Закономерности анионообменной обработки растворов лактозы

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 1999

19

637.345.03

ЗАКОНОМЕРНОСТИ АНИОНООБМЕННОЙ ОБРАБОТКИ РАСТВОРОВ ЛАКТОЗЫ

у,-

А.Г. ХРАМЦОВ, С.А. РЯБЦЕВА, Л.И. ЕВДОКИМОВА, :.В. РЕЗВАНОВА, О.В. МЕЛИХОВА, Е.В. ЦИБРИЙ, С.В. РОГОВА

Ставропольский государственный \

технический университет *: "

В настоящее время актуальна проблема создания функциональных продуктов детского и диетического питания, обладающих бифидогенными свойствами. Она может быть решена с помощью лактулозы — углевода, способного восстанавливать и поддерживать нормальный уровень бифи-дофлоры в кишечнике человека.

В известных способах производства лактулозы используют щелочные реагенты — катализаторы, необходимые для ее изомеризации. Для последующей деминерализации нужны энергетические и материальные затраты, значительно повышающие себестоимость готового продукта. Принципиально новыми и перспективными являются разработки, направленные на создание безреагентных способов получения лактулозы, в которых для изомеризации используется внутренний потенциал системы ’’раствор молочного сахара”. Один из таких способов основан на применении свойств электроакти-вированных растворов [1].

В основе нашей работы лежит гипотеза о возможности совместного проведения процессов изомеризации и деминерализации при анионообменной обработке растворов молочного сахара. С научной точки _зрения правомерно предположить, что ионы ОН , переходящие в раствор при анио-нообмене, при определенных условиях могут играть роль акцепторов протонов, необходимых для внутримолекулярной трансформации молекулы лактозы. Предварительные исследования, выполненные с использованием газожидкостной хроматографии, подтвердили выдвинутую гипотезу.

Для экспериментального изучения закономерностей процесса анионообмена использовали 10%-е растворы молочного сахара-сырца высшего сорта после удаления белкового осадка. В отобранных образцах контролировали активную кислотность, массовую долю сухих веществ СВ и концентрацию лактулозы СЛЛ, которую определяли двумя независимыми методами — поляриметрическим по методике [2] и спектрофотометрическим [3]. Некоторые образцы были проанализированы методом газожидкостной хроматографии по прописи ММФ [4]. Смолы готовили по обычной методике: после набухания обрабатывали раствором Ь’аОН и отмывали дистиллированной водой до нейтральных значений pH.

На первом этапе процесс анионообмена проводился в статике. При этом были использованы следующие смолы, разрешенные в пищевой промышленности: АН-22, АВ-17-8чс, ЭДЭ-10П, АМ, АтЬегП! ЩА-400. После подготовки ионитов к работе их вносили в нагретые до 60°С растворы молочного сахара в соотношении 1:5, затем смесь выдерживали при этой температуре, периодически перемешивая, в течение нескольких часов. Анализ отобранных через определенные промежутки вре-

мени проб позволил выявить общие для всех смол закономерности, которые показаны на рис. 1 на примере ЭДЭ-10П.

На первой стадии процесса у различных смол наблюдается рост значений pH до максимального уровня (рис. 2). Самое высокое значение pH 9,7 определено в растворах с ЭДЭ-10П через 30 мин термостатирования. В дальнейшем количество ОН'-ионов в растворах постепенно снижается.

Уменьшение массовой доли СВ также отмечено на первой стадии процесса и может быть обусловлено как деминерализацией, так и сорбцией остаточных белковых частиц. Пик накопления лактулозы обнаружен через 1,5-2 ч термостатирования и не совпадает по времени с точкой максимума pH, При этом степень изомеризации значительно различалась для разных смол — от 2-4% (т.е. в пределах ошибки измерения) в растворах с АН-22 до 17-18% с ЭДЭ-10П. Полученные данные свидетельствуют:

между эффективностью анионообмена и изомеризацией лактозы в лактулозу существует взаимосвязь;

механизм процесса — сложный и многоступенчатый, сопровождается образованием побочных продуктов реакции изомеризации, сходен по закономерностям с реакцией трансформации лактозы в присутствии слабощелочных реагентов — сульфитов, фосфитов и т.д.;

использование низкоосновных анионитов для целей изомеризации бесперспективно.

При проведении исследований отмечена также нестабильность процесса, что в реальных условиях производства требует точного контроля за подготовкой смол, раствора, режимами термостатирования.

