Условие задачи
Чем отличаются друг от друга процессы получения глюкозы и сахарозы в промышленности?
Решение
Дисциплина, к которой относится эта задача, – промышленная химия (точнее, технология получения сахаров), а именно технологии переработки сырья в химической и пищевой промышленности.
Ниже приводится подробное решение.
1. Исходное сырье и источник сахаров
• Сахароза получают из растений, содержащих высокий процент этого дисахарида, в первую очередь из сахарного тростника и сахарной свеклы.
• Глюкоза промышленно получают путём расщепления крахмала, который курируется в зерновых культурах (например, из кукурузы, пшеницы) или картофеле.
2. Технологический процесс получения сахарозы
• Извлечение сока. В случае сахарной свеклы или тростника проводится измельчение сырья с последующим экстрагированием сока.
• Очистка. Сырой сок фильтруют и удаляют примеси (протеин, мелкие частицы, пектины, оксалаты и т.д.) путём осветления, карбонатирования, флокуляции и центрифугирования.
• Концентрация. Очищенный сок сгущают путем выпаривания воды до получения сиропа с высоким содержанием сахара.
• Кристаллизация. Сконцентрированный раствор сахарозы охлаждают, в результате чего происходит кристаллизация – образуются кристаллы сахара.
• Отделение кристаллов. Полученные кристаллы отделяют от маточного раствора (мелассы) с помощью центрифуг.
В результате получается кристаллическая сахароза, которая затем может быть использована в пищевой промышленности.
3. Технологический процесс получения глюкозы
• Исходное сырье – крахмал.
• Гидролиз. Крахмал (полисахарид, состоящий из α-(1→4) связей) подвергают гидролизу, добавляя воду (H₂O) при действии кислоты (кислотный гидролиз) или ферментов (α-амилаза, глюкоамилаза) для его расщепления на мальтозу, а затем на глюкозу.
– Пример реакции:
Крахмал + nH₂O → nГлюкоза
• Дополнительная очистка. Глюкозный сироп очищают от примесей, нейтрализуют остатки кислоты (если был применён кислотный способ) и фильтруют.
• Концентрация. В зависимости от назначения (например, производство сиропов или дальнейшая изомеризация для получения фруктозы) глюкозный раствор может быть сгущён.
Основными отличиями являются:
– Сырьё: сахароза извлекается непосредственно из растений, богатых сахарозой, а глюкоза синтезируется путём гидролиза крахмала.
– Технология извлечения: сахароза извлекается посредством прессования, экстракции, очистки и кристаллизации, в то время как для глюкозы основным этапом является гидролиз крахмала с последующей очисткой и концентрацией сиропа.
– Катализаторы: в случае глюкозы часто применяются кислотные или ферментные катализаторы, а процесс получения сахарозы основан на физико-химических операциях экстракции и кристаллизации без участи каталитического превращения молекулы.
Таким образом, процессы получения глюкозы и сахарозы отличаются по исходному сырью, по применяемым химическим и технологическим методам (гидролиз крахмала против экстракции и кристаллизации) и по условиям проведения реакций и операций очистки.