Курсовая работа: Производство бета-каротина
Состав этих сред приведен в таблице:
| Ингредиенты (на 1 л воды) | Морфологи-ческий агар | Азотная основа | Углеродная основа | Среда без витаминов |
| Источники углерода и азота, г | ||||
| Глюкоза | 10 | — | 10 | 10 |
| (NH4)2SO4 | 3.5 | 5 | — | 5 |
| Аспарагин | 1.5 | — | — | — |
| Макроэлементы, г | ||||
| КH2РO4 | 0.85 | 0.85 | 0.85 | 0.85 |
| К2НРО4 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 |
| MgSO4 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| NaCl | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| СаСl2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| Аминокислоты, мг | ||||
| L-Гистидин НСl | 10 | 10 | 1 | 10 |
| DL-Метионин | 20 | 20 | 2 | 20 |
| DL-Триптофан | 30 | 20 | 2 | 20 |
| Витамины. мкг | ||||
| Пантотенат кальция | 2000 | 2000 | 2000 | — |
| Фолиевая кислота | 2 | 2 | 2 | — |
| Инозит | 10000 | 10000 | 10000 | — |
| Никотиновая кислота | 400 | 400 | 400 | — |
| Парааминобензойная кислота | 200 | 200 | 200 | — |
| Пиридоксин НСl | 400 | 400 | 400 | — |
| Рибофлавин | 200 | 200 | 200 | — |
| Тиамин НСl | 400 | 400 | 400 | — |
| Биотин | 20 | 20 | 20 | — |
| Микроэлементы, мкг | ||||
| Н3РО3 | 500 | 500 | 500 | 500 |
| CuSO4 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| KJ | 100 | 100 | 100 | 100 |
| FeCl3 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| MnSO4 | 400 | 400 | 400 | 400 |
| Na2MoO4 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| ZnSO4 | 400 | 400 | 400 | 400 |
| Промытый агар, г | 18 | — | — | — |
| Количество сухой готовой среды фирмы «Difco» на 1 л, г | 35 | 6.7 | 11.7 | 16.7 |
ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО β-КАРОТИНА ИЗ
МОРКОВИ
Исходным сырьем для получения кристаллического β-каротина является морковь, содержащая среди каротиноидов 85—90% β-каротина. Наоборот, в тыкве содержание β-каротина составляет лишь 60—70%. Производство кристаллического каротина включает следующие стадии: 1) экстракция каротина из сухого коагулята белков органическим растворителем; 2) омыление концентрата; 3) экстракция каротина из омыленной массы и 4) кристаллизация каротина.
Экстракция каротина. Большинство исследователей сходятся на применении в качестве органического растворителя для экстракции р-каротина хлорированных углеводородов (в основном дихлорэтан). Существует мнение о целесообразности предварительной экстракции белкового коагулята спиртом для удаления стеринов, фосфатидов, свободных жирных кислот и других веществ. Однако дополнительная экстракция спиртом сильно осложнит технологию производства, поэтому необходимость этого процесса нуждается в технико-экономическом обосновании. Экстракцию осуществляют дихлорэтаном в экстракторах непрерывного действия (при крупном производстве) или в аппаратах типа Сокслета при небольших масштабах производства. Дихлорэтана в реактор загружают 400% к массе сухого коагулята. Экстракцию ведут в течение 1—1,5 ч. Содержание каротина в шроте не должно превышать 5% к введенному каротину с белковым коагулятом. Затем в испарителе 2 в присутствии СО2 отгоняют дихлорэтан (температура не должна быть выше 50° С).
Омыление концентрата. Омыление производят 10%-ным раствором едкого кали, которого добавляют около 10% к массе концентрата. Процесс проводят в реакторе 3 с обратным холодильником в течение 20 мин при 50° С. При омылении образуется осадок, содержащий до 80% каротина и жидкое мыло. Осадок отфильтровывают на нутч-фильтре 4 и промывают спиртом от мыла и красящих веществ.
