25.10.2012

Предложена однореакторная промышленная технология производства ксилита в мягких условиях

Большинство химических производственных процессов требует использования многочисленных реагентов и нескольких реакторов, что делает их дорогими, неэкологичными, время- и трудозатратными. В противоположность этому однореакторные процессы, основное отличие которых состоит в применении одного реактора для проведения нескольких последовательных реакций без выделения промежуточных продуктов, позволяют резко сократить затраты, уменьшить общую вредность производства и в конце концов добиться более высоких выходов продукции.

Ксилит — популярный в пищевой промышленности искусственный подсластитель (заменитель сахара), содержащий на 40% меньше калорий, чем белый сахар, а самое главное — не представляющий биологической ценности, то есть подходящий для людей, страдающих ожирением и сахарным диабетом. (Особенно он популярен в производстве зубной пасты и жевательной резинки: помните рекламу про дирол с ксилитом?) Ксилит добывают из растительного сырья — сельхозотходов (кукурузные кочерыжки, шелуха семечек подсолнуха, хлопковая шелуха) и древесины лиственных пород. Применяемый сегодня в промышленности метод получения ксилита представляет собой многостадийный процесс, проходящий при интенсивном нагревании и высоком давлении водорода.

В Институте биоинжиниринга и нанотехнологий (Сингапур) разработана альтернативная технология получения ксилита в одном реакторе, что позволило избежать лишних шагов по разделению и очистке промежуточных продуктов. В результате возросла общая скорость выработки при меньшем количестве используемых реактивов и большем выходе продукта. Кроме того, новый техпроцесс протекает в гораздо более мягких условиях.

Процесс состоит из двух последовательных стадий. Первая требует сильную кислоту для разрыва некоторых химических связей в ксилане — сложной органической молекуле, входящей в состав клеточных стенок растений. При этом образуется промежуточный продукт — ксилоза (древесный сахар), а также солидное количество побочных веществ, включая ароматические соединения. На второй стадии происходит восстановление ксилозы в ксилит под действием изопропилового спирта (да, здесь изопропанол является восстановительным агентом — источником водорода) в присутствии рутениевого катализатора (^Ru/_C). Катализатор может быть многократно использован, что также положительно сказывается на себестоимости продукции.

В соответствии с результатами, опубликованными в журнале ChemSUSChem, удалось достичь 80-процентного выхода ксилита после 3-часового восстановления при температуре реактора 140 °C, что значительно ниже, нежели при промышленном методе. Кроме того, важно, что удалось избежать использования водорода, да ещё и под высоким давлением.

Стоит отметить, что применение сильной кислоты на первой стадии абсолютно необходимо: в противном случае выход падает с 80 до 5%.

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА