Спосіб інтенсифікації процесу екстрагування хонсуриду із застосуванням пооверхнево-активної речовини Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

УДК 664:661.12

Бшонога Ю. Л., доктор техшчних наук, професор,

Щж Б. Р., доктор техшчних наук, професор, Варивода Ю. Ю., кандидат техшчних наук, доцент Драчук У. Р., астрант ©. Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт

¡мет С.З, Гжицького

СПОС1Б ШТЕНСИФ1КАЦП ПРОЦЕСУ ЕКСТРАГУВАННЯ ХОНСУРИДУ 13 ЗАСТОСУВАННЯМ ПООВЕРХНЕВО-АКТИВНО1

РЕЧОВИНИ

Ключовi слова: хонсурид, екстрагуеання, базоеий екстрагент, коеф1ц1ент поеерхнееого натягу, коеф1ц1ент динамгчног е 'язкост1, поеерхнеео-актиена речоеина.

Вступ. 1нтенсивний розвиток галузей промисловост ставить завдання штенсиф^вати технолопчш процеси iз застосуванням енергозберiгаючих технологiй, що збiльшить рентабельнiсть виробництва.

Сучасний споживач все бшьше звертае увагу на природшсть i натуральнiсть продуктiв харчово!, легко!, фармацевтично! промисловостей. Технологiчнi процеси виготовлення багатьох видiв харчово! i фармацевтично! промисловостей пов'язанi з переробкою сировини тваринного походження. Вона мае капшярно-пористу структуру, що сформована кл^инами рiзно!' будови. У вакуолях цих кл^ин мiститься цiльовий компонент [1]. Актуальним залишаеться питання виробництва фармацевтичних препараив, а саме органопрепаратiв. Вторинна сировина м'ясокомбшаив спрямована на виробництво органопрепараив. Основною ланкою технологi! виробництва органопрепараив е процес екстрагування вщповщно! субстанцi! сировинного продукту.

Хонсурид - хiмiчна назва хондроiтинсульфат, цiнний фармацевтичний препарат. Технолопчний процес виробництва його е довготривалим i трудомiстким. Безпосереднiй процес екстрагування хонсуриду 12 - 15 год., при неперервному помiшуваннi, до того ж вш е повторним.

Технолопчний процес виробництва хонсуриду передбачае багато гщромехашчних, мехашчних, дифузiйних процеЫв i подiляеться на такi основш етапи.

1. Обробка сировини. Попередне очищення хрящiв, заморожування i подрiбнення через реш^ку, дiаметр отворiв яко! 1-2мм.

2. Екстрагування. Подрiбнений хрящ екстрагують 1%-ним вуглекислим калiем в 25%-ному розчинi хлористого калiю з розрахунку - одна частина фаршу i чотири частини вказаного екстрагенту. Екстрагування

© Бшонога Ю. Л., Цж Б. Р., Варивода Ю. Ю., Драчук У. Р., 2008

14

проводять в емальованому екстракторi з мехашчною мшалкою протягом 12-15 год. (рН 10).

Вщстояний екстракт фшьтрують через чотири шари марль Залишок екстрагують повторно, аналопчно до першо! екстракци.

3. Звшьнення вiд баластних речовин.

4. Дiалiз.

5. Звiльнення дiалiзату вiд баластних речовин.

6. Випарювання.

7. Осадження хондро^инсульфату (хонсуриду).

8. Розчинення хондро^инсульфату i стерилiзуюча фiльтрацiя.

9. Стерильне розливання та сушiння.[2]

Матер1али 1 методики дослщжень. У рiзних галузях харчово! та фармацевтично! промисловостей екстрагентом е вода, спирт, сольовi розчини, дихлоретан та iн. Щоб одержати чист цiльовi компоненти, сировиннi субстанци, що добутi за допомогою рiзних екстрагентiв, !х пiддають додатковому очищенню вiд домiшок, iнколи згущують[1]. На сьогодш широке застосування мають базовi екстрагенти з додаванням в мшмальних масових частках поверхнево-активних речовин (ПАР).

Застосування ПАР у базовому розчиш при екстрагуванш хонсуриду може суттево зменшити енерговитрати, а також штенсиф^вати процес, що зробить його рентабельшшим.

