Спосіб отримання жирового субстрату

Спосіб отримання жирового субстрату шляхом ферментативного розщеплення жирів у присутності води та активатора, при температурі, що забезпечує життєздатність ферменту, який відрізняється тим, що як фермент використовують ліполактин, як активатор - адсорбційно-активну присадку Винахід відноситься до біотехнолопчного способу отримання жирового субстрату, який може бути використаний у різних процесах нафтохімічного синтезу, зокрема, у виробництві мастил, що змащувально-охолоджуючих рідин, жируючих препаратів та інше Відомий реактивний спосіб гідролізу жиру, що здійснюється у присутності суміші сірчаної та сульфокислот при температурі біля 100°С, а також безреактивний, що реалізується при температурі 200 225°С і тиску 2,0 - 2,5МПа ("Химия жиров", изд "Колос", М 1992 г, стр 225-229) Ці способи забезпечують досить високу якість жирних кислот та гліцерину Проте, використання їх замість технічних жирів у ряді виробництв нафтохімічного синтезу економічно не виправдане і не раціональне, оскільки початкова стадія зазначених вище процесів передбачає обов'язкову рафінацію жиру, при якій частина його губиться, як і супутні жирам технічно використовують у заводській практиці, у тому числі і на ВАТ "АЗМОЛ" (м Бердянськ), де виділені кислоти, як технічний продукт, використовують у багатотоннажному виробництві, наприклад, мастил, змащувально-охолоджувальних рідин, жируючих препаратів та в інших нафтохімічних синтезах У якості нового різновиду промислової сировини знайшов застосування у гірничорудній промисловості, а також для переробки із метою отримання мастил, фосфатидів та біологічно активних речовин, жир мікробний технічний (ТУ 59 03 045 8685), що є побічним продуктом біосинтезу кормових дріжджів із вуглеводнів У промисловості мікробний жир отримують екстракцією попередньо підготовленої біомаси мікроорганізмів бензином У залежності від штаму мікроорганізмів, джерела вуглеводневого живлення, умов культивування склад мікробних жирів коливається у деяких межах та характеризується наступними фізико-хімічними показниками кислотне число, мг КОН/г, не 50 більш ЦІННІ продукти Відомий метод виділення жирних кислот шляхом лужного обробітку жиру із наступним розкладанням мила сірчаною або соляною кислотою (Тютюнников Б Н , Науменко П В "Технология переробки жиров", изд "Пищевая промышленность", М 1970 г) Незважаючи на громіздкість апаратурного оформлення, енерго- та трудомісткість процесу, втрати неутилізованого гліцерину, наявність великої КІЛЬКОСТІ забруднених стічних вод, а, отже, екологічну проблематичність, цей спосіб і в даний час "Амірол-М", узяті ВІДПОВІДНО 4-6% мас та 5-9% мас , а процес здійснюють при початковій температурі 15-17°С із наступним екзотермічним підійманням та подальшим підтримуванням и на рівні 3437°С при рН середовища 5,8-6,3 ВІДСТІЙ по масі, %, не більш 8 число омилювання, мг КОН/г, 130 не менше температура застигання, °С, 5 не вище вміст неомилюємих речовин, 45 %, не більш Стримуючим фактором більш широкого вико 00 ю ю 44558 ристання мікробного жиру є значний вміст неомиШляхом постановки спеціальних експерименлюваних речовин і речовин різної хімічної природи тів була визначена оптимальна КІЛЬКІСТЬ ВОДИ, степід загальною назвою "ВІДСТІЙ ПО масі" хіометрично необхідна для виконання функції донору ІОНІВ водню Допоміжним донором ІОНІВ ВОДУ технічній лггературі зазначається перспектиНЮ є присадка Амірол-М, що містить у своєму вність ферментативного розщеплення ряду продускладі ряд сполук, при дисоціації яких в умовах ктів, у тому