Химия и химические технологии/5. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

Д.т.н. Мельник А.П., Малик С.Г.

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина

Получение моноацилглицеринов льняного масла

Моноацилглицерины жирных кислот - хорошо известные поверхнстно-активные вещества, которые широко используются как эмульгаторы и стабилизаторы в пищевых, косметических, фармацевтических и др. производствах [1]. На сегодняшний день моноацилглицерины (МАГ) получают этерификацией жирных кислот глицерином или глицеролизом масел и жиров, а также за ферментативными технологиями с последующей молекулярной дистилляцией. Такие технологии достаточно дорогие из-за своей энергоемкости и многостадийности [2]. Производство МАГ в Украине отсутствует, и поэтому эмульгаторы и стабилизаторы на их основе импортируются. Исходя из вышесказанного, исследования направлены на разработку новых, менее энергоемких и простых технологий получения МАГ есть актуальными. Сегодня известны исследования направленные на разработку основ получения МАГ амидированием подсолнечного и рапсового масел [3,4]. О теоретических основах амидирования льняного масла с целью получения поверхностно-активных веществ, в частности МАГ, не известно. Поэтому изучение амидирования льняного масла есть актуальной задачей.

Исходя из актуальности, цель данного исследования состоит в изучении образования поверхностно-активных моноацилглицеринов амидированием льняного масла.

В работе исследовано кинетику амидирования льняного масла диэтилентриамином (ДЭТА) при разных мольных соотношениях триацилглицеринов (ТАГ) льняного масла к диэтилентриамину в интервале температур 413 – 453 К.

Было установлено, что в результате реакции образуется многокомпонентная смесь, в состав которой кроме МАГ входят и другие кислородсодержащие производные триацилглицеринов, в частности диацилглицерины (ДАГ) и глицерин (Гл), а также - азотопроизводные жирных кислот льняного масла (моно-, ди-, триамиды и алкилимидазолины жирных кислот).

Исследование реакции амидирования проведено в трехгорлой колбе, как модели реактора идеального смешения, с регулируемым подогревом и поддержанием температуры ±0,2 ^оС. Через определенные промежутки времени с реакционной массы отбирались пробы для проведения анализов. Титрометрическими методами определялись концентрации свободного амина, МАГ, Гл и алкилимидазолинов. Концентрация МАГ определялась методом перйодного окисления согласно [5].

В результате исследований установлено, что образование МАГ из ТАГ происходит через стадию предварительного образования ДАГ, из которых затем и образуются МАГ, которые в свою очередь расходуются на образование Гл.

За экспериментальными данными были определены рациональные технологические параметры реакции взаимодействия ТАГ льняного масла, при поддержании которых образуется продукт с максимальным содержанием МАГ в реакционной смеси. Некоторые кинетические зависимости образования и расходования ацилглицеринов и диэтилентриамина представлены на рис. 1.

С рис. 1 видно, что в реакционной массе мольная доля моноацилглицеринов (МАГ) выше, чем у остальных ацилглицеринов. Анализ кинетики их образования и расходования свидетельствует о том, что в первые 1800 с скорость накопления МАГ в реакционной массе значительно выше по сравнению со скоростью в последующий отрезок времени. В этот промежуток времени их образование с диацилглицеринов (ДАГ) происходит намного быстрее, чем они расходуются на образование глицерина (Гл).

Рис. – Зависимости изменения концентрации (Сі) компонентов реакционной массы от времени взаимодействия при мольном соотношении триацилглицерины льняного масла:диэтилентриамин 1 : 1 и температуре 433 К

Затем в течении до 3600 с также наблюдается накопление МАГ, но со значительно меньшей скоростью. Как раз в этот период времени и происходит максимальное накопление МАГ в реакционной смеси, концентрация которых составляет ~0,3 мольной доли. На заключительной стадии превращений происходит медленное уменьшение концентрации МАГ. Это свидетельствует о том, что скорость расходования МАГ больше, чем скорость их образования. К концу реакции содержание МАГ снижается до 0,28 мольной доли.

Зависимость изменений концентрации ДАГ от времени также характеризуется максимумом, значение которого достигается раньше, чем достигается максимум образования МАГ. Затем в следующий период времени наблюдается более высокая скорость снижения концентрации ДАГ по сравнению со скоростью расходования МАГ. К концу реакции скорости расходования ДАГ и МАГ сближаются. Концентрации триацилглицеринов и диэтилентриамина уменьшаются на протяжении всего времени реакции. При этом скорость расходования реагентов в интервале 0 - 1800 с значительно больше, чем в последующий период. Концентрация глицерина (Гл) все время растет. При этом в течении ≈ 5000 с скорость его образования выше по сравнению с последующим периодом реакции. Это объясняется тем, что глицерин в результате реакции постоянно только образуется и не расходуется, являясь одним из конечных продуктов реакции амидирования триацилглицеринов. Очевидно, что скорость превращения МАГ в Гл есть одной из медленных стадий наблюдаемых превращений ацилглицеринов.

Исследование образования моноацилглицеринов, как одного из целевых продуктов показало, что при повышении температуры реакции и увеличении мольного отношения ТАГ:ДЭТА их содержание в реакционной массе уменьшается с одновременным возрастанием содержания глицерина. Также, изменяя температуру, мольные отношения реагентов и время реакции можно направлять технологический процесс на образование конкретного целевого продукта, в частности МАГ. Результаты исследований в дальнейшем можно использовать для разработки более экономичной и простой по сравнению с извстными современными технологиями получения не только моноацилглицеринов, но и диацилглицеринов.

Литература:

1 Бухмет М. Свойства дистиллированных моноглицеридов / М. Бухмет // Масложировая промышленность. – 2007. – № 6. – С. 22 – 25.

2.О'Брайен Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение / О'Брайен Р. – СПб.: Профессия, 2007. – 752 с.

3. Діхтенко К. М. Технологія отримання моноацилгліцеринів амідуванням ріпакової олії : автореф. дис. .. канд. техн. наук: спец. 05.18.06 “Технологія жирів, ефірних масел і парфумерно-косметичних продуктів” / К. М. Діхтенко. – Харків, 2008. – 21 с.

4. Папченко В.Ю. Технологія моно-, діацилгліцеринів та діетаноламідів жирних кислот амідуванням соняшникової олії : дис. ... канд. техн. наук / В.Ю. Папченко – Х., 2011 – 204с.

5. AOCS Official Method Cd 11–57: alpha-Monoglycerides - 2005