24 Технологическая схема производства фруктозы.

Рассмотрим в общих чертах технологическую схему производства фруктозы. Иммобилизованная глюкозоизомераза помещается в реактор. Учитывая важность реактора в производственном цикле, имеет смысл рассмотреть основные параметры, учитывающиеся при его проектировании.

Биохимические параметры 1. Активность. 2. Стабильность фермента в процессе работы реактора. 3. Производительность фермента. 4. Оптимальная концентрация субстрата. 5. Влияние концентрации олигосахаридов. 6. Влияние растворенного кислорода. 7. Минимальное и максимальное время контакта с субстратом. 8. Образование побочных продуктов реакции. 9. Чувствительность к изменению рН и температуры. 10. Устойчивость иммобилизованной глюкозоизомеразы при хранении. 11. Вымывание фермента. 12. Рост микроорганизмов. 13. Характеристика потока на выходе (состав, цвет, запах, содержание белков, рН и т. д.). Механические параметры 1. Размер, форма частиц и их распределение по размерам. 2. Набухание. 3. Сжимаемость. 4. Истирание частиц.

Гидромеханические параметры 1. Перепад давлений. 2. Тип потока (восходящий, нисходящий). 3. Уплотнение слоя. 4. Каналообразование. 5. Расслаивание. 6. Отношение длины к диаметру.

Наиболее распространенный технологический вариант реактора – проточная колонна с направлением потока сверху вниз. Высота колонны до 5 метров, диаметр до 1,5 метра. Размеры реактора колонного типа в первую очередь определяются гидромеханическими свойствами иммобилизованного фермента. При нисходящем потоке реакционной смеси слой биокатализатора может сжиматься под давлением, в результате чего сопротивление потоку будет существенно возрастать и производительность системы в целом будет снижаться. Поэтому иногда при получении глюкозо-фруктозных сиропов используют реактор не в виде колонны, а в виде серии кассет небольшой толщины, снижающих сопротивление потока. Дополнительным преимуществом такого типа реактора является возможность последовательной замены кассет без остановки производства. Частицы биокатализатора должны быть достаточно малы, чтобы скорость диффузии не лимитировала скорость всего процесса. Их размер должен быть достаточно велик, чтобы свести к минимуму перепад давлений на реакторе колонного типа. В смеси, поступающей в реактор, должно быть достаточно высокое содержание глюкозы (93–96 %). Присутствие более 10 % олигосахаридов в смеси в значительной степени снижает активность иммобилизованного фермента. Время контакта фермента с субстратом варьирует в диапазоне 0,5– 4 часов. Такой большой временной интервал объясняется постепенной инактивацией фермента. Падение активности приводит к тому, что при постоянной скорости потока реагентов степень превращения глюкозы во фруктозу постепенно снижается. Поэтому по мере инактивации фермента увеличивают время его контакта с субстратом с помощью уменьшения скорости потока. Таким образом удается обеспечить необходимое качество конечного продукта, несмотря на постепенную инактивацию биокатализатора в процессе работы реактора. Время полуинактивации глюкозоизомеразы, как правило, колеблется в диапазоне 20–70 суток. Производительность промышленных реакторов – по данным литературы – варьирует от 1–9 тонн глюкозо-фруктозного сиропа на 1 кг иммобилизованной глюкозоизомеразы. Проточные реакторы колонного типа, как правило, характеризуются более высокой эффективность по сравнению с реакторами перемешивания. В реакторах колонного типа расход фермента обычно в 1,4–4 раза ниже. Кроме того, время контакта фермента с субстратом в этих реакторах в среднем не превышает 4 часов, в то время как в реакторах перемешивания на контакт фермента с субстратом уходит 20–40 часов. Важную роль играет температурный режим процесса. При ступенчатом увеличении температуры на 2 °С от 60 до 70 °С в течение 14 суток продуктивность процесса возрастает на 42 % по сравнению с изотермическим температурным режимом (постоянные 60 °С в течение такого же времени). Несколько слов об экономической значимости процесса. Несмотря на относительно большие затраты на изготовление носителя, получение и иммобилизацию фермента, производство глюкозо-фруктозных сиропов из кукурузного крахмала с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы в полтора раза более экономично, чем получение сахара из сахар- ной свеклы по обычной технологии.