Б. Савинов и А. Свищук указывают на образование нерасслаивающихся эмульсий при омылении липоидных экстрактов в хлорированных углеводородах. Это явление ими было успешно устранено совмещением стадии омыления со стадией экстракции.
Экстракция каротина из омыленной массы. Каротин экстрагируют дихлорэтаном в количестве, необходимом для растворения каротина при комнатной температуре, исходя из того, что в 100 мл дихлорэтана (ДХЭ) растворяется при температуре 25° С 1,16 г каротина.
Экстракцию ведут при комнатной температуре в реакционном аппарате 5, снабженном обратным холодильником и мешалкой. Затем массу фильтруют на нутч-фильтре 6, промывают осадок чистым ДХЭ. Экстракт с промывным ДХЭ сгущают в вакуум-перегонном аппарате 7 до получения пересыщенного раствора.
Первая кристаллизация. Пересыщенный раствор спускают в кристаллизатор 8, где в течение 8 ч идет процесс кристаллизации вначале при комнатной температуре, а затем через 4 ч при охлаждении, к концу процесса температуру доводят до 5° С.
Для увеличения выхода каротина на первой кристаллизации в пересыщенный раствор вводят этиловый спирт в отношении 1:2. Затем отфуговывают в центрифуге 9 выделившиеся кристаллы, промывают их спиртом и высушивают в вакуум-сушилке 10. Маточный раствор I поступает в сборник 11.
Вторая кристаллизация. Маточный раствор 1 перерабатывают совместно с промывными и мыльной массой. Для этого мыльную массу экстрагируют два раза ДХЭ в нутч-фильтре 4, а экстракт промывают водой в смесителе 12. Экстракт и маточник I направляют в сборник 13, откуда они поступают в вакуум-аппарат 14 для упаривания в концентрат П. Последний поступает в кристаллизатор 15, где кристаллизуется 24 ч. Фуговку производят при температуре 5° С в центрифуге 16. Кристаллы каротина II промывают спиртом и направляют на переработку совместно с экстрактом омыленной массы (до первой кристаллизации). Маточный раствор II поступает в сборник 17.
Третья кристаллизация. Маточный раствор II совместно с промывными второй кристаллизации упаривают в вакуум-аппарате 18, кристаллизуют 72 ч в кристаллизаторе 19, фугуют в центрифуге 20. Кристаллы промывают спиртом. Получают кристаллы каротина III, направляемые на переработку в маточный раствор I и в виде отхода маточный раствор II — в сборник
Нормы качества готовой продукции. Кристаллический каротин должен быть однородным, мелкокристаллическим сухим порошком без слежав19, фугуют в центрифуге 20. Кристаллы промывают спиртом. Получают кристаллы каротина III, направляемые на переработку в маточный раствор I и в виде отхода маточный раствор II — в сборник
Нормы качества готовой продукции. Кристаллический каротин должен быть однородным, мелкокристаллическим сухим порошком без слежав шихся комков лилово-красноватого цвета с металлическим блеском. Точка плавления каротина должна быть не ниже 160° С. Содержание β-каротина в кристаллах не менее 90%.
Вопросы усовершенствования технологии производства каротина из моркови. Интересные исследования в этой области были проведены Б. Савиновым и его учениками. Исходя из факта локализации каротина на хромопластах, им было предложено заменить процесс прессования мезги моркови процессом вымывания пластид из клеток интенсивным перемешиванием мезги с водой в суспензионном экстракторе. Им же был разработан метод получения масляных концентратов каротина из влажного белкового коагулята путем применения центробежного смесителя. Разработан метод получения каротина из моркови и тыквы методом термической коагуляции белков в клетке, изучены вопросы экстракции каротина в многочленной батарее. К сожалению, эти методы не нашли широкого применения в связи с развитием химического синтеза витаминов.
ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ β–КАРОТИНА
Метилгептенон (6-метилгептен-5-он-2). Получают его конденсацией диметилвинилкарбинола и ацетоуксусного эфира при температуре 160—165° С по следующей химической схеме:
В реактор 29 из нержавеющей стали, снабженный колонкой с дефлегматором и конденсатором, из мерника загружают вазелиновое масло (высококипящий разбавитель) и при температуре 210° С (в масле) загружают диметилвинилкарбинол и ацетоуксусный эфир так, чтобы температура реакционной массы была не ниже 160—165° С. Затем нагревание продолжают при температуре 160—180° С 3 ч до прекращения выделения газа (СО2 ). В сборник после конденсатора собирают отгон (спирт с примесью ацетона). Кубовый остаток разгоняют при остаточном давлении 5—6 мм рт. ст. в вакуум-перегонном аппарате 30. Готовый продукт поступает в приемник. Выход 60%.
Метилгептенон — бесцветная жидкость, температура кипения 52—53°С при остаточном давлении 5 мм рт. ст. C8 H14 О, молекулярная масса 126,19; п2 о = 1,4404; d20 =0,8616, хорошо перегоняется с водяным паром; Хтах = 243 нм (в спирте), lgs =2,54.
Дегидролиналоол (3,7-диметилоктаен-6-ин-1-ол-3). Дегидролиналоол синтезируют по следующей химической реакции:
В реактор из эмалированной стали 31, снабженный мешалкой, барботером для подвода ацетилена загружают толуол из мерника 32 и порошкообразное едкое кали, нагревают до 80° С и из баллона 33 пропускают ацетилен при перемешивании в течение 2 ч. После прекращения нагревания уменьшают ток ацетилена, охлаждают рассолом до —12—10° С и постепенно в течение 3 ч приливают метилгептенон из мерника 34. Затем добавляют воды и после перемешивания разделяют слои в делительной воронке 35. Толуольный раствор переводят в реактор 36, в котором нейтрализуют углекислотой. В перегонном аппарате 37 отгоняют толуол, а затем при остаточном давлении 12—14 мм рт. ст. собирают фракцию, кипящую при температуре 89—91С. Выход 76—80%.
Дегидроналоол — бесцветная жидкость, температура кипения 78—80°С при остаточном давлении 8 мм рт. ст.; Cl 0 H12O, молекулярная масса 152,23; плотность ==1,4632. Хорошо растворим в органических растворителях, плохо — в воде.
Псевдоионон. Псевдоионон получают из дегидролиналоола путем аци-лирования его, изомеризации ацетата, омыления его и конденсации с аце тоном в присутствии едкого натра. Синтез протекает по следующей схеме
В реактор из нержавеющей стали 38 загружают из мерника 39 дегидролиналоол, из мерника 40уксусный ангидрид и из мерника 41 каталитическое количество фосфорной кислоты, перемешивают (температура не выше 50° С) и выдерживают 14—15 ч при температуре 18° С. Затем вводят в реактор из баллона 42 азот, нагревают реакционную массу до 90° С и добавляют каталитическое количество карбоната серебра, продолжая перемешивание 1,5 ч при температуре 90° С. Далее реакционную массу охлаждают до 20° С и передают под давлением в реактор 43, в который из мерника 44 загружают 20%-ный водный раствор хлористого натрия. После перемешивания разделяют слои в делительной воронке 45. В ней же промывают верхний слой раствором хлористого натрия до нейтральной реакции. Затем верхний слой переводят в реактор 46 и вводят в него из мерника 47 ацетон и из мерника 48,8%-ный водный раствор едкого натра, нагревают до 40° С и перемешивают 2,5—3 ч. Реакционную массу при температуре 20° С нейтрализуют уксусной кислотой из мерника 49. В делительной воронке 50 разделяют слои: нижний слой поступает в сборник 51, откуда далее направляют на регенерацию. Верхний слой промывают в колонке 52 раствором хлористого натрия. Промытый слой (технический псевдоионон) передают в сборник 53 и далее в вакуум-перегонный аппарат 54, снабженный колонкой, дефлегматором и конденсатором. Перегонку ведут при остаточном давлении 6—7 мм рт. ст., отбирают фракцию, кипящую при 131—135°С в сборник 55. Выход 54—55%.