ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ГЛЮКОЗЫ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Глюкоза является важнейшим продуктом пищевой и фармацевтической промышленности и относится к продуктам стратегического назначения. В настоящее время потребность здравоохранения и пищевой промышленности России в глюкозе обеспечивается по импорту. Цель статьи анализ особенностей и выбора технологии кристаллизации глюкозы для организации её отечественного производства. Для получения фармацевтической и пищевой глюкозы рекомендована трехпродуктовая схема с кристаллизацией двух продуктов в ангидридной форме. Для получения лекарственного препарата раствора «Декстроза 5 % + натрия хлорид 0,9 %» предлагается новая кристаллическая субстанция двойное соединение глюкозы с хлоридом натрия по химическому составу полностью идентичная лекарственному раствору.

Ключевые слова: глюкоза кристаллическая; виды; технологии получения.

Keywords: glucose crystal; species; of technology for.

Глюкоза является важнейшим продуктом пищевой и фармацевтической промышленности и относится к продуктам стратегического назначения. Потребность в ней 7 тыс т в год для медицинской и 50 тыс т в год для пищевой промышленности обеспечивается по импорту.

Разработка технологий получения кристаллической глюкозы проводится с целью организации её производства в России.

В фармацевтической промышленности [1,2] глюкоза используется для приготовления инъекционных и инфузионных растворов, таблеток, производства сорбита, аскорбиновой кислоты, ветеринарных препаратов. Жизненно необходимым является применение глюкозы в виде растворов при больших потерях крови, сердечной недостаточности, шоке и других тяжелых состояниях организма.

В пищевой промышленности глюкоза применяется в диетическом и лечебном питании, производстве кондитерских изделий, консервной промышленности, производстве напитков, мороженого, спортивном питании [3] .

Кристаллическую глюкозу вырабатывают из сиропов, полученных гидролизом крахмала с помощью кислоты или ферментов [4,5] .

Эффективность глюкозного производства зависит от оптимальных способов гидролиза крахмала и соответствующей им технологической схемы кристаллизации глюкозы [6]. Прогрессивные способы гидролиза крахмала кислотно-ферментативный и двойной ферментативный связаны с применением ферментов. Наиболее выгодный способ из них выбирают в зависимости от запланированной номенклатуры получаемых конечных продуктов. Двойной ферментативный гидролиз с применением ферментов на стадиях разжижения и осахаривания крахмала позволяет получать сиропы с высоким глюкозным эквивалентом (ГЭ) до 98 %, является более дорогостоящим и его применение оправданно в случае наиболее полного извлечения кристаллической глюкозы из сиропов, и получении нескольких видов продуктов. Для производства пищевой гидратной глюкозы и патоки более рентабельным является кислотно-ферментативный гидролиз крахмала, при котором сиропы имеют ГЭ в пределах 95 %.

В настоящее время в зависимости от температуры и условий кристаллизации в промышленном масштабе получают глюкозу:

1. глюкозу ангидридную в альфа-форме влажностью менее 1,0 %,

2. глюкозу ангидридную в бета-форме влажностью менее 1,0 %,

3. гидратную влажностью 9 %,

4. глюкозу в виде кристаллического двойного соединения с хлоридом натрия влажностью 4,5 %.

Повышению эффективности технологической схемы производства глюкозы из сиропов ферментативного гидролиза крахмала способствует активация кристаллизации глюкозы и возможность настраивания схемы таким образом, чтобы получать все перечисленные продукты одновременно или по отдельности в зависимости от их востребованности у потребителей.

Технология получения ангидридной α- глюкозы.

Ангидридная α- глюкоза кристаллизуется при температуре 55-75 0 С в изотермических [7] (при уваривании утфелей в вакуум-аппарате) и политермических [8,9] условиях (при снижении температуры утфеля в кристаллизаторе).

На рисунке 1 показана схема получения ангидридной глюкозы с кристаллизацией в вакуум-аппарате. Процесс уваривания при получении утфелей продолжается 6-7 ч, затем утфель с содержанием кристаллов 50-55 % центрифугируют. Цикл центрифугирования продолжается 5-6 мин. Сырую глюкозу с влажностью 2,5-3 % или в высушенном до 0,5 % виде используют для приготовления инъекционных растворов. В кристаллическом виде ангидридная глюкоза в России реализуется в небольших объемах. Из-за этого на потребительском рынке создается ошибочное представление о ней как о менее востребованной по сравнению с гидратной глюкозой.