числі і жирів (К Д Неницеску "Органиможливого впливу ферменту можна спрогнозувати ческая химия", изд иностранной литературы, М наявність значної КІЛЬКОСТІ ІОНІВ ВОДНЮ 1963 г, П Каррер "Курс органической химии", Тосхимиздат", Л 1960 г, Б Н Тютюнников, Ф Ф ГладСпосіб отримання жирового субстрату вклюкий, "Химия жиров", изд "Колос", М 1992 г) чає стадію розщеплення жиру, відстоювання продуктів реакції, їх наступне розділення та викорисНайбільше близьким технічним рішенням до тання за цільовим призначенням Одним із визнапередбачуваного винаходу є спосіб ферментативчальних факторів ефективності процесу ферменного розщеплення жирів, що здійснюється у присутативної деструкції жиру, поряд із складом реактності ЗО - 35%мас води, при температурі 25 ційної суміші і співвідношенням компонентів, є те35°С, із використанням 5 - 10% ферменту ліпази, мпературний режим, що відображено у наведених виділеної із рицини нижче прикладах Запропонований спосіб отриАктиватором процесу ферментативного розмання жирового субстрату полягає у наступному щеплення служить оцтова кислота (0,06 - 0,1%) та/або сульфат марганцю (0,15 - 0,2%) Тривалість Приклад 1 розщеплення жиру до 80% складає 24 години і До реактору, спорядженому пристроєм, що пебільш ремішує, та сорочкою для підігріву або охолодження реакційної маси, подають (у розрахунку на До недоліків цього способу слід віднести його Ітонну маси продуктів) 370кг води (конденсат), тривалість, недостатню глибину розщеплення, 500кг жиру, 80кг адсорбційно-активної присадки труднощі, пов'язані із переробкою проміжного про"Амірол-М" та перемішують при температурі 15 шарку, який утримує значну КІЛЬКІСТЬ важко виділя17°С протягом 20 - ЗОхвилин Потім додають 50кг ємих із нього жирних кислот та гліцерину, (Н И Коліполактину та підсилюють перемішування, вмиказин "Химия и товароведение пищевых жиров", Тоючи систему циркуляції Температура 15 - 17°С є стопиздат", М 1958 г, стр 102) достатньою для початку процесу ферментативноВ основу виноходу поставлено завдання удого розщеплення жиру, який у наступному протікає сконалення способу ферментативного розщепленв екзотермічному режимові У наступні 1,5-2 годиня жирів шляхом використання у якості ферменту ни температура суміші досягає 34 - 37°С та зберіліполактину (4 - 6%мас), як активатору - адсорбгається на протязі 5 - 7 годин активної фази деційно-активної присадки "Амірол - М" (5 - 9%мас), струкції жиру, глибина якої складає 65 - 70% Напри здійсненні процесу в інтервалі початкових темдалі активність процесу розщеплення жиру декільператур 15 - 17°С із наступним екзотермічним підіка слабшає і для забезпечення його глибини 82 йманням та подальшим підтримуванням її на рівні 85% оптимальну температуру підтримують шля34 - 37°С при рН середовища 5,8 - 6,3, що дозвохом нагрівання ще протягом 2 - 3 годин Згідно із ляє забезпечити отримування нової, більш дешепропонованим способом процесозщеплення жиру вої омилюваної сировини - жирового субстрату, на цій стадії вважають закінченим, але, у залежнопризначеного для використання у нафтохімічному сті від призначення жирового субстрату, глибина синтезові, економічно вигідним, технологічно просрозщеплення жиру може коливатися від 45 до тим та екологічно безпечним способом переробки 90% Після закінченні ферментативного розщепнатуральних жирів лення жиру температуру у реакторі підіймають до У залежності від призначення жирового суб80 - 85°С Під ВПЛИВОМ ЦІЄЇ температури білки зсістрату ферментативному розщепленню можуть даються, фермент руйнується Потім перемішубути піддані як