Поиск заменителей сахара, новых, безвредных для человека, низкокалорийных подслащивающих веществ, интенсивно проводимый за последние годы во многих странах, обусловлен необходимостью оптимизации питания здоровых людей, а также возможностью решения вопросов рационального питания людей, страдающих определенными заболеваниями.
При общемировом объеме производства сахара около 130 млн т общая выработка заменителей сахара составляет до 15–20 млн т сахарного эквивалента. Это привело к относительному снижению потребления сахарозы в чистом виде из сахарной свеклы и тростника. Замена сахарозы другими веществами связана с её высокой удельной энергией и легкой усвояемостью. Сахарозу получают из сахарной свеклы и сахарного тростника. Вместе с тем сладкие продукты (глюкозу, фруктозу, ксилит, сорбит) можно изготавливать из различных видов отходов.
Свеклосахарное производство, перерабатывая сахарную свеклу, дает обычный белый сахар–песок и в качестве отходов – жом (обессахаренную свекловичную стружку), дефеко-сатурационный осадок, получаемый при очистке сока, и мелассу. Для сахарного производства меласса является отходом, но для ряда отраслей пищевой и комбикормовой промышленности она служит ценным сырьем. Из оставшихся в мелассе сахарозы и инвертного сахара брожением получают лимонную и молочную кислоты, глицерин, ацетон, этиловый и бутиловый спирты. В сусле, приготовленном из мелассы, выращивают хлебопекарные дрожжи, из раствора мелассы извлекают глютаминовую кислоту. Мелассу добавляют в грубые корма для скота.
Влияние добавок ферросплавов на активность многокомпонентного никелевого катализатора при РH2 = 6 М Па
|
Катализатор |
ТОП., °С |
Выход сорбита ( %) во времени (мин) |
W∙104 моль/г∙кт∙мин |
|
|
Ni-50 %Аl |
100 |
14,0 |
30,2 |
8,5 |
|
Ni-50 %Аl-ФSi |
100 |
42,2 |
76,9 |
23,8 |
|
Ni-50 %Аl-ФSiMn |
100 |
56,9 |
94,4 |
36,7 |
|
Ni-50 %Аl-ФМn |
100 |
53,9 |
92,0 |
33,5 |
Мелассу, полученную на последней стадии кристаллизации продуктового отделения сахарного завода, предлагается нами использовать в качестве сырья для производства сорбита.
Целью нашего исследования является разработка методов синтеза сорбита из глюкозы, полученной гидролизом мелассы, на модифицированных никелевых катализаторах.
Объектами исследования явились следующие многокомпонентные сплавы и катализаторы: скелетные алюмо–никелевые катализаторы с модифицирующими добавками ферросилиция (ФSi), ферромарганца ФМn и ферросиликомарганца (ФSiМn).
В данной работе исследованы каталитические свойства сплавных медных катализаторов, модифицированных не чистыми металлами, а ферросплавами. В качестве добавок использовали следующие ферросплавы – ферромарганец (ФМn), ферросилиций (ФSi) и ферросилициймарганец (ФSiMn). Сплавы готовили в высокочастотной плавильной печи марки ОКБ – 8020. В кварцевый тигель помещали рассчитанное количество Al в виде слитков и постепенно нагревали до 1000–1100 °С, затем вводили необходимое количество Ni и добавку ферросплава в виде стружки или порошка.
В результате экзотермической реакции температура расплава поднималась до 1700–1800 °С, перемешивание индукционным полем длилось 3–5 мин. В графитовых изложницах сплав охлаждали на воздухе и измельчали до зёрен 0,25 мм. Для активации сплавов 1,0 г сплава выщелачивали 20 %-ым раствором едкого натра (в объёме 40 см3)на кипящей водяной бане в течение 1 часа, после чего катализатор отмывали от щёлочи водой до нейтральной реакции по фенолфталеину.
Изучение кинетических закономерностей проводили в видоизменённом реакторе системы ЛенНИИХиммаш (ёмкость 0,5 л) периодического действия. Аппарат снабжён герметическим приводом мощностью 0,6 кВт, число оборотов мешалки 2800 об/мин.
Полный анализ продуктов реакции заключался в определении редуцирующих сахаров по методу Макэна-Шоорля и многоатомных спиртов методом бумажной хроматографии.
Из таблицы видно, что исследуемые никелевые катализаторы в изученных нами условиях проявляют высокую активность по сорбиту. Количество образующегося сорбита по различному увеличивается в зависимости от химической природы добавок ферросплавов.
Наибольшую активность проявляет катализатор из сплава с 3 мас. % ФМn. Выход сорбита на нем при 1000 °С и МПа на 60 минуте гидрирования составляет 94,4 %. При 6 МПа скорость гидрирования глюкозы на Ni-50 % Аl-3 % ФSiМn в четыре раза выше, чем на скелетной никеля без добавки. Исходя из полученных данных, исследуемые катализаторы располагаются в ряд: Ni-Al-ФSiMn>Ni-Al-ФМn > Ni-Al-ФSi .
В дальнейшем были установлены кинетические закономерности процесса гидрирования глюкозы на модифицированных Сu, Ni и Со- катализаторах, в зависимости от концентрации глюкозы в растворе, температуры и давления водорода, найдены оптимальные условия (температура 140–160 °С и давление водорода 4–6 МПа) осуществления технологического процесса получения сорбита из нового вида сырья. Таким образом, нами показана возможность получения сорбита из отходов свеклосахарного производства.