Производство молочной кислоты

4.ТРЕБОВАНИЯ К ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ.
Согласно ГОСТ 490-79 пищевая молочная кис­лота выпускается 40%-ной концентрации и в зависимости от показателей качества — высшего, первого и второго сорта. Первый сорт кислоты получается без кристаллизации лактата и с проведе­нием очистки активным углем и ионообменом. Молочная кис­лота всех сортов — это прозрачная без мути и осадка густая жидкость со слабым, специфичным для молочной кислоты, запа­хом; кислого вкуса, без постороннего привкуса. Кислота не должна иметь неприятного запаха, обусловленного примесью летучих кислот.
По химическим показателям кислота должна соответствовать нормам, указанным в таблице. Для нужд фармацевтической про­мышленности выпускается небольшое количество кислоты по вре­менным техническим условиям.
В США выпускают молочную кислоту четырех сортов: техни­ческую, пищевую, пластическую и стандартную (по фармакопее США). Особенно высокие требования предъявляют к кислоте для пластмассовой промышленности; она содержит 50—85 % молочной кислоты, 1—2 % летучих кислот, не более 0,01 % золы, отсутствуют обугливаемые вещества, сульфаты и хлориды; бесцветна и содержит только следы меди и железа. В пищевой молочной кислоте допускается содержание золы до 0,5 %, присутствие об­угливаемых веществ, хлоридов, следы сульфатов и светло-соло­менная окраска. Высший сорт отечественной молочной кислоты по ГОСТ 490—79 находится на уровне лучших образцов зарубежной пищевой кислоты, получаемой путем сбраживания сахаросодержащих отходов.

Очень важно иметь ясное представление о количестве ангид­ридов, содержащихся в молочной кислоте. Так как образование их сопровождается уменьшением числа свободных карбоксильных групп, а, следовательно, и снижением кислотности, то присутствие ангидридов в товарной молочной кислоте нежелательно. Образо­вание их — обратимая бимолекулярная реакция.
Исходя из этого можно записать следующее ее уравнение:

или сокращенно

По закону действия масс для установившегося динамического равновесия имеем:
,
где [L] ,[P], [H₂O] – соответственно начальная общая концентрация молочной кислоты; равновесные концентрации ангидридов и воды; К - константа равновесия.
С целью упрощения расчетов и приближения их к производ­ственным выразим концентрации молочной кислоты в г на 100 г воды. Разделив числитель и знаменатель дроби, стоящей в левой части уравнения, на [Н₂О]² и обозначив начальную общую кон­центрацию молочной кислоты [L]/[H₂O] и концентрацию ангид­ридов [Р]/[Н₂О] в процентах к массе воды соответственно через l и p получим К = l² / p.
Пусть до образования ангидридов на 100 частей воды прихо­дилось А частей молочной кислоты, после их образования оста­лось AD/100 частей молочной кислоты (где D - концентрация прямо титруемой молочной кислоты в пересчете на безводную кислоту в %). Следовательно, содержание ангидридов будет А-(АD)/100. Отсюда l= (AD)/100 и р = A(1 —D/100). Подставляя эти значения в уравнение для К найдем

Содержание отдельных форм молочной кислоты при установившемся равновесии показано на рис.4. При этом содержание ангидридов х в общей концентрации молочной кислоты у будет

Так как при прямом титровании определяется только половина карбоксильных групп лактилмолочной кислоты, то содержание ее в пересчете на молочную кислоту будет вдвое больше, чем ангидридов. Содержание ангидридов не пропорционально концентрации молочной кислоты, поэтому простой пересчет количества ангидридов с большей ее концентрации на 40%-ную невоз­можен. Результат будет завышен.
Скорость образования ангидридов подчиняется уравнению реак­ции второго порядка, гидролиз ангидридов — уравнению первого порядка.
Рис.4. Соотношение отдельных форм молочной кислоты в зависимости от общей концентрации при установившемся равновесии: 1-прямо титруемая, 2-лактилмолочная, 3-свободная.
Для данной обратимой реакции справедливо дифференциальное уравнение скорости:
,
где ?₁ и ?₂— константы скорости соответственно образования ангидридов и их гидролиза как реакций второго и первого порядков; а=А; х — равновесна концентрация ангидридов, равная А (100—D).
После интегрирования этого уравнения и на основании экспе­риментальных данных определены кинетические константы ?₁ и ?₂. Поскольку константа равновесия не зависит от общей концентрации молочной кислоты, при прочих равных условиях не зависят от нее и константы ?₁ и ?₂, а следовательно, и время достижении равновесия. Найдено, что величина константы ско­рости гидролиза ангидридов в 2460 раз больше константы ско­рости их образования.
Рис.5. Образование ангидридов в растворе молочной кислоты 84,95%-ной концентрации при температуре 100 ^оС.
На рис.5 показано образование ангидридов при температуре 100 ^оС. По сравнению с температурой 20 ^оС скорость реакции возросла в (70х24):3=560 раз, а конечное (равновесное) содер­жание ангидридов осталось без изменения. Даже трехчасового выпаривания, особенно до 40-45%-ной концентрации раствора, недостаточно для установления равновесного содержания ангидридов, поэтому процесс их образования будет продолжаться и во время хранения готовой молочной кислоты.
Серная кислота является сильным катализатором реакции об­разования ангидридов, не влияя на состояние равновесия. Опре­деление ангидридов в присутствии редуцирующих сахаров завы­шает аналитические данные (каждый 1 % сахара пропорционален 0,9 % ангидридов).