47. Процеси сорбції-десорбції.

Сорбцією називають процес поглинання будь-якою рідиною, поверхнею твердого тіла або поверхнею поділу фаз газів, парів чи розчинених речовин із газових або рідких сумішей. Речовини-поглиначі називають сорбентами, речовини, що поглинаються, — сорбтивами. Характерна особливість сорбентів — їх селективність, тобто здатність вибірково поглинати тільки певні компоненти, що дає змогу добором сорбентів очищати різноманітні суміші або вловлювати з них потрібні речовини.У харчових виробництвах використовують такі сорбційні процеси.Абсорбція — процес поглинання певного компонента (чи групи близьких за властивістю компонентів) газової або парової суміші всім об'ємом рідкого поглинача. Адсорбція — це поглинання певного компонента із газової суміші або розчину поверхнею твердого тіла — адсорбенту. При адсорбції із суміші двох або більше компонентів між ними виникає конкуренція за місце в сорбенті, внаслідок якої молекули із сильнішим силовим полем витісняють молекули із слабкішим полем і займають їхні місця.Іонний обмін — це поглинання певних іонів із розчинів електролітів в обмін на однойменні іони, що містяться в поверхневому шарі твердого сорбенту — іоніту. Процеси іонного обміну можна назвати іоносорбцією.Десорбція — процес виділення ввібраної речовини із сорбента, тобто про­цес, протилежний сорбції. У техніці десорбцією називають процеси, проти­лежні абсорбції та адсорбції. Відновлення абсорбентів виділенням увібраної речовини називають регенерацією.Використовуючи сорбційно-десорбційні цикли, тобто виконуючи послідовно процеси сорбції, десорбції, потім знову сорбції і т.д., досягають багаторазового використання сорбентів і зниження витрат на їх виробництво. Хемосорбція — сорбційний процес, при якому поглинання речовини суп­роводжується хімічною реакцією. Цей процес незворотний, і поглинач не може бути відновленим. Іноді хімічні зв'язки можуть бути слабкими, а хімічні сполуки — неміцними, і встановити чітку відмінність між хімічною і фізичною сорбцією вдається з великими труднощами.Процеси сорбції широко застосовують у харчових виробництвах. Прикладами промислового використання абсорбції є процес уловлювання водою спиртової пари із газів бродіння в спиртовому виробництві й виноробстві, насичення діоксидом вуглецю води, пива та інших напоїв, збагачення кис­нем живильних середовищ для вирощування дріжджів і мікроорганізмів, при­готування сірчистої кислоти завдяки поглинанню сірчистого газу водою в крохмальному виробництві.

Прикладами десорбції можуть бути деаерація води, що живить парові котли, виділення аміаку із конденсатів випарних установок цукрового виробництва, дезодорація в олієжировому виробництві, яка полягає у видаленні з харчових жирів і олій летких речовин, що надають їм небажаного запаху і присмаку.

48. Закономірності кристалізації сахарози та лактози залежно від ступеня пересиченості.

Кристалізація — це масообмінний процес утворення твердої фази у ви­гляді кристалів з розчинів, розплавів, газів чи пари.Кристал — це тверде тіло, в якому молекули простих елементів або сполук розміщені в певному порядку і об'єднані між собою завдяки їх молекулярному спорідненню, утворюючи кристалічну решітку.Розчин, концентрація якого менша за рівноважну, називають ненасиченим, а розчин, концентрація якого більша за рівноважну, — пересиченим.Розчинність с0 виражають у відсотках до маси розчину або кількістю частин розчиненої речовини на одну частину розчинника. Наприклад, розчинність цукрози при 20 °С становить 66,92 %, або на одну частину води припадає 2,023 частини цукрози.У харчовій промисловості кристалізація речовин здійснюється здебіль­шого із пересичених розчинів. За допомогою кристалізації одержують цу­кор, глюкозу, лактозу, фруктозу, лимонну кислоту, соду тощо.Концентрація розчину, наприклад цукрового, може бути виражена по-різному, залежно від мети розрахунку:вміст розчиненої речовини — в кілограмах на 1 кг розчинника (кг/кг розчинника);масова концентрація розчиненої речовини — в кілограмах на 1 кг розчину (кг/кг розчину);масова концентрація сухих речовин — у відсотках, що показує, скільки кілограмів сухих речовин міститься в 100 кг розчину;молярна концентрація — у молях на 1 кг розчинника (моль/кг розчинника) і показує, скільки молів розчиненої речовини міститься в 1 кг розчинника;об'ємна концентрація — у кілограмах на 1 м3 розчину (кг/м3 розчину) і показує скільки кілограмів розчиненої речовини міститься в 1 м3 розчину.Насичені та ненасичені розчини при постійних характеристиках системи перебувають у стійкому стані. Пересичені розчини, навпаки, нестійкі, тому легко переходять у стан насичення, при якому спостерігається динамічна рівновага між твердою фазою і розчином внаслідок виділення частинок із твердої фази.У згущеному молоці з цукром лактоза кристалізується,згідно з молекулярно-кінетичною теорією, у двома стадіями:зародження і ріст кристалів.

Зародження центрів кристалізації можна уявити як тепловий рух молекул, що спричиняє утворення молекулярних комплексів. Досягнувши критичних розмірів, молекулярні комплекси стають зародками, які мають здатність виростати до кристалів видимого розміру. Процес виникнення зародків кристалів ґрунтується на дифузії. Головною умовою для зародження центрів кристалізації є пересичення розчину. У неохолодженому згущеному молоці молочний цукор перебуває у стані насиченого розчину. В результаті охолодження продукту знижується критична енергія і швидкість руху розчинених часточок, лактоза переходить із насиченого розчину в перенасичений, а далі — кристалізується.

Із пересичених розчинів лактоза кристалізується: при температурі, нижчій як 93 °С – у α-гідратній формі (з однією молекулою кристалізаційної води), при температурі, вищій як 93 °С, – у безводній β-формі. На практиці лактозу отримують із молочної сироватки. Швидким випаровуванням (висушуванням) молочної сироватки під вакуумом отримують аморфну форму лактози (лактоза, що не утворює кристалів), яка дуже швидко поглинає вологу і переходить у α-гідратну форму лактози. α-лактоза має солодший смак, ніж β-форма, легше окиснюється та має кращу розчинність. Тому у технологічних цілях краще отримувати α-лактозу.