в автоклаве наблюдается некоторое снижение величины рН, поэтому рН раствора в начале процесса следует доводить до 8,0, а раствор глюкозы готовить на дистиллированной воде (он должен быть прозрачным и не содержать посторонних солей). Следует использовать особо чистый, электролитический водород. Катализатор необходимо тщательно подготовить и промыть. Величина зерен катализатора—1—2 мм. Остаточное содержание глюкозы по окончании гидрирования не должно превышать 0,1% по массе.
Непрерывный способ. На предприятиях Венгрии, Германии, некоторых американских фирм, в России (г. Йошкар-Ола) процесс гидрирования глюкозы в сорбит ведут непрерывным способом [7].
При непрерывном способе более эффективным является применение суспензированного катализатора, т. к. при этом достигается повышение контактной поверхности катализатоpa и наилучшее использование объема автоклава. На основе венгерской лицензионной технологии процесс гидрирования в Йошкар-Оле (рисунок 1) осуществляют в каскаде из колонных автоклавов при температуре 140—165°С и давлении 150 атм.
Предварительно готовят 50%-ный раствор глюкозы при t=80°С, охлаждают его до 30—40 °С и подают на гидрирование через специальный смеситель с катализатором.
В системе смесителей готовят 10%-ную суспензию никелевого катализатора в известковой или аммиачной воде, смешивают ее с 50%-ным раствором глюкозы и насосами-дозаторами направляют в три последовательно соединенные колонны. Водород подается в тот же смеситель. По окончании процесса гидрирования раствор сорбита совместно с катализатором поступает для сепарации водорода в сборник, а затем на фильтрацию (система сепаратор—фильтр). Отработанный катализатор промывают горячей водой и передают на регенерацию, а раствор D-сорбита — на очистку.
I — исходная суспензия; II — водород свежий, 15 МПа; III — водород обратный, 15 МПа; IV — конечная суспензия; V — сброс водорода.
1 — маслоотделитель; 2 — смеситель; 3 — насос высокого давления; 4, 6, 8 — пароподогреватели высокого давления; 5, 7, 9 — реакторы высокого давления; 10 — холодильник высокого давления; 11 — сепаратор высокого давления; 12 — брызугоуловитель высокого давления; 13 — циркуляционный компрессор; 14 — сепаратор с брызгоуловителем; 15 — циркуляционный насос.
Рисунок 1 — Схема узла гидрирования D-глюкозы непрерывным способом
В настоящее время проведены испытания более технологичного и простого процесса гидрирования на стационарном никелевом катализаторе. Медно-никелевый стационарный катализатор применяют в ГДР для гидрирования глюкозы при t=120—140°С и избыточном давлении 201—240 кгс/см2.Непрерывный процесс гидрирования позволяет применять автоматические контроль и регулирование, обеспечивать более высокое качество продукта и увеличивать производительность труда.
Очистка сорбитного раствора. Очистка производится двумя способами:
1) химический метод заключается в осаждении ионов тяжелых металлов (меди, железа, никеля) с помощью двузамещенного фосфорнокислого натрия (Na2HPО4). К 20—25%-ному раствору сорбита добавляют 1,5—2% Na2HP04 и 2—5% мела (к массе раствора), нагревают в течение 1 ч до 85— 90 °С, фильтруют через нутч-фильтр или фильтр-пресс с применением асбестовой или угольной подушки. По окончании фильтрации раствор сорбита подвергают анализу [5].
2) на ионообменных смолах — 25—30%-ный раствор сорбита пропускают через две колонны, заполненные катионитом. При этом рН раствора значительно снижается за счет ионного обмена. Для повышения рН до 4,0— 4,6 раствор пропускают через 3 непрерывно действующие колонны, заполненные слабоосновным анионитом ЭДЭ-10П [9].
Для получения кристаллического продукта очищенный раствор сорбита выпаривают в вакуум-аппарате при вакууме не ниже 650 мм рт. ст. до содержания сухих веществ 70— 80%. Часть раствора сорбита упаривают на РПИ до содержания влаги 5% и кристаллизуют. Кристаллы отфильтровывают, промывают спиртом и высушивают при температуре 35—40 °С. Получают чистый медицинский сорбит, используемый для лечебных и пищевых целей. Гранулированный D-сорбит из водного концентрата производят на специальной сушильной установке [7, 10].
Источник
ЗОЖ
Как производят витамины: секреты синтетических добавок к пище
12 октября 2015
28 990 просмотров
Алена Лепилина
Человеческий организм не может существовать без витаминов. Есть теория, согласно которой наши далеки предки могли самостоятельно вырабатывать витамины. Однако из-за мутации эта способность оказалась безвозвратно утерянной. Производство витаминов перешло полностью к растениям. Хотя в XXI веке вряд ли можно произносить слово «полностью», говоря об этом процессе.
Кэтрин Прайс, автор книги «Витамания», рассказывает о том, как же на самом деле получают витамины на заводах.
Прощай, прошлое
Современные фотографии в глянцевых журналах о здоровом питании нередко создают обманчивое впечатление, будто мы получаем витамины только из грецких орехов и черники. Стоит отметить, что первые витаминные добавки, атаковавшие рынок в 1920–1930-х годах, действительно являлись концентратами и вытяжками из природных источников.
Так, чтобы получить рыбий жир, печень трески заливали кипятком, и обогащенный витаминами жир всплывал тонкой пленкой на поверхность, откуда его и собирали. Витамин С добывали из плодов шиповника. Но в наши дни, хотя мы все еще можем извлекать витамины из натуральных продуктов (например, витамин Е из соевых бобов), это считается слишком дорогим удовольствием.
И это не говоря уже о его разрушительном воздействии на окружающую среду: обычно для экстракции нужны химические растворители, а они, как правило, ядовиты.
Спасительные фабрики
Для получения сока требуется не просто раздавить манго или апельсин. А учитывая, в каких мизерных концентрациях содержатся витамины в большинстве пищевых продуктов, становится понятно: получить витамины из натурального сырья — задача совершенно нереальная.
Тут в дело вступает промышленность, ведь витамины, которые содержатся в пищевых добавках или обогащенных продуктах, получены искусственным путем. Многие из этих веществ (сырье для витаминов) появляются на свет в ходе реакций, где в роли катализаторов выступают высокая температура, среда или высокое давление — факторы, под воздействием которых так меняется химическая структура двух или более веществ, что они превращаются в витамины.
Нечего даже и думать о том, чтобы удовлетворить мировую потребность в витамине С исключительно за счет апельсинов или лимонов.
Как рождается витамин С
Вот как описывает промышленное производство витамина С журналистка Мелани Уорнер, автор книги об американской пищевой индустрии Pandora’s Lunchbox («Ланч-бокс Пандоры»).
«Для начала в дело идет зерно или даже извлеченный из зерна крахмал, но сорбитол, шестиатомный спирт со сладким вкусом, который имеется во фруктах, в промышленных масштабах создается путем размельчения и новой сборки молекул, содержащихся в зерне, в процессе ферментативных реакций и гидрогенизации. Для получения сорбитола запускается ферментативный процесс, который отчасти очищает воздух (хотя он же может стать причиной загрязнения воды). Ферментация происходит благодаря деятельности бактерий, которые продолжают преобразование молекулы сорбитола в сорбозу. Следующий этап ферментации требует участия генетически модифицированных бактерий: они преобразуют сорбозу в вещество под названием “2-кетоглюконовая кислота”. И только потом 2-кетоглюконовая кислота, обработанная соляной кислотой, становится грубо очищенной аскорбиновой кислотой. Ее фильтруют, очищают от химических примесей, измельчают до состояния белой пудры — и на этом завершается процесс синтеза аскорбиновой кислоты, готовой стать компонентом пищи и быть добавленной в ваши кукурузные хлопья».
Уорнер обращает внимание на то, что, каким бы сложным и запутанным ни показался нам процесс синтеза витамина С, «в его основе все-таки лежат натуральные продукты», чего в большинстве случаев нельзя сказать о других витаминах.
Химия: хорошо или плохо?
Возможно, все это звучит для вас дико, но вспомните, что главным поставщиком сырья для витамина D во всем мире являются… овцы! Или, точнее, вещество под названием «ланолин» — жир, который выделяют их кожные железы. Тут важно отметить, что нет ничего ужасного или угрожающего здоровью в синтетическом «овечьем» витамине D, как и в любом другом странном или заведомо «несъедобном» сырье для прочих витаминов.
Ведь в итоге синтетический витамин химически является точной копией форм, обнаруженных в природе, а значит, и наш организм сможет использовать его безо всяких проблем.
Главная причина, по которой нутрициологи так усердно пропагандируют витамины, естественным образом полученные с пищей, отдавая им предпочтение перед синтезированными витаминами, кроется не в том, что синтетические витамины плохие, а в том, что помимо витаминов натуральные продукты содержат бессчетное число других компонентов, способных укрепить наше здоровье.
P.S. Если хотите раз в 2 недели получать самые интересные и популярные статьи из нашего блога, подписывайтесь на рассылку.
