Анотація до роботи:

Матвєєва Т.В. Технологія отримання моноацилгліцеринів амідуванням соняшникової олії. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.06. – технологія жирів, ефірних масел та парфумерно-косметичних продуктів. Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, Харків, 2005.

Дисертація присвячена розробці технології одержання моноацилгліцеринів (МАГ) та моноетаноламідів амідуванням триацилгліцеринів (ТАГ) соняшникової олії моноетаноламіном (МЕА).

Досліджено закономірності перебігу реакції при температурах 393-423 К. Встановлено, що реакція амідування ТАГ (ДАГ чи МАГ) соняшникової олії МЕА коли один з реагентів знаходиться в надлишку підпорядковується закономірностям реакцій І (псевдопершого порядку), коли мають сумісні концентрації – ІІ порядку. Найбільший ступінь перетворення аміну 95 % досягається при взаємодії ТАГ з МЕА. Знайдено константи швидкості реакції взаємодії ТАГ, ДАГ, МАГ, триетаноїлгліцеринів (ТЕГ), діетаноїлгліцеринів (ДЕГ), моноетаноїлгліцеринів (МЕГ) з МЕА при різних температурах. З’ясовано, що реакція амідування ТАГ протікає в три стадії і при збільшенні температури у ряду ТАГ - ДАГ – МАГ (або ТЕГ - ДЕГ - МЕГ) константа швидкості зростає, а при однакових температурах у ряду ТАГ - ДАГ – МАГ (або ТЕГ - ДЕГ - МЕГ) – спадає. Запропоновано рівняння, що адекватно описує кінетику процесу. Знайдено, що кінетичні та термодинамічні параметри взаємодії промислових МАГ з МЕА близькі до параметрів, які одержані при взаємодії ТАГ на третій стадії.

В визначених умовах одержано реакційну суміш, з якої вперше виділено МАГ знайденою системою розчинників метанолу і петролейного ефіру (Т_к = 45-60 ⁰С) та 70 % розчином метанолу. Метанол може бути замінено на етанол.

Досліджено поверхнево-активні і деякі інші фізико-хімічні властивості продуктів реакції амідування. Показано, що МАГ можна використовувати у харчових продуктах як емульгатор і стабілізатор емульсій. Розроблено композицію піномиючого засобу.

Запропоновано технологію і технологічну схему одержання МАГ і моноетаноламідів жирних кислот.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково-практичної задачі отримання моноацилгліцеринів сумісно з АА жирних кислот за реакцією амідування соняшникової олії. Внаслідок проведених теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано такі висновки:

1. Термодинамічним аналізом змін вільних енергій реакції взаємодії гомологічних рядів ацилгліцеринів з моноетаноламіном встановлено, що з врахуванням утворення водневих зв’язків перебіг реакції амідування ТАГ характеризується від’ємною величиною G_ТАГ . Заміна ТАГ в реакції амідування на ДАГ, а ДАГ на МАГ приводить до збільшення вільних енергій в такій послідовності G_ТАГ < G_ДАГ < G_МАГ, що вказує про послідовне постадійне перетворення ТАГ спочатку в ДАГ, потім ДАГ в МАГ і в кінці МАГ в гліцерин з паралельним утворенням на кожній стадії АА жирних кислот. Хроматографічними дослідженнями доказано, що до складу реакційних сумішей при взаємодії триацилгліцеринів соняшникової олії і МЕА входять ТАГ, ДАГ, МАГ, АА жирних кислот. При цьому з часом кількість ТАГ зменшується, а МАГ утворюються пізніше, ніж ДАГ. Також встановлено, що залежність кількості МЕА, який вступає в реакцію, від концентрації утвореного АА характеризується прямою лінією з кутом нахилу 45⁰, що вказує на відсутність протікання побічних реакцій.

2. Дослідженнями кінетики взаємодії триацилгліцеринів соняшникової олії з моноетаноламіном в інтервалі температур 393 – 423 К знайдено різні константи швидкості реакції на початку, в середині і в кінці реакції, що свідчить про перебіг трьох реакцій з різними швидкостями. Заміною ТАГ соняшникової олії на індивідуальний триетаноїлгліцерин за порівнянням констант швидкостей підтверджено трьохстадійне перетворення триацилгліцеринів в моно-, діацилгліцерини і АА. Заміна короткого ацильного радикалу на довший зумовлює зменшення швидкостей реакцій амідування. Кінетичними дослідженнями доказано, що константи швидкостей реакції моноацилгліцеринів з моноетаноламіном співпадають з константами швидкостей реакції амідування ТАГ на третій стадії.

