Аппаратно-технологическая схема производства глюкозамина из хитина

     Из  хитина получают не только глюкозамин, но и другие вещества. Использование  и самого хитина в различных отраслях промышленности довольно велико.

     Хитозан является производным хитина - результат  обработки хитина в жестких условиях раствором щелочи позволяет заместить ацетильные группы хитина аминогруппами.

     Потенциальная возможность хитозана как функциональной добавки в решении задач технологии пищевых продуктов значительна. Хитозан может быть применен для  разделения веществ, регулирования  структуры продуктов, предохранения от порчи, сохранения биологической ценности, в рецептуре лечебно-профилактических продуктов и др. Хитозан используется для осветления соков, пива, вина, подсырной и творожной сыворотки. Образующийся комплекс хитозан - белок молоко может быть использован для обогащения творожных изделий, сыров, сырных соусов, паст.

   Обработка хитозаном измельченной мышечной ткани, ферментативных гидролизатов, бульонов, полученных из рыбы и беспозвоночных, позволяет снизить в них содержание пиптидов. Технологические воды, образующиеся при переработке крабов, содержат до 2 % сухих веществ, которые успешно осаждаются хитозаном и представляют собой ценный кормовой продукт. Некоагулированные белки, переходящие в промывную воду при производстве рыбных фаршей, осаждают нейтрализованным до рН 6 раствором хитозана. Полученный белково-хитозановый осадок обладает высокой пенообразующей способностью и благополучной микрофлорой, что позволяет использовать его в пищевом производстве.

     Результативно применение хитиновых сорбентов с целью удаления из виноматериалов ионов металлов. В зависимости от вида сорбента достигается удаление порядка 60-98 % первоначального содержания ионов железа [18].

   Раствор хитозана в присутствии регуляторов  кислотности применяемый для промывки икры лососевых, способствует снижению контаминации продукта и устранению ряда дефектов качества, значительно повышает прочность прикрепления панировочных слоев, препятствует испарению излишнего количества воды при обжаривании, придает желаемую хрустящую консистенцию верхнему слою изделия и снижает скорость порчи масла, в котором осуществляется обжарка.

    Хитозан, включенный в продукты питания как  лечебный препарат, проявляет способность выводить из организма радионуклиды. С этой целью в разное время стали   успешно производить овсяное печенье, хлеб, бисквиты с добавлением хитозана. Промышленный выпуск хитозана заданного качества позволит расширить ассортимент пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения.

     Хитин, хитозан и их производные в  медицине имеют в основном четыре назначения: лечебное средство, БАД, средство для направленного транспорта лекарств и основа медицинских материалов.

     Как лечебное средство хитозан используют для лечения ран, ожогов, язв, как средство ускорения регенерации ткани при поражении кожи, в диагностике и лечении злокачественных опухолей, как противолучевое средство, а также в виде лекарственных форм антисклеротического и антиартрозного действия. Сульфопроизводные хитозана, обладающие антикоагулянтным действием, используют как заменитель гепарина. На основе хитиновых материалов разработаны препараты для лечения остеопороза, артритов, регенерации костной и нервной ткани. Хитозан способствует заживлению язв желудка, поджелудочной железы и других повреждений внутренних органов. Широкий ранозаживляющий эффект хитозана заключается не только в его прямом воздействии на пораженный участок, но и в локальной активации защитных ресурсов организма. Хитозан может быть применен в онкологии, так как способен концентрироваться вокруг раковых клеток и тормозить их рост и миграцию. В стоматологии препараты на основе хитина и хитозана используют для лечения глубокого кариеса и пародонтоза.

     В медицинских материалах хитин и  хитозан используют для изготовления хирургического шовного и перевязочного материала, искусственных мембран, раневых покрытий, заменителя кожи, для изготовления контактных линз, искусственного хрусталика, наполнителей лунок после удаления зубов. Гели хитина и хитозана служат удобным наполнителем для разнообразных лекарств (бактерицидных, сосудорасширяющих, болеутоляющих, противовоспалительных) и препаратов. Преимущества использования хитозана в виде гелей заключаются в их способности покрывать любые участки тела, давая эластичные пленки, в равномерном распределении на кожных и слизистых поверхностях и свободном проникновении через них.

    Положительное действие хитозана, включенного в  состав косметических средств, на кожу и волосы связано с высокой влагоудерживающей способностью полимера, его биоадгезивными свойствами, способностью формировать с кератином волос устойчивые пленки. Благодаря этим свойствам уменьшается отрицательный заряд и увеличивается электропроводность волос, снижается накопление электростатических зарядов, положительно сказываясь на сохранении прически в разных климатических условиях. В продуктах по уходу за кожей хитозан формирует чистые защитные покрытия. Применение хитозана как эмульгатора, антистатика, увлажнителя является перспективным в производстве шампуней, гелей, кремов, пудры, зубной пасты, стабилизаторов аромата духов, лака для ногтей, средств для очистки пор кожи. Все чаще хитозан рассматривается как иммобилизующая матрица для сорбции активных компонентов.