По материалам книги «Витамания»
Обложка поста: flickr
Источник
Эти основные стадии соблюдаются почти на всех заводах, выпускающих сорбит, однако режим каталитического гидрирования, применяемые катализаторы и ионообменные смолы для очистки растворов, а также аппаратурное оформление процесса на отдельных предприятиях различны. На подавляющем большинстве заводов сырьем для производства сорбита является кристаллическая глюкоза, на заводе фирмы Атлас Паудер — также и сахароза. [c.165]
Можно утверждать, что растительное сырье по возможностям получения из него различных продуктов почти не уступает нефти и углю [24, с. 333]. При этом необходимо учитывать также большие возможности химической переработки лигнина [17] и микробиологического синтеза различных продуктов из моносахаридов. Как пишет В. Д. Беляев Развитие гидролизных производств в перспективе должно идти по пути создания крупных комбинатов с многотоннажным производством широкой номенклатуры продуктов химической и биохимической переработки сырья, включая пищевую глюкозу, кристаллический ксилит, сорбит, глицерин, гликоли и другие производные многоатомных спиртов [18]. [c.189]
Гидролизаты подвергают переработке биохимическими и химическими способами. Продуктами гидролизных производств могут быть кристаллические моносахариды (глюкоза, ксилоза) и фурфурол. Биохимическая переработка позволяет получать этанол, кормовые дрожжи и др. С помощью химической переработки моносахаридов можно получать многоатомные спирты — пентиты и гекситы (ксилит, сорбит, маннит) восстановлением соответствующих пентоз и гексоз, гидроксикислоты окислением моноз и др. [c.298]
К этому методу близок в принципе метод электролитического восстановления моносахаридов на ртутном катоде который находит применение в промышленности для производства сорбита из глюкозы Сорбит, полученный по этому способу, содержит заметное количество различных примесей (2-дезокси-0-сорбит, О-маннит, -сорбит, аллит, 1-дезокси-0-маннит и др.) которые образуются в результате побочных реакций в щелочной среде. [c.81]
Сорбит используют в Производстве диетических продуктов питания, в промышленности его получают каталитическим гидрированием глюкозы и из других природных источников. [c.207]
Гексит -сорбит отнесен к -ряду чисто условно, поскольку, поворачивая его проекционную формулу в плоскости изображения на 180°, можно получить противоположную конфигурацию у второго снизу атома углерода. Дело в том, что в молекуле -сорбита присутствуют два асимметрических центра, обладающие противоположными конфигурациями, ни один из которых не может быть выделен по объективным признакам в качестве единственного критерия Для определения принадлежности к О- или -ряду. Это дает возможность, восстанавливая )-глюкозу в -сорбит и окисляя последний в -сорбозу, осуществить превращение монозы Д-ряда в монозу -ряда, что находит практическое применение при производстве синтетической аскорбиновой кислоты. [c.157]
Восстановлением ( -глюкозы и ( -маннозы можно получить шестиатомные спирты -сорбит и -маннит, находящие широкое техническое применение при производстве витамина С, искусственных смол, эфиров, специальных сортов бумаги, в кожевенном производстве. Согласно патенту Крейтона процесс восстановления можно провести с помощью амальгамы натрия, полученной электролизом его в ванне с ртутным катодом. Реакция протекает по следующему уравнению [c.175]
Она широко распространена в природе, находясь во многих овощах и фруктах, в хвое, в печени и других тканях животных. Аскорбиновая кислота гложет быть выделена из многих природных источников, но практически ее удобнее получать синтетически, исходя из О-глюкозы, которая при восстановлении ее альдегидной группы превращается в соответствующий спирт В-сорбит. Последний микробиологическим путем окисляется в Ь-сорбозу, из которой химическим путем получают аскорбиновую кислоту. Производство этого витамина представляет один из характерных примеров получения ценного препарата путем поочередного проведения чисто химических и микробиологических превращений органического соединения, [c.73]
В СССР сорбит вырабатывается в небольших цехах при витаминных заводах [20]. Сущность процесса сводится к следующему. Кристаллическую глюкозу растворяют в воде до концентрации 50%, смешивают с катализатором никель Ренея и добавляют известковое молоко до pH 8,4—8,6. Полученная смесь поступает для гидрирования в горизонтальные автоклавы емкостью 0,12—0,18 Гидрирование проводят при температуре 140°С и давлении водорода МПа до содержания в растворе сорбита остаточных РВ 0,1% (в расчете на сухие вещества). По о кончании гидрирования избыточный водород выпускают в атмосферу, раствор сорбита отфильтровывают от катализатора и направляют в отстойники, где обрабатывают при перемешивании 20%-ным раствором Ыэ2НР04 из расчета 2% к сорбиту и нагревают до 85 °С. Затем в раствор добавляют химически чистый СаСОз и перемешивают в течение 90 мин. После этого раствор сорбита отстаивают 90 мин и декантируют. Осадок промывают, промывные воды также отстаивают и декантируют. Осветленный раствор сорбита используют для производства аскорбиновой кислоты. На некоторых заводах очистку раствора сорбита производят ионитами. В небольшом количестве сорбит выпускают и в твердом виде в этом случае раствор сорбита упаривают до 95%-ной концентрации и выливают в формы, где он застывает. [c.170]
