добування сахарози із цукрового буряка

Промислове добування цукру істотно відрізняється від інших виробництв, які ви вже вивчали. Раніше розглядалися такі виробництва, коли цільовий продукт отримують із вихідних речовин шляхом їхніх хімічних перетворень. Сахарозу (цукор) не треба добувати хімічно, вона є в буряці, її лише необхідно виділити. Хімічні процеси тут спрямовані на те, щоб викристалізувати сахарозу в якомога більш чистому вигляді. Ці процеси полягають ось у чому.

Насамперед, потрібно найбільш повно добути цукор з буряка за допомогою води. Задля цього буряк у механічних бурякорізках перетворюють на тонку стружку й обробляють її водою в дифузорах, добуваючи цукор. З отриманого розчину ще не можна безпосередньо виділити цукор, тому що домішки, які надходять із буряка,— органічні кислоти, білки, барвники тощо,— сильно забруднюють цукор і заважають його кристалізації.

Отже, далі постає найбільш складне завдання — очистити розчин сахарози від домішок. Для цього його насамперед обробляють вапняним молоком. Під дією кальцій гідроксиду органічні кислоти та інші домішки осаджуються з розчину. Тим часом сахароза залишається в розчині, тому що дає з кальцій гідроксидом розчинний сахарат.

Із сахарату знову потрібно виділити сахарозу. Цього досягають шляхом обробки розчину карбон(IV) оксидом, який осаджує кальцій карбонат. Звільнений від осаду розчин цукру випарюють і піддають кристалізації. Так виходить цукровий пісок. Частина його після додаткового очищення йде на виробництво рафінаду.

Донедавна для добування цукру з буряка застосовували дифузори періодичної дії. Це ряд послідовно з’єднаних апаратів, в які завантажують подрібнений буряк. Через апарати пропускають воду, яка, проходячи через них, збагачується цукром. Після добування цукру водою дифузори завантажують новою порцією бурякової стружки. Зараз використовують дифузори безперервної дії, що істотно підвищує продуктивність праці.

крохмаль і целюлоза

Фізичні властивості крохмалю і целюлози

Крохмаль — це аморфний порошок з характерним хрускотом (картопляного крохмалю), нерозчинний у воді у звичайних умовах. При потраплянні в гарячу воду зерна крохмалю сильно

набухають, їхні оболонки розриваються, утворюється колоїдний розчин.

Целюлоза являє собою волокнисту речовину білого кольору, не розчинну у воді. На відміну від крохмалю, целюлоза зовсім не взаємодіє з водою навіть при кип’ятінні. Чиста целюлоза в нашому житті зустрічається у вигляді вати.

Будова молекул крохмалю й целюлози

Найпростіша формула крохмалю (і целюло-

зи) — (C6H10O5 )n . У цій формулі значення n — від кількох сотень до кількох тисяч. Отже, крох-

маль — це природний полімер, що складається з багаторазово повторюваних структурних ланок C6H10O5. Він складається з молекул двох типів. Із цієї причини крохмаль навіть вважають сумішшю двох речовин — амілози та амілопектину. Амілоза (її в крохмалі 20%) має лінійні молекули й більш розчинна. Молекули амілопектину (його 80 %) розгалужені,

івін менш розчинний у воді. Ці молекули відрізняються й за відносною молекулярною масою: для лінійних молекул (амілози) вона сягає близько сотень тисяч, для розгалужених молекул (амілопектину) — кількох мільйонів.

Найпростіша й молекулярна формули целюлози аналогічні до формул крохмалю. Очевидно, що при однаковому складі ці речовини істотно відрізняються за властивостями. Порівняно із крохмалем у целюлози більш висока відносна молекулярна маса. Причина міцності й нерозчинності целюлози полягає в тому, що вона має просторову тривимірну структуру. Однак целюлоза не має не тільки тривимірної, але й розгалуженої структури. Але в цьому й полягає причина міцності молекул целюлози, тому що вони мають лінійну структуру,

іокремі макромолекули розташовані упорядковано щільно одна до одної. Унаслідок цього значно зростає сила міжмолекулярної взаємодії між окремими макромолекулами. Між упорядковано розташованими макромолекулами целюлози встановлюються численні водневі зв’язки: атоми Оксигену гідроксильних груп однієї молекули електростатично взаємодіють із атомами Гідрогену гідроксильних груп іншої молекули. Із цієї ж причини целюлоза утворює міцні волокна, що не характерно для крохмалю. Тим часом у крохмалі більшість молекул має розгалужену будову, тому можливостей для встановлення водневих зв’язків менше.

Молекули крохмалю складаються із залишків

α-глюкози, а целюлози — із залишків молекул

β-глюкози. У цьому також полягає причина відмінностей хімічних властивостей крохмалю та целюлози:

хімічні властивості крохмалю й целюлози

1. Комплексоутворення крохмалю з йодом.