3. Встановлено, що реакції взаємодії ацилгліцеринів з моноетаноламіном відповідають (з коефіцієнтом кореляції > 0,98) кінетичній моделі закономірностей бімолекулярних реакцій другого порядку. Знайдені енергії, ентальпії і ентропії активації вказують на те, що при зменшенні кількості ацильних радикалів у молекулах ацилгліцеринів збільшується енергетичний бар’єр амідування ацилгліцеринів.

4. Вивченням впливу технологічних параметрів показано, що максимальний ступінь перетворення моноетаноламіну (~ 95 %) досягається при мольному відношенні ТАГ : МЕА = 1:1; максимальний вихід МАГ (~ 34 %) при ТАГ : МЕА = 1:2, а максимальний вихід (85 %) АА при температурі 423 К впродовж ~ 1 години на кожній стадії.

5. Розроблено кінетичну модель амідування ТАГ, яка адекватна реальному процесу і статистичні моделі для розрахунку виходу МАГ, АА, ступеня перетворення аміну в залежності від температури, часу та мольних відношень.

6. Встановлено, що ряд фізико-хімічних показників одержаних МАГ співпадають з показниками відомих МАГ. На основі вивчення поверхнево-активних властивостей показано, що МАГ нарівні з відомими промисловими МАГ стабілізують емульсії майонезу і проявляють стабілізуючу і протирозбризкуючу дію в складі маргарину при підвищеній температурі, а АА – підвищують піноутворюючу здатність і стабільність відомих ПАР, що дозволило розробити композицію піномиючого засобу.

7. Знайдено розчинники метанол – петролейний ефір, в яких спочатку при температурі 303 К реакційна суміш розчиняється, а при температурі 277 К з розчину виділяються насичені МАГ у вигляді твердої фази, а потім з фільтрату за допомогою розчинників метанол – вода при температурі 293 К виділяються ненасичені МАГ впродовж 1 години. Максимальний вихід МАГ досягнуто при знайденому співвідношенні розчинник : реакційна суміш, рівному 5:1.

8. Запропоновано технологію і розроблено технологічну схему одержання моноацилгліцеринів амідуванням соняшникової олії моноетаноламіном з наступним виділенням їх з допомогою розчинників і моноетаноламідів жирних кислот.

9. Проведене випробування в УкрНДІОЖ свідчить, що отриманий МАГ можна використовувати як емульгатор у майонезі та як стабілізатор у маргарині.

10. Економічними розрахунками показано, що МАГ, які отримані за технологією амідування дешевші в порівнянні з МАГ, які одержують за відомою технологією гліцеролізу жирів з наступною дистиляцією.

Публікації автора:

Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 12 друкованих працях, з яких 7 статей у фахових виданнях та 3 – тези доповідей на науково-практичних конференціях.

1. Мельник А.П., Матвєєва Т.В. Дослідження кінетики утворення похідних алкілкарбонамідів із жирів // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 1999. – Вип.33. – С. 46-48.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження кінетики утворення похідних алкілкарбонамідів (при відношенні вихідних реагентів 1:2) амідуванням соняшникової олії, проаналізовано результати досліджень.

2. Мельник А.П., Матвєєва Т.В. До питання дослідження кінетики утворення похідних алкілкарбонамідів із жирів // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ, 1999. – Вип. 90. – С. 66-68.

Здобувачем проведено експериментальні кінетичні дослідження утворення похідних алкілкарбонамідів (при відношенні вихідних реагентів 1:3) амідуванням соняшникової олії, проаналізовано результати досліджень, знайдено термодинамічні параметри реакції.

3. Мельник А.П., Матвєєва Т.В. Технологія отримання моноетаноламідів із олій та жирів. // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". – Харків: НТУ "ХПІ", 2002. – № 2, Ч.1. – С. 89-93.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження, які використано для розробки технології одержання суміші моно-, діацилгліцеринів паралельно з етаноламідами амідуванням соняшникової олії. Проведено співставлення одержаних моноетаноламідів з етаноламідами, які одержані через метилові ефіри.