Проведенi нами аналiз базового розчину екстрагента i фiзико-хiмiчних властивостей його дають пiдстави вважати ПАР-ою до базового екстрагенту може бути спирт. З його застосуванням зменшиться коефщент поверхневого натягу о i коефщент динамiчноl в'язкостi р. При зменшенш цих параметрiв процес екстрагування покращуеться. В базовий екстрагент для зменшення коефiцiентiв о i р доцшьно додати бутанолу (CH3- CH2- СН2- CH2- OH). Цей спирт з 4-ох вуглецевим ланцюгом. Згiдно правила Траубе- Дюкло поверхневий натяг зменшуеться тим бшьше, чим довший вуглецевий ланцюг спирту, тобто iз збшьшенням молекулярно! маси, поверхнева активнiсть пщвищуеться. По мiрi збiльшення величини (довжини), вуглецевих ланцюпв спиртiв, !х розчиншсть буде знижуватися, проте адсорбнiсть не буде значно змшюватися, так як покриття поверхш в основi визначаеться групою - ОН-, яка i розчиняеться в поверхневому шарi, в нашому випадку - в базовому розчиш. Вщповщний вiдсоток вмiсту бутанолу до екстрагуючо! сумiшi нами був встановлений експериментально. В сольовий розчин 1%-ного вуглекислого калiю i 25%-ного хлористого калiю додавали рiзнi масовi концентрацп бутанолу: 0,03мл, 0,04мл, 0,05мл, 0,06мл, 0,07мл. Крапельним методом було визначено масу 1 краплi кожного зразку розчину. Коефщент поверхневого натягу розраховано за формулою:

о = р/2пг,

де Р- маса краплi, кг

г- радiус пiпетки, м

15

Результaти дослщжень Дaнi екcпеpиментaльниx pезyльтaтiв i pезyльтaтiв обчислення подaно в тaблицi

Таблиця

_3viiHa коеф1ц1ент1в с Ta ц з р1зними eKCTpareHTaMH_

№ Сумш 10гр Maca 10Rpan., Maca 1кpaплi гP. g Н/м Густита кг/м3 В'язшсть Пa с

1 Бaзовий екcтpaгент 0,302 0,03002г 0,0874 1181 0,00122

2 Бaзовий екcтpaгент + 0,03мл бyтaнолy 0,32В 0,032В 0,0949

3 Бaзовий екcтpaгент + 0,04мл бyтaнолy 0,384 0,0384 0,111

4 Бaзовий екcтpaгент + 0,05мл бyтaнолy 0,194 0,0194 0,05б1 11б5 0,00107

5 Бaзовий екcтpaгент + 0,0бмл бyтaнолy 0,292 0,0292 0,0845

Розглянувши тaблицю бaчимо, що мiнiмyм коефiцieнтa повеpxневого нaтягy мaeмо пpи додaвaннi до 10мл. бaзового pозчинy 0,05мл. бyтaнолy, тому можнa ввaжaти тaкy мacовy концентpaцiю оптимaльною для викоpиcтaння в екcтpaгyючiй cyмiшi, a бyтaнол повеpxнево-aктивним до сольового pозчинy екcтpaгентa (бaзового пpомиcлового pозчинy).

В бaзовомy pозчинi i pозчинi з ПАР оптимaльноï мacовоï концентpaцiï було визтачено коефiцieнт динaмiчноï в'язкоcтi зa допомогою кaпiляpного вiзкозиметpa (пpилaд Apенiyca). Коефщент динaмiчноï в'язкоcтi виpaxyвaли зa фоpмyлою: p = (npgd4T / 128V l) • ( l + h /2), де l - довжита кaпiляpa, м, h - виcотa потовщено1' чacтини, м, V - об'ем потовщенох' чacтини, м3, p бaз. p - 0,00122 Ш с, p бaз. p + 0,05мл бyтaнолy - 0,00107 Ш с.

Знaчення коефiцieнтa динaмiчноï в'язкоcтi бaзового pозчинy i з ПАР ще paз пiдтвеpджye, що оптимaльнa мacовa концентpaцiя бyтaнолy - 0,05, тому коефщент динaмiчноï в'язкост цieï cyмiшi менший нiж в бaзового екcтpaгентa.

Отже, поpiвнявши зтачення коефiцieнтa повеpxневого нaтягy i коефiцieнтa динaмiчноï в'язкоcтi в бaзовомy pозчинi i зaпpопоновaномy мaeмо:

0,00122/ 0,00107 ~ 1,1 paзa кpaщi екcтpaгyючi влacтивоcтi по коефiцieнтy динaмiчноï в'язкост p, 0,0874/ 0,05б1 « 1,55 paзи кpaщi екcтpaгyючi влacтивоcтi по коефщенту повеpxневого нaтягy g.

Вщомо, що виpобництво оpгaнопpепapaтiв, зокpемa ^оцес екcтpaгyвaння xонcypидy пpоxодить з викоpиcтaнням pyxомоï aпapaтypи, вaжливa xapaктеpиcтикa в тaкиx пpоцеcax е знaчення товщини лaмiнapного

1б

шару, який виникае при pyci подрiбнених частинок у рщкому середовищi екстрагента турболентно [4]. Зрозумшо, що при меншiй товщиш ламiнарного шару навколо подрiбнено! частинки сировини екстрагування буде значно кращим. Важливе значення при розрахунку величини ламшарного шару мають параметри коефщентсв о та р, а також густина.