низькоплавкі жири, так і суміші їх із вання припиняють та продукт відстоюють протявисокоплавкими жирами за умови, щоб температугом 1,5-2 години, після чого окремо зливають нира плавлення жирової суміші не перевищувала тежній водяно-гліцериновий прошарок, проміжний та мпературного оптимуму для ДІЯЛЬНОСТІ ферменту жировий субстрат На цьому процес ферментативЛіполактин - ТУ оп 42-5800665-3-92 - ферментного розщеплення жиру вважають закінченим Заний препарат, що отримують при поглибленому гальна тривалість процесу отримання жирового культивуванні грибної культури Oospora lactis шт субстрату складає 1 0 - 1 4 годин, причому власне узЛМ-2 Ліполактин широко використовують для деструкція жиру здійснюється за 8,5 -12 годин знежирювання шкіряної сировини та здійснення ряду бютехнолопчних процесів Даний спосіб дозволяє, при декілька змінених Амфол-М - адсорбційно-активна присадка умовах, досягти повної деструкції жиру, але одним пат України №20862, ТУ 38 301-48-49-97 Викориіз завдань передбачуваного винаходу є отриманстовують як додаток до мила (заявка № ня, при сприятливих техніко-економічних показни95111792/13/020306 від 07 07 95 р), рішення про ках, такого продукту, який може бути більш раціовидачу патенту РФ від 04 02 97 р , самостійно винально використаний у великопромисловому маскористовують як концентрат водозмішуваних змаштабі із великим ефектом щувально-охолоджувальних рідин у процесах меПриклад 2 талообробки, як присадку до мастил та олив, як Аналогічно прикладу 1, до реактору завантакомпонент способу для очищення металевої повежують ті ж сировинні компоненти, у такому ж співрхні (заявка № 2000063496 від 15 06 00 р ), рішенвідношенні, здійснюють інтенсивне перемішування ня про видачу патенту України від 22 01 01 р маси при початковій температурі процесу 10 44558 11 °С Розщеплення жирів у такому режимі протікає мляво Екзотермічно температура протягом 1,5-2 годин підвищується на 5 - 7°С та далі інтенсивність реакції практично не зростає Підтримування температури в межах 34 - 37°С шляхом нагрівання суміші декілька активізує процес розщеплення жиру Але за 14 годин деструкція останнього складає ЗО - 35% Приклад З Не змінюючи складу і співвідношення компонентів, узятих для здійснення ферментативного розщеплення жиру ВІДПОВІДНО до прикладу 1, при тій же інтенсивності перемішування, реакційну суміш нагрівають до 25°С, уводять ліполактин і обігрів припиняють Температурне активування процесу супроводжується бурхливим плином реакції розщеплення жиру, різким, некерованим підвищенням температури вище 40°С, що утримується на цьому рівні протягом 1-1,5 години, і на стільки ж різким и падінням Наступне штучне підгримування температурного режиму на рівні 34 - 37°С практично не дає позитивних результатів За 14 годин процесу жир розщеплюється на 37 - 42% йманням та наступним підтримуванням її на рівні 34 - 37°С Запропонований спосіб дозволяє ВДВІЧІ скоротити час деструкції жиру у порівнянні з прототипом та отримати кінцеві продукти, подальша переробка яких не викликає утруднень Ефективність способу розщеплення жирів, склад та властивості кінцевого продукту, крім технологічних чинників, значною мірою залежать від обраного ферменту та активатору (так званого коферменту) із урахуванням їхньої оптимальної концентрації Визначальним фактором у використанні ліполактину в якості ферменту при розщеплюванні жирів, стала його специфічність, що виявилась у вибірковому впливові на жири при знежирюванні шкіри Комплекс специфічних властивостей адсорбційно-активної присадки "Амірол-М" послужив підставою