На втором этапе исследование процесса анионообмена проводили в динамике на лабораторной ионообменной установке, позволяющей поддерживать определенный температурный режим с колебаниями в 3-5°С при постоянной скорости филь-

60 90

Время, МИН

“СЛЛ» % -л-св, % Рис. 1

20

Рис. 2

трации. Пропускали 10%-е растворы молочного сахара через термостатированные колонки с ионитами в ОН~-форме объемом 10 мл. Результаты экспериментов для ЭДЭ-10П показаны на рис. 3 и 4.

Анализ графиков на рис. 3 показывает, что эффективность ионообмена повышается с ростом температуры и достигает максимальных значений pH 10,5 при 50°С. Это говорит о высокой интенсивности деминерализации раствора и о создании благоприятных условий для реакции изомеризации.

Аналогичные результаты (pH 10,8 при 50°С) получены для смолы АВ-17. Значительно меньшую сорбционную способность проявляет АтЬегШ ША-400. При температуре 60°С на начальном этапе фильтрования реализуется большая часть его функциональных групп, при этом величина pH достигает лишь 8,5. Поскольку сорбцию проводили в одних и тех же условиях, можно предположить, что результаты ионообмена существенно зависят от строения функциональных групп сорбентов. Однако во всех случаях при температуре выше 60°С наблюдалось уменьшение емкости ионитов,

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 2-3, 1999

Объем, мл • 20*0 т 60* с —о—90* С

Рис. 4

связанное, по-видимому, с пределом термостойкости, а при 90°С — также с нарушением условий фильтрации из-за образования газообразных продуктов.

Еще более существенное значение имеет температура для процесса изомеризации (рис. 4). При температуре ЖС на ЭДЭ-10П в лактулозу трансформируется до 8% лактозы, при 50°С — 13%, а при повышении температуры до 90°С степень изомеризации существенно снижается. Из других исследованных в динамике смол хорошие результаты получены на смоле АВ-17-8чс — до 20% лактулозы (от 100% исходной лактозы) при 50°С.

выводы '•

1. Степень изомеризации лактозы в лактулозу при анионообменной обработке растворов молочного сахара несколько ниже, чем при использовании щелочных реагентов-катализаторов, однако преимущества способа — безреагентность, одновременное проведение процессов изомеризации и деминерализации, исключение специальных операций удаления реагентов — позволяют считать его перспективным.

2. Процесс изомеризации на анионитах может быть проведен как в статических (оптимум — ЭДЭ-10П, температура 60°С, время 1,5 ч, отношение смолы к раствору 1:5), так и в динамических (оптимум — AB-17-бчс, температура 50°С, отношение смолы к фильтрату 1:5) условиях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Применение электроактивированных растворов для получения лактулозы / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1997. — № 6. — С. 25-27."

2. Инихов Г.С., Врио Н.П. Методы анализа молока и молочных продуктов. — М.: Пищевая пром-сть, 1971. — С. 222-224.

3. Маргелите Ю., Качераускене Г. Спектрофотометрический метод определения массовой доли лактулозы в сиропе лакто-лактулозы / / Методический сб. (Литовский филиал ВНИИМС). — М.: АгроНИИТЭИММП, 1988. — С. 61-64.

4. Lechner Е. Lactulose determination other method^for distinguishing; heat treatment of milk / / IDF, Annual Sessions in Copenhagen, Sept. 1989. — E-Doc. 401. — 13 p.

Кафедра технологии молока и молочных продуктов

Поступила 09.12.08

АН АВ AM Amber»! ЭДЭ

Объем, мл -20°С —О— 50* С -А—90* С

Рис. 3

КВ

1

T..V

J-'iiC-

TOf.ll

[

PJdt

ЛИ,

HiU

7г.,

taiii

i

-pci F3 ,] .12.

I

C'-.F; ... -j

ЭПС]

SI,

ФМ1

,Юн

рг™

игр;;

Cr-S

By*

pifj

nuu

L

нь.р

j+lHI

m

o/n Hi: -I

uli:t

И

МВД

.ПГ:Г;з

КНР

Йагл

ТЙЧЧ

П с юг р= = п p^iJ fCfT

флк

P.-: Fi :lT

Frtri

ж]

эа.чр

"гГ*.

j(th-

М;

xpaJ

6 H

H F