Розглянемо фiзичнi властивостi екстрагента базового розчину i запропонованого нами розчину.

Густина сировини (хрящiв, трахе! i носа) рт = 1320 кг/м3. Густина екстрагента ре = 1181 кг/м3. Гщрофшьшсть хрящiв трахе! та носа ВРХ, cos 0 = 0,66. Для юнцевого розрахунку товщини ламшарного шару потрiбнi також параметри апарату для екстрагування. Вони е такими: W = 13 - об'ем апарату, n = 30 об/ хв. - частота обертання мшалки, D1 = 1,2м - дiаметр днища екстрактора, D = 0,3 D1 - дiаметр мшалки [5].

Проведемо розрахунки з базовим екстрагентом:

1. Визначимо критерш Архiмеда за формулою:

Ar = q • d3 • (рт -ре) • ре / р2 = 9,8 • 0,000000001 • (1320- 1181) • 1181 / (0,00122)2=

1081

2. Фактор роздшьно! здатностi апарату при виробництвi хонсуриду -

Кц = Ю2 D/ 2 • q = 32 • 0,4/ 2^ 9,8= 0,1836

3. Такий процес проходить при постшному перемiшуваннi, тому визначаемо

модифжований критерiй Архiмеда.

Arm = Ar Кц = 1081 • 0,1836 = 198

4. Коефщент турбулiзацi! ламшарно! плiвки:

Кт(п) = 0,152-(¥ Arm)0,715 / 2 = 0,152^ (0,77 198)0,715 / 2 = 2,77

5. Товщина ламiнарно! плiвки: 5 = V9,42 о cos0/ q (рт -ре) / Кт(п) = V9,42 • 0, 0874 0,66/ 9,8 • (1320 -1181) / 2,77= 7,2 мм

Розглянемо екстрагування хонсуриду при використанш запропонованого

нами розчину екстрагента.

1. Ar = q • d3 • (рт -ре) • ре / р2 = 9,8 • 0,000000001 • (1320- 1165) • 1165 / (0,00107)2 = 1545

2. Фактор роздшьно! здатност Кц = ю2 D/ 2 • q = 32 • 0,4/ 2- 9,8= 0,1836

3. Модифшований критерш Aрхiмеда Arm = Ar • Кц = 1545 • 0,1836 = 284

4. Коефщент турбулiзацi! ламшарно! плiвки:

Кт(п) = 0,152(Y • Arm)0,715 / 2 = 0,152^ (0,77 284)0,715 / 2 = 3,57

5. Товщина ламшарно! плiвки:

5 = V9,42 •о cos0/ q (рт -ре) / Кт(п) = V9,42 • 0,0561 0,66/ 9,8 • (1320 -1165) /

2,77= 4,2мм.

Висновок. Порiвнявши величини товщин ламiнарних плiвок з базовим екстрагентом i запропонованим нами маемо 7,2 / 4,2 = 1,7 раза кращi екстрагуючи властивоси.

17

Врахувавши вс фiзичнi властивост екстрагента i сировини, можна оптимiзувати параметри подрiбнення сировини, що буде предметом подальших дослiджень.

Отже, запропонований нами екстрагент, а саме сольовий розчин вуглекислого калш i хлориду калш з бутанолом (у сшввщношенш 1л сольового розчину: 5мл 86%-ного бутанолу) може бути використаний для штенсифшаци процесу екстрагування хонсуриду i пiдвищення рентабельностi цього процесу.

Л1тература

1. Малежик 1.Ф., Циганков П. С. Процеси i апарати харчових виробництв. -К: НУХТ. - 2003 - 298с.

2. Гуров В.А., Иноземцева М.А., Земиховский А.В. Справачник по производству органопрепаратов. - М: Пишевая промышленность. -1970. - 147-148с.

3. Липатов С.М. Физико - химия коллоидов. - М: Государственное научно - техническое издательство химической литератури. - 1948. - 99 -104с.

4. Бшонога Ю.Л., Бшонога Д.М. Критери оптимiзацil грав^ацшного процесу екстрагування в системi тверде тшо - рiдина, або рiдина -рщина.// Вiсник НУ „Львiвська пол^ехшка" - 2003 - №408 - С.- 3 - 4

5. Кавецький Г. Д., Королев А. В., Процессы и аппараты пищевых производств. - М: Агропромиздат. - 1991. - 432с.

Стаття надшшла до редакцИ 4.03.2008

18