4. Мельник А.П., Матвєєва Т.В., Папченко В.Ю., Діхтенко К.М., Жуган О.А. Дослідження реакції утворення алкілкарбон – N – (дігідроксіетил)амідів. // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". – Харків: НТУ "ХПІ", 2003. – № 11, Т.2. – С. 64-69.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження кінетики утворення алкілкарбон – N – (дігідроксіетил)амідів амідуванням індивідуальних ацилгліцеринів, проаналізовано результати досліджень, знайдено термодинамічні параметри і запропоновано хімізм реакції.

5. Матвєєва Т.В. Отримання композиції піномиючого засобу // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". – Харків: НТУ "ХПІ", 2003. – № 13. – С. 120-123.

Здобувачем розроблено композицію і досліджено властивості піномиючого засобу з використанням МАГ, ДАГ, АА, виконано аналіз отриманих даних.

6. Мельник А.П., Матвєєва Т.В., Діхтенко К.М. Дослідження кінетики утворення моно-, діацилгліцеринів і алкілкарбонамідів // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". – Харків: НТУ "ХПІ", 2004. – № 13. – С. 119-122.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження кінетики утворення моно-, діацилгліцеринів і моноетаноламідів амідуванням індивідуальних ацилгліцеринів - етаноїлгліцеринів, знайдено термодинамічні параметри реакцій і порівняно їх з параметрами реакцій амідування соняшникової олії, проаналізовано результати досліджень.

7. Мельник А.П., Матвєєва Т.В., Панченко В.Ю. Отримання моно-діацигліцеридів з триацилгліцеридів соняшникової олії // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". – Харків: НТУ "ХПІ", 2004. – № 41. – С. 56-60.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження, які використано для розробки наукових основ видалення моно-, діацилгліцеринів з реакційної суміші, яка отримана амідуванням соняшникової олії. Проведено оптимізацію процесу.

8. Матвєєва Т.В. Поверхнево-активні властивості алкілкарбон-N- (гідроксіетил)амідів соняшникової олії // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". – Харків: НТУ "ХПІ", 2003. – № 11, Т.2. – С. 60-63.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження властивостей алкілкарбон-N- (гідроксіетил)амідів соняшникової олії, які отримано амідуванням соняшникової олії, проаналізовано результати дослідження, зроблено висновки.

9. Мельник А.П., Молоканова Т.В., Слесар П.Ф., Шашора Л.Д. Исследование кинетики образования производных алкилкарбонамидов // Зб. наук. пр. Харківського державного політехнічного університету „Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. – Харків: ХДПУ, 1998. – Вип. 6, Ч.3.- С. 343-345.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження кінетики утворення похідних алкілкарбонамідів (при відношенні вихідних реагентів 1:1) амідуванням соняшникової олії, проаналізовано результати досліджень, знайдено термодинамічні параметри реакції.

10. Мельник А.П., Молоканова Т.В. Дослідження утворення алкілкарбон – N – гідроксіетиламідів із жирів // Пр. міжнар. наук.-техн. конф. „Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. – Харків: ХДПУ, 1997. – Ч.4. - С. 283.

Здобувачем проведено експериментальні кінетичні дослідження утворення алкілкарбон – N – (гідроксіетил)амідів амідуванням соняшникової олії, проаналізовано результати досліджень.

11. Матвєєва Т.В. Технологія одержання і оцінка властивостей алкілкарбон – N – (гідроксіетил)амідів. // Анотації доповідей міжнародної науково-практичної конференції „Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. – Харків: НТУ „ХПІ”, 2003. - С. 391.

Здобувачем проведено оцінку поверхнево-активних властивостей алкілкарбон – N – (дігідроксіетил)амідів, які отримано паралельно з моно-, діацилгліцеринами амідуванням соняшникової олії, проаналізовано результати досліджень і зроблено висновки.

12. Матвєєва Т.В. Дослідження отримання моногліцеридів з ацилгліцеринів соняшникової олії // Анотації доповідей міжнародної науково-практичної конференції „Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. – Харків: НТУ „ХПІ”, 2004. - С. 501.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження по видаленню моноацилгліцеринів з реакційної суміші, яка отримана амідуванням соняшникової олії і проведена оцінка їх фізико-хімічних властивостей, проаналізовано результати досліджень.