14 / 40
КОНДИТЕРСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО
•
5/2009
12
ТЕМА НОМЕРА.
КОНТРОЛЬ и КАЧЕСТВО
Экстракция фруктозы из глюкозно
фруктозных сиропов изопропанолом
УДК 664.162.71
Ключевые слова:
высокофруктозный, глюкозно фруктозный, инвертный, сироп, са
хар, обогащение, экстракция, кристаллизация, изопропанол
Ранее особенности избирательной эк
стракции мы объясняли на основе анали
за физико математической и теоретичес
кой моделей
[
1, 2
]
, которые полностью со
ответствуют экспериментальным данным
экстракции фруктозы из инвертных сиро
пов ацетоном. Изучая это явление при ис
пользовании в качестве экстрагента изоп
ропилового спирта (изопропанола), об
наружили некоторые существенные от
клонения [повышающие выход глюкозно
фруктозного сиропа (ГФС), содержащего
55 отн. % фруктозы – ГФС 55 и других более
богатых фруктозой высокофруктозных си
ропов (ВФС) ] экспериментальных данных
от предсказанных моделью зависимос
тей. Такие отклонения наблюдали только
при значительном превышении количе
ства добавленного изопропанола в срав
нении с массой исходного сиропа или
при превышении в нем доли глюкозы по от
ношению к фруктозе. Данное сообщение
посвящено объяснению указанных осо
бенностей.
Выход ГФС 55 (
В
, %) на единицу сухого
вещества экстрагируемого инвертного
сиропа рассчитывали по формулам:
В
= 2000 (
f
1
– 0,5)
d
1
;
f
1
= 0,5
k
/[1 + (
k
– 1)
d
1
],
где
f
1
– доля фруктозы к массе сухих ве
ществ в верхней фазе;
d
1
– доля углеводов,
перешедших в верхнюю фазу, от исходной
массы инвертного сахара в сиропе;
k
– коэффициент обогащения верхней
фазы фруктозой (
k
=
f
1
/
f
2
, где
f
2
– доля фрук
тозы к массе сухих веществ в нижней
фазе).
Значение
k
при экстракции изопропа
нолом существенно ниже, чем при экст
ракции ацетоном
[
3
]
. Поэтому, чтобы ре
ально получить удовлетворительный выход
ГФС 55 (необходимо, чтобы
f
1
>0,55), следу
ет, как вытекает из анализа физико хими
ческой модели, в качестве исходного
брать инвертный сироп концентрацией уг
Ю.В. ДАНИЛЬЧУК,
канд. техн. наук
Московский государственный университет пищевых производств
леводов, значительно превышающей кри
тическое значение – 48 % сухих веществ.
Оно найдено расчетным путем из коорди
нат критической точки
К
[
1
]
на фазовой
диаграмме состояния изопропанол – ин
вертный сироп (
У
=30,0 %,
В
=32,4 %,
И
=37,6 %, где
У
,
В
,
И
– массовые доли угле
водов, воды и изопропанола соответствен
но). В данной работе приведены результа
ты экстракции изопропанолом инвертного
сиропа с отношением инвертный сахар/
вода 1,2 (х=1,2; СВ=54,5 %). На рис. 1 пред
ставлена зависимость выхода ГФС 55 от
соотношения количества экстрагента и
воды при экстракции фруктозы из инверт
ного сиропа изопропанолом (
х
=1,2) и аце
тоном (
х
=0,8). Ранее было показано, что
экстракцию ацетоном наиболее эффек
тивно проводить при
х
=0,7–0,8, что близко к
критическому значению (СВ)
крит
= 40 % при
х
=0,67.
В предыдущих сообщениях отмечено,
что зависимость выхода ГФС 55 от соотно
шения количества экстрагента и воды в си
ропе при экстракции ацетоном хорошо
описывается простейшей математичес
кой моделью. Из рис. 1 видно, что при зна
чительном избытке изопропанола выход
ГФС 55 существенно выше, чем должно
следовать из модели (т.е. по сравнению с
аналогичными данными для ацетона, так
как на рис. 1 теоретические данные не
приведены). Это объясняется повышенной
растворимостью фруктозы в водно
изопропанольном растворителе при ма
лом содержании воды, что наблюдается
для верхней фазы экстракта при значи
тельном избытке экстрагента – изопропа
нола. На рис. 2 приведена зависимость
растворимости фруктозы
Р
от количества
воды в изопропаноле
С
в логарифмичес
ких координатах.
Простейшая математическая модель
предсказывает куполообразную зависи
мость выхода ГФС 55 от содержания до
Рис. 1. Эффективность экстракции
фруктозы ацетоном (1) и изопропа
нолом (2) из инвертных сиропов
60
50
40
30
20
10
0
2 4 6 8 10
В
, %
V
орг
/
V
B
Рис. 2. Растворимость фруктозы
в водном изопропаноле
0,0
–0,2
–0,4
–0,6
–0,8
–1,0
–1,2
–0,9 –0,7 –0,5 –0,3 –0,1
lg
P
lg
С
бавленного экстрагента в случае строго
линейной зависимости (в логарифмичес
ких координатах) растворимости углево
дов (глюкозы, фруктозы и эквимолярной
смеси глюкозы и фруктозы). Причем в
уравнении растворимости вида
Р
=а
С
b
показатель степени
b
должен быть близок
двум. Это так и есть
[
4
]
в диапазоне изме
нений –0,55<lg
C
<–0,20, когда графики рас
творимостей фруктозы и эквимолярной
смеси в водном изопропаноле практичес
ки совпадают. Поэтому при отношении
объемов органического экстрагента и
2
1
y
=1,8595
x
+0,2272
R
2
=0,9994
y
=1,2111
x
–0,1192
R
2
=0,9982
Электронная Науч ая СельскоХозяйственная Библиотека