для застосування и у поєднанні з лполактином в якості активатору процесу розщеплення жирів Шляхом ставлення ряду експериментів (таблиця 1), в яких залишалися незмінними технологічні параметри процесу, описані у прикладі 1, були визначені граничні концентрації ферменту та активатору, що забезпечували оптимальні умови перебігу процесу розщеплення жирів, а також склад та властивості кінцевих продуктів Таким чином, при реалізації запропонованого способу отримання жирового субстрату шляхом розщеплення жиру з використанням ферменту ліполактину, оптимальною є температура початку процесу 15 - 17°С із наступним екзотермічним піді Таблиця 1 Приклади зразків реакційної суміші Компоненти реакційної суміши Жир Вода Фермент "Ліполактин" В результаті експериментальної перевірки було установлено, що тривалість розщеплення жиру в перших чотирьох зразках мало відрізняється та складає в середньому 1 2 - 1 4 годин, а у п'ятому зразку процес загасає, не досягнувши оптимальної температури для перебігу реакції При концентрації ферменту 4 - 5 - 6%мас (зразки 2 - 3 - 4) у присутності ВІДПОВІДНО 9 - 8 - 7%мас присадки "Амірол-М" расщепление жиру відбувається у екзотермічному режимі та необхідність у підігріванні продукту настає після деструкції його на 65 - 70% У п'ятому зразку, навіть при постійному підтримуванні температури в реакторі 34 - 37°С шляхом підігрівання, не вдається досягти деструкції жиру, що має практичний інтерес У першому зразку расщепление жиру протікає у початковій стадії досить активно та супроводжується, в низці випадків, підйомом температури вище оптимальної межі, у зв'язку з чим, для запобігання критичної позначки, виникає необхідність у охолодженні реакційної суміші Проте, із зниженням температури до оптимальної величини після припинення охолодження, екзотермічна реакція практично не відновлюється та розщеплення жиру відбувається тільки при підігріванні Таким чином ускладнюється технологічний процес Та, хоча глибина розщеплення жиру декілька вища у порівнянні із іншими зразками, використання ферменту у КІЛЬКІСТЬ, % мас, в зразках 1 50 37 8 5 1а 50 42 8 2 50 37 4 9 2а 50 46 4 3 50 37 5 8 За 50 45 5 4 50 37 6 7 4а 50 44 6 5 50 37 2 11 5а 50 48 2 більш високій концентрації є технологічно та економічно нераціональним У відсутності присадки "Амірол-М" в реакційній суміші (зразки 1а, 2а, За, 4а, 5а) тривалість реакції розщеплення жиру зростає та складає 16 - 18 годин Після закінчення процесу розщеплення жиру продукти у реакторі розподіляються пошарова Одним із чинників, що впливають на регульованість агрегатного стану цих продуктів у загальному об'ємові, є присутність в оптимальній КІЛЬКОСТІ присадки "Амірол-М" У зразках 1, 2, 3, 4 відбувається чггкий розподіл післяреакційної суміші на три прошарки верхній - жировий субстрат, середній - згущений, вміщуючий адсорбовані присадкою "Амірол-М" супутні жирам домішки, дезактивований фермент, деяку КІЛЬКІСТЬ жиру, нижній - розчин гліцерину у воді У п'ятому зразку продукти часткового розщеплення жиру, адсорбовані присадкою "Амірол-М", агломеративно розподіляються по всьому об'ємові суміші У зразках Іа, 2а, За, 4а, 5а, що не містять присадки "Амірол-М", чггкого пошарового розподілу речовин, що утворилися в процесі деструкції жиру, не відбувається Функція присадки "Амірол-М", як прискорювача процесу ферментативного розщеплення жиру, обумовлена, значною мірою, спромо 44558 жністю вхідних до и складу з єднань, в тому числі і кислого мила, при дисоціації у воді підтримувати кислотність середовища у межах рН 5,8 - 6,3, що є найбільше