Одновременно при производстве из непищевого растительного сырья методом гидролиза таких продуктов, как кристаллическая глюкоза, этиловый спирт, сорбит и глицерин, сокращаются расходы продовольственного зерна, кортофеля, жиров и сахарной патоки, применяемых в настоящее время для полу- чения этих продуктов. [c.3]
В практике биохимических лабораторий широко применяют карбокси-метилцеллюлозу и ДЭАЭ-целлюлозу, сефадексы — нерастворимые сшитые декстраны (глюканы), нашедшие применение в технике разделения различных полимерных веществ. Высокомолекулярный полисахарид агар-агар, содержащийся в некоторых морских водорослях, широко используется в микробиологии дпя приготовления твердых питательных сред, а в кондитерской промышленности для изготовления желе, пастилы, мармелада. В пищевой и кондитерской промышленности нашли применение такие природные гликозиды, как ванилин, синигрин, пеларганидин. Как вкусовая добавка в пищевой промышленности используется сорбит — продукт восстановления о-глюкозы. В настоящее время получило широкое распространение биотехнологическое производство ксантана — бактериального полисахарида для нефтедобывающей, пищевой, медицинской промышленности, сельского и лесного хозяйства. [c.238]
Представители спиртов, содержащих в молекуле пять или шесть гидроксильных групп, — ксилит СН,ОН — (СНОН)з — СН2ОН и сорбит СН2ОН — (СИОН)., — СН2ОН. Получаются восстановлением моносахаридов первый — ксилозы (стр. 243), второй — глюкозы (стр. 238). Сорбит широко распространен в природе, входит в состав многих плодов и ягод (в плодах рябины до 7% сорбита). Ксилит и сорбит применяются больными диабетом в качестве заменителя сахара, для приготовления кондитерских изделий, напитков, зубных паст. Сорбит — первый полупродукт при производстве аскорбиновой кислоты (витамина С, стр. 271). [c.108]
В последние десятилетия наряду с этими так сказать грубыми микробиологическими процессами, приводящими к получению простых органических соединений, приобретают все большее значение тонкие превращения, осуществляемые микробиологическим путем. Одним из приг.1еров является производство витамина С. Это соединение довольно легко может быть получено химическим путем из сорбозы. Наибольшая трудность состоит именно в получении сорбозы, поскольку в природе этот сахар встречается редко, а удовлетворительных путей химического синтеза его не найдено. Используя микроорганизмы A etoba ter зиЬоху((ап5), можно с хорошим выходом окислять С-5-гидроксил шестиатомного спирта сорбита в сорбозу. Поскольку сорбит в свою очередь легко может быть получен путем каталитического восстановления глюкозы, весь путь синтеза витамина С можно выразить следующей схемой [c.586]
Подходящим заменителем гремучей ртути явился гексанитрат маннита. Но сырьем для производства этого соединения оказался импортируемый маннит. Случайно фирме стало известно о работах Крейтона по электролитическому восстановлению растворов маннозы в маннит, проводившихся в Свартморском колледже. Фирма предложила Крейтону разработать электролитический метод. В результате исследования было установлено, что при восстановлении глюкозы маисового сахара образуется с 20%-ным выходом маннит и одновременно получается раствор, содержащий главным образом сорбит. Для того чтобы метод стал экономически целесообразным, необходимо было найти применение сорбиту. Свойства этого продукта оказались достаточно интересными, и в 1935 г. была сооружена опытная установка. В 1937 г. фирма Atlas Point ввела в эксплуатацию крупную установку, на которой получали технический сорбит. Однако вскоре возникла необходимость в получении более чистого сорбита, требовавшегося, например, для производства витамина С. Для этих целей оказался более пригодным каталитический метод, который по сравнению с электролитическим давал более чистый и дешевый сорбит. В 1943 г. была построена установка для каталитического получения сорбита. Спрос на сорбит настолько повысился, что в 1945 г. вошла в строй установка по непрерывному методу получения сорбита. Производство технического сорбита не прекращали, так как этот продукт в определенных областях не мог быть заменен более чистым сорбитом. [c.33]
Основным подслащивающим веществом прировдого происхождения является сахар (используются также сахароза, глюкоза, фруктоза, лактоза и др.). Эти вещества имеют свои достоинства и недостатки. Фруктоза и многоатомные спирты (юилит, маннит, сорбит) медленно всасываются из ЖКТ, незначительно влияя на содеряание сахара в крови. Благодаря сладкому вкусу, способности образовывать вязкие растворы, они используются в производстве микстур, капель, сиропов. Однако низкая степень сладости (близкая к сахарозе), технологические трудности при производстве фруктозы, а также побочное слабительное действие многоатомных спиртов препятствуют их пшрокому использованию. [c.290]
Источник