На самом деле ангидридная глюкоза по технологии, качеству, применению является самым эффективным продуктом глюкозного производства, с высокой рентабельностью. Она кристаллизуется в 5-6 раз быстрее по сравнению с гидратной глюкозой, при высокой температуре (55-75 0 С), исключающей размножение микробов, имеет самую высокую чистоту, является практически стерильной и относится к фармакопейному стандарту.

Рисунок 1. Технологическая схема получения ангидридной глюкозы

Её как наиболее чистую используют, преимущественно, для приготовления инъекционных растворов, чаще, не высушивая, в виде сырых кристаллов, что более выгодно, и (при небольших дополнительных затратах) реализуют в виде растворов по цене в 15-20 раз дороже по сравнению с кристаллической формой. Большую прибыль получают крахмало-паточные предприятия, имеющие линии по выработке инфузионных растворов, и лечебные учреждения при получении инфузионных растворов в условиях экстемпорального производства.

2. Ангидридная β-глюкоза кристаллизуется при температуре 108-110 0 С, отличается от других видов глюкозы высокой растворимостью. При комнатной температуре при растворении в воде из нее в течение 60 минут образуется раствор высокой концентрации до 65 %. Ангидридная α–глюкоза альфа-глюкоза образует раствор концентрацией 44 %, а гидратная глюкоза – лишь 35 % (рисунок 2). За высокую растворимость β-глюкоза особенно ценится при изготовлении из неё фармацевтических растворов и при использовании в пищевой промышленности.

Глюкозосодержащий пересыщенный раствор для кристаллизации β - глюкозы при температуре 110 0 С имеет концентрацию около 92 %. Внесение затравочных кристаллов глюкозы в этот раствор [10] способствует образованию зародышей бета-глюкозы в течение часа, что сопровождается помутнением раствора. Наращивание кристаллов затем проводится при медленном понижении температуры до 85 0 С в течение 6-8 ч. При этом кристаллы вырастают до технических размеров 1,2-1,5 мм, а концентрация межкристального раствора понижается до 82-85%. Кристаллы в горячем состоянии легко отделяются и отмываются от маточного раствора. Затем высушиваются.

Рисунок 2. Растворимость глюкозы с течением времени (при температуре 20 0 С) ____ гидратная глюкоза; – – – ангидридная α–глюкоза; - - - ангидридная β–глюкоза.

Технология получения гидратной глюкозы

Гидратная глюкоза отличается от ангидридной формой кристаллов и включением в кристаллическую решетку одной молекулы кристаллизационной воды, что обеспечивает ей 9 % влажность. Гидратная глюкоза имеет одно преимущество перед ангидридной глюкозой - способность кристаллизоваться из растворов, содержащих примеси других углеводов. Однако при этом снижение глюкозного эквивалента растворов до 80 % сопровождается увеличением продолжительности кристаллизации и ухудшением качества глюкозы [11,12].

По другим показателям - технологии, качеству, затратам на производство и его аппаратурное оформление - глюкоза гидратная значительно уступает ангидридной глюкозе, что показано в Таблице, и имеет ряд существенных недостатков в сравнении с ней:

- низкая скорость кристаллизации, в 6-7 раз ниже по сравнению с ангидридной, удлиняет процесс кристаллизации до 2-4 суток и требует больших объемов кристаллизаторов;

- температурный режим кристаллизации в интервале 45 - 25 0 С является благоприятным для размножения микрофлоры, приводит к высокой микробной обсемененности глюкозы и ухудшению её качества, и принуждает к частой трудоёмкой санитарной обработке кристаллизаторов и снижению их производительности;

- несовершенный способ «заводки» кристаллов требует внесения полного количества затравочных кристаллов, что на 35-40 % увеличивает потребность в объемах кристаллизаторов;

- механически непрочные пластинки кристаллов гидратной глюкозы подвержены разрушению при высокой вязкости утфелей и сильному уплотнению при центрифугировании. Из-за чего ухудшаются условия отделения и промывки кристаллов от межкристального раствора, понижается качество и выход глюкозы.

Таблица.

Сравнительные технико-экономические показатели технологии ангидридной и гидратной глюкозы

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