сприятливою для регулювання активності ферменту Показники якості Кислотне число, мг КОН/г Число омилювання, мг КОН/г Гідроксильне число, мг КОН/г 1 168 46 27 1а 131 50 21 2 149 54 31 Дані, приведені в таблиці 2, показують, що жировий субстрат, отриманий ВІДПОВІДНО ДО запропонованого способу, характеризується високою кислотністю, обумовленою вмістом біля 70 - 82% жирних кислот Компонентом, що омиляється, в субстраті виявляються гліцериди Гідроксильне число свідчить про наявність пдроксилвміщуючих з'єднань, які можуть бути подані моно- та дігліцеридами, що є продуктами неповного розщеплення жиРУ В якості оптимального прийнято зразок № 3 із достатньою глибиною розщеплення жиру та найкращим агрегатним станом продуктів реакції, що сприяє більш чггкому їхньому поділу та наступній ефективній утилізації Відхилення КІЛЬКІСНОГО співвідношення компонентів від заявлених меж (зразки 2, 3, 4) у зразку 5 не забезпечує енергетичного розвитку процесу ферментативного розщеплення жиру, а склад зразку 1 - технологічно та економічно не виправданий У зразках 1а, 2а, За, 4а, 5а, за відсутність активатора - присадки "Амірол-М", КІЛЬКІСТЬ розщепленого жиру зменшується Сукупність властивостей жирового субстрату визначила можливість його використання у якості нового джерела жирової сировини як у традиційних, так і у нових напрямках нафтохімічного синтезу Інформація, наведена у патентних джерелах, дозволила виявити нові тенденції у розвитку промислового виробництва, наприклад, мастил, змащувально-охолоджуючих рідин, жируючих препаратів, у основу яких покладено використання бюруйнованих продуктів (US 5595965 А, 6С10М 8 В результаті здійснення запропонованого способу ферментативного розщеплення жиру отримують жировий субстрат, що характеризується показниками якості, наведеними утаблиці 2 2а 119 59 25 Таблиця 2 Якісна характеристика жирового субстрату Величина у зразках 3 За 4 4а 5 5а 162 130 156 124 55 39 41 46 49 53 134 148 39 32 40 36 19 15 117/00, 21 01 97 р , US 5641734 А, 6С10М 161/00, 24 06 97 р ), у тому числі синтезованих жирів (WO 9617909 А1, 6С10М 105/38, 13 06 96 р, US 5658863 А, 6С10М 129/70, 19 01 97 р), пдроксилвміщуючих з'єднань (В А Вайншток, Н Абдул-Бари Касем "Влияние гид роке ил содержащих соединений на свойства литиевых смазок на основе растительного омыляемого сырья", "Нефтепереработка и нефтехимия", М №7 1999 г), моно-, да-та тригліцеридів різних органічних кислот Та якщо кожен із цих компонентів призначений для поліпшення окремих характеристик кінцевого продукту, то використання жирового субстрату, що включає комплекс різновидів подібних з'єднань у різноманітному сполученні, до того ж із урахуванням синергетичного ефекту, дозволяє розширити можливості нафтохімічного синтезу та отримати продукт із декілька покращеними показниками якості У промислових умовах на ВАТ "АЗМОЛ" запропонованим способом ферментативної деструкції соняшникової олії отримані три зразки (по одній тонні) жирового субстрату із різною глибиною розщеплення для застосування утрьох різних напрямках Побічні продукти даного процесу утилізують в тих же виробництвах Отримані практичні результати підтвердили ДОЦІЛЬНІСТЬ використання жирового субстрату, як нового виду сировини, можливість спрощення та скорочення при цьому технологічного процесу його виробництва, поліпшення якості цільових продуктів та послужили матеріалом для оформлення трьох самостійних заявок на передбачувані винаходи ДП "Український інститут промислової власності "(Укрпатент) Україна, 04119, Киів-119, вул сім'ї Хохлових, 15 (044) 456-20-90