Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0182

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0182
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет"
Название доклада
Разработка ресурсосберегающих технологий производства эмульгаторов, а также эмульгирующих систем для пищевой и непищевой промышленности на основе растительного сырья и продуктов его переработки
Докладчик
Зорина Анна Вячеславовна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель проекта: создание новых высокоэффективных ресурсосберегающих технологий производства эмульгаторов на основе возобновляемых природных ресурсов, с использованием в том числе биокатализаторов, не имеющих аналогов на территории РФ, позволяющих решить проблему импортозамещения в данной отрасли.
Задачи проекта:
- На основе анализа научно-технической литературы произвести выбор наиболее эффективных эмульгаторов, которые можно получать на основе растительного сырья;
- Разработать технологические процессы получения индивидуальных эмульгаторов на основе различных растительных масел и отходов их переработки, в том числе высококонцентрированных моноглицеридов, широкого спектра ацилсобританов, эфиров полиглицерина, а также эмульгаторов на натуральной основе, содержащих гетероциклические фрагменты.
- Разработать высокоэффективные составы эмульгирующих систем широкого спектра применения.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время эмульгаторы, как класс поверхностно-активных веществ (ПАВ), применяются в различных областях промышленности. Такое широкое применение обусловлено их способностью в низких концентрациях оказывать влияние на эмульсионную продукцию, придавая ей необходимые реологические и органолептические свойства. В настоящее время выделяют два основных подхода в крупнотоннажном производстве эмульгаторов – выделение ПАВ из природных объектов и получение синтетических аналогов природных соединений из продуктов нефтепереработки и растительного сырья.
Ведущими тенденциями развития мировой промышленности, в том числе получения эмульгаторов являются:
- повышение требований безопасности процессов производства,
- снижение энергоемкости процессов,
- увеличение глубины переработки сырья,
- увеличение количества узкоспециализированных продуктов,
- интерес к экологически безопасным (природным) объектам,
- переход к концентрированным, компактным формам препаратов.
Данный проект разработан в русле указанных направлений: разрабатываемые эмульгаторы и эмульгирующие системы могут применяться в пищевой и непищевой промышленности. Разрабатываемые технологии:
- позволяют безотходно перерабатывать растительное сырье, а также отходы, образующиеся при переработке растительных масел;
- позволяют получать широкий спектр эмульгирующих систем с заданными свойствами за счет изменения концентрации того или иного компонента.
Описание исследования

На основе теоретических исследований и результатов, полученных при изучении эмульгаторов на основе индивидуальных жирных кислот были выбраны перспективные классы эмульгаторов такие как: эфиры полиолов, в частности, моноглицериды, эфиры полиглицерина и жирных кислот, эфиры сорбитана; сульфопроизводные на основе эмульгаторов с гидроксильными группами, в частности, сульфосукцинаты алканоламидов и моноглицеридов; производные гетероциклических соединений – триазина.

Исследования в области методов получения моноглицеридов позволили разработать два типа продукции – дистиллированные моноглицериды, полученные с использованием классической технологии молекулярной дистилляции и высококонцентрированные моноглицериды, в процессе получения которых энергоемкую стадию молекулярной дистилляции заменяют на более экономически выгодные варианты очистки. Также разработана методики получения моноглицеридов с применением биокатализа.

Разработанная методика получения эфиров полиглицерина позволяет получать целый кластер эмульгаторов с широким интервалом значений гидрофильно-липофильного баланса, что в свою очередь позволяет в рамках одного класса получать эмульгаторы с различными функциональными свойствами. Достичь такого результата позволяет варьирование степени ацилирования полиглицерина. Использование непосредственно растительных масел в качестве исходного субстрата позволяет получать комплексный эмульгатор, содержащий эфиры полиглицерина, моно- и диглицериды.

Перспективным направлением исследований является разработка методов получения аналогов полиглицеринполириционолеата на основе реакций полимеризации и этерификации эпокси- и дигидроксипроизводных ненасыщенных жирных кислот. Разработка данного направления позволяет эффективно использовать особенности жирно-кислотного состава растительных масел культур, произрастающих в Центрально-Черноземном регионе, в частности, подсолнечника и сои, и обусловлена высоким содержанием в них ненасыщенных жирных кислот.

Разработаны методики получения эфиров сорбитана, как моно-, так и тризамещенных. Изменение степени ацилирования также приводит к новым функциональным свойствам, что так же позволяет в рамках одного класса эмульгаторов получать продукцию с разными свойствами. В связи с тем, что в качестве исходных субстратов при получении эфиров сорбитана используют карбоновые кислоты, а жирные кислоты – это один из видов отходов переработки растительных масел, образующийся в больших количествах, разработаны эффективные методы получения эфиров сорбитана из отходов переработки растительных масел.

Новые типы эмульгаторов, методики получения которых, разработаны в рамках выполнения проекта – это сульфопроизводные гидроксипроизводных жирных кислот. В этом русле исследования проводились по нескольким направлениям: изучение функциональных свойств сульфопроизводных различных типов гидроксипроизводных жирных кислот, таких как моно- и диэтаноламиды, моноглицериды; изучение функциональных свойств в зависимости от количества сульфогрупп в молекуле эмульгатора; изучение влияния типа катиона на эмульгирующее действие. Установлено, что сульфосукцинаты моноглицеридов и алканоламидов являются эффективными эмульгаторами и могут использоваться в различных косметических продуктах.

Среди разработанных эмульгаторов выбраны перспективные эмульгаторы для составления эмульгирующих систем.

 

Результаты исследования

В 2016 году в процессе выполнения проекта получены следующие результаты:

Проведена теоретическая оценка влияния структурных особенностей (длины углеводородного радикала, наличия кратных связей, гетероциклических триазиновых фрагментов) разрабатываемых эмульгаторов на их функциональные и эмульгирующие свойства.

Разработаны прототипы технических решений по реализации результатов теоретических исследований, в том числе:

- выбраны перспективные классы эмульгаторов: эфиры полиолов, сульфопроизводные на основе эмульгаторов с гидроксильными группами, производные триазина;

- выбраны перспективные схемы синтеза наиболее эффективных классов эмульгаторов на основе растительных масел, отходов их переработки и гетероциклических соединений;

- проведена первичная проработка синтетических схем и выбраны субстраты для синтеза эмульгаторов;

- выбраны физико-химические методы исследования эмульгаторов и эмульгирующих систем.

Разработаны лабораторные методики синтеза моноглицеридов, эфиров полиолов, сульфосукцинатов моноглицеридов и алканоламидов на основе растительных масел и отходов их переработки.

Разработаны программа и методики экспериментальных исследований образцов эмульгаторов с применением физико-химических методов анализа. Проведены экспериментальные исследования полученных эмульгаторов согласно программе и методикам.

Проведены дополнительные патентные исследования по технологиям получения эмульгаторов – эфиров природных жирных кислот и полиолов для оценки патентоспособности полученных результатов.

Проведена предварительная оценка эффективности разработанных эмульгаторов, выбраны перспективные эмульгаторы для создания высокоэффективных эмульгирующих систем.

Разработаны лабораторные методики получения эмульгаторов, в частности моноглицеридов, на основе растительных масел с применением биокатализа

Изучены потребительские свойства разработанных эмульгаторов на основе растительных масел при их применении в пищевых продуктах.

Представлены экспериментальные партии разработанных эмульгаторов.

Эмульгаторы на основе растительных масел и отходов их переработки, полученные в рамках выполнения проекта, по качественным характеристикам соответствуют коммерческим аналогам, представленным на рынке эмульгаторов. Необходимо отметить, что российских аналогов разрабатываемой продукции в настоящий момент нет, что подтверждает актуальность данного исследования. 

В рамках выполнения проекта опубликовано 2 научные статьи в зарубежных изданиях: 

1. A novel method for the synthesis of pyrimido[1,2-a]benzimidazoles /  D/.Yu. Vandyshev, Kh. S. Shikhlaliev, A.V. Kokonova, A.Yu. Potapov, M.G. Kolpakova, A.L. Sabynin // Chemistry of Heterocyclic Compounds. – 2016. – Vol. 52, № 7 -  pp. 493-497.

2. Production and Emulsifying Effect of Polyglycerol and Fatty Acid Esters with Varying Degrees of Esterification/ Kh. S. Shikhlaliev, N. . Stolpovskaya M. Yu. Krysin, A.V. Zorina, D. V. Lyapun, F.I Zubkov, K.Yu. Yankina // Journal of the American Oil Chemists' Society. – 2016. – V. 93. – Is. 10. – pp. 1429-1440.

А также подготовлена заявка на изобретение по новым способам получения эфиров полиглицерина и жирных кислот.

Практическая значимость исследования
Область применения ожидаемых результатов: предприятия пищевой промышленности (в качестве эмульгаторов, регулирующих реологические и органолептические характеристики продуктов), химической промышленности, фармацевтической промышленности(как структурирующий компонент лекарственных средств), косметической промышленности(в качестве пеностабилизаторов, загустителей, смягчающих компонентов в шампунях, пенах, моющих средствах, кремах, тониках, лосьонах и т.д.). ОАО «ЭФКО», выступающее в качестве индустриального партнера, обладает рынком собственного потребления эмульгаторов в объеме превышающем 1,8 тыс. тонн в год.
В рамках комплексной программы повышения экологической эффективности производства, проводимой компанией ЭФКО, планируется строительство завода по производству эмульгаторов с использованием технологий, разработанных в ходе выполнения проекта, что приведет к созданию новых рабочий мест. Реализация технологических процессов положительно отражается на экологии, так как производство является безотходным, более того позволяет перерабатывать некондиционное растительное масло, а также отходы масложирового производства.