    В ветеринарии хитозан способствует повышению резистентности животных к инфекционным заболеваниям и толерантности к кормовым добавкам, лечению пищеварительного тракта, дыхательных путей, покровных тканей. Отмечена особенность хитозана, включенного в корм, положительно влиять на состав мяса, в частности на уровень холестерина в мясе кур. Он применяется при содержании сельскохозяйственных и домашних животных. Существует мнение, что освоению хитозана в медицине способствовало в большой степени его успешное применение в животноводстве.

     На  растения хитозан оказывает биостимулирующее действие, повышая их болезнеустойчивость, увеличивая урожайность, защищая от вредителей. Хитозан эффективен в борьбе с вирусной инфекцией.

Одной из областей, где хитозан начали применять достаточно давно и с использованием широкого спектра его функциональных свойств, является рыбоводство. Полимер используют для повышения эффективности рыбных кормов за счет придания им регулируемой водостойкости, прочности, плавучести. В аквакультуре хитин и хитозан могут быть использованы как сорбенты для очистки поверхности воды от возможного загрязнения нефтью и продуктами ее переработки [22]. 
 

 

2 Теоретические подходы  к обоснованию  параметров обработки  на основных этапах  производства глюкозамина

     При разделении суспензий в зависимости  от вида фильтровальной перегородки  и свойств самой суспензии фильтрование может происходить с образованием осадка на поверхности перегородки, с закупориванием пор фильтрующей перегородки и с тем и другим явлениями одновременно (промежуточный вид фильтрования).

     Фильтрование  с образованием осадка на поверхности  фильтрующей перегородки имеет место, когда диаметр твердых частиц больше диаметра пор перегородки. Этот способ осуществим при концентрации твердой фазы суспензии более 1 мас. %, когда создаются благоприятные условия для образования сводиков над входами в поры фильтровальной перегородки. Образованию сводиков способствует увеличение скорости осаждения и концентрации твердой фазы в суспензии [1].

     Фильтрование  с закупориванием пор происходит, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки. Закупоривание пор твердыми частицами наблюдается уже в начальный период процесса фильтрования, что снижает производительность фильтра. Для поддержания ее на должном уровне фильтр регенерируют, промывая обратным током жидкости либо прокаливая металлические фильтровальные перегородки.

     Промежуточный вид фильтрования имеет место в случае одновременного закупоривания пор фильтровальной перегородки и отложения осадка на поверхности фильтровальной перегородки.

     Для повышения скорости фильтрования при  разделении суспензий с небольшой концентрацией твердой фазы либо содержащих слизистые вещества фильтрование проводят в присутствии вспомогательных веществ, препятствующих закупориванию пор фильтровальной перегородки. Слой вспомогательного вещества наносят на фильтровальную перегородку перед фильтрованием суспензии. В качестве вспомогательных веществ используют тонкодисперсные угли, перлит, асбест, кизельгур, фиброфло, аксанит и другие материалы.[15] 

       Движущая сила  и скорость процесса

     Движущая  сила процесса фильтрования — разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки либо центробежная сила. Разность давлений можно получить разными способами: созданием избыточного давления над фильтровальной перегородкой либо подсоединением пространства под фильтровальной перегородкой к вакуумной линии. В этих случаях фильтрование происходит при постоянном перепаде давлений и скорость процесса прямо пропорциональна разности давлений и обратно пропорциональна сопротивлению осадка. Процесс описывается кинетическим уравнением: 

       (1) 

где V — объем фильтрата, м³;

F— площадь поверхности фильтрования, м²;

τ — продолжительность фильтрования, с;

Δр — перепад давлений, Н/м²;

µ— вязкость жидкой фазы,

R_o, R_фд — сопротивление соответственно осадка и фильтровальной перегородки, м^-1.

     Примем, что при прохождении 1 м³ фильтрата образуется х₀ м³ осадка, тогда 

                                                    (2) 

где h_Q — высота слоя осадка, м, откуда h₀=x₀V/F.

     Допустим, что сопротивление слоя осадка пропорционально  его высоте: 

                                                 (3) 

где r_{o –} удельное сопротивление осадка, м^-2.

     Поставим  полученное соотношение в уравнение (3) 

                                             (4) 

     Пренебрегая сопротивлением фильтровальной перегородки, полуяим

     r_{o =} Δp/ µh_oν,

где ν – скорость фильтрования.

     Для начального момента фильтрования (V = 0) R_{фп =} Δp/ (µν).

     Для случая фильтрования при Δp = const из уравнения (4) после его интегрирования в пределах О – V и О – τ получим 

                                           (5) 

     Полученное  уравнение применимо как к сжимаемым, так и к несжимаемым осадкам и показывает, что с увеличением объема фильтрата скорость фильтрования уменьшается.

     Решая уравнение (5) относительно продолжительности  фильтрования τ, получим 

                                       (6) 

     или с учетом выражения (2) 

                                                             (7) 

     Таким образом, продолжительность фильтрования прямо пропорциональна квадрату объема полученного фильтра  V_f = V/F , получим 

                                 (8) 

     Для случая фильтрования при ν = const из уравнения (4) полчуим 

                                       (9) 

     Или 

     

 

     откуда 

                               (10) 

     или Δp = µx_or_ov² + µR_фпv

     Таким образом, перепад давления возрастает с увеличением пропорциональности фильтрования: 

     

 

     Т.е. пропорционально квадрату объема полученного  фильтрата.