Властивість крохмалю утворювати синє забарвлення з йодом використовують як якісну реакцію для виявлення крохмалю. З йодом реагує здебільшого амілоза, утворюючи забарвлену сполуку. Молекула амілози у вигляді спіралі оточує молекули йоду, при цьому навколо кожної молекули йоду виявляється шість глюкозних залишків. Нагрівання руйнує такий комплекс, і забарвлення зникає.

2. Гідроліз.

Для сахарози була характерною реакція гідролізу. Така сама властивість притаманна

й крохмалю. При тривалому кип’ятінні крохмалю в присутності кислоти (найчастіше сульфатної) молекули піддаються гідролізу. Причому кінцевим продуктом гідролізу є тільки α -глюкоза. Однак процес гідролізу відбувається ступінчасто з утворенням проміжних продуктів гідролізу. Ступінчастий процес гідролізу може бути виражений наступною схемою:

Аналогічну властивість має й целюлоза. Однак гідроліз целюлози проходить у більш жорстких умовах, і кінцевим продуктом гідролізу є β -глюкоза.

Проміжні продукти гідролізу целюлози не становлять особливого інтересу, тому їх можна не зазначати й рівняння реакції складати в сумарному вигляді:

(C6H10O5 )n +nH2O →nC6H12O6 . 3. Термічне розкладання.

При нагріванні деревини до високої температури без доступу повітря виділяється досить

велика кількість продуктів. Окрім вуглецю й води, утворюються рідкі продукти, зокрема й метиловий спирт (який саме тому й називають деревним спиртом), ацетон, оцтова кислота.

4. Естерифікація.

Оскільки залишки глюкози, що входять до складу целюлози, зберігають гідроксильні групи, то вона здатна вступати в реакцію естерифікації

зкислотами.

Укожній ланці целюлози містяться три гідроксильні групи. Усі вони можуть вступати в реакції утворення естерів. У звичайній формулі целюлози ці гідроксильні групи виділяють так:

C6H7O2 (OH)3 n .

Найбільше значення мають естери целюлози з нітратною кислотою (нітроцелюлоза) та оцтовою кислотою (ацетилцелюлоза).

C6H7O2 (OH)3 n + nHNO3 →

→ C6H7O2 (OH)2 NO2 n + nH2OC6H7O2 (OH)3 n + nCH3COOH →

→ C6H7O2 (OH)2 CH3COO n + nH2O.

застосування крохмалю

Крохмаль — це основний вуглевод нашої їжі; безпосередньо він, подібно до жирів, організмом не засвоюється. Гідроліз крохмалю під дією ферментів починається в роті при пережовуванні їжі, продовжується в шлунку та кишечнику. Утворена в результаті гідролізу глюкоза всмоктується в кров і надходить у печінку, а звідти — в усі тканини організму. Надлишок глюкози відкладається в печінці у вигляді високомолекулярного вуглеводу глікогену, який знову гідролізується до глюкози в міру витрачання її в клітинах організму.

Для добування глюкози крохмаль нагрівають із розведеною сульфатною кислотою впродовж кількох годин. Коли процес гідролізу закінчиться, кислоту нейтралізують крейдою, утворений осад кальційсульфатувідфільтровуютьірозчинупарюють. При охолодженні з розчину кристалізується глюкоза.

Якщо процес гідролізу не доводити до кінця, то в результаті утворюється густа солодка маса — суміш декстринів та глюкози — патока.

Декстрини, добуті з крохмалю, використовують як клей. Крохмаль застосовують для накрохмалювання білизни: під дією нагрівання гарячою праскою він перетворюється в декстрини, які склеюють волокна тканини й утворюють щільну плівку, що охороняє тканину від швидкого забруднення. Крім того, це полегшує наступне прання, оскільки часточки бруду, зв’язані з декстринами, значно легше змиваються водою.

Крохмаль використовують для виробництва етилового спирту. Під час цього процесу його спо-

чатку гідролізують під дією ферменту, який міститься в солоді, а потім продукт гідролізу зброджують у присутності дріжджів у спирт.

Етиловий спирт, який використовують для промислових потреб (синтез каучуку), добувають синтетичним шляхом з етилену та гідролізом целюлози.

застосування целюлози

Завдяки своїй механічній міцності целюлоза в складі деревини використовується в будівництві, з неї виготовляють усілякі столярні вироби. У вигляді волокнистих матеріалів (бавовни, льону, коноплі) її використовують для виготовлення ниток, тканин, канатів. Виділена з деревини (звільнена від супутніх речовин), целюлоза йде на виготовлення паперу.

Естери целюлози використовують для виготовлення нітролаків, кіноплівки, медичного колодію, штучного волокна та вибухових речовин.

Штучні волокна

З давніх часів люди широко використовують природні волокнисті матеріали для виготовлення одягу та різних виробів домашнього вжитку. Одні із цих матеріалів мають рослинне походження й складаються із целюлози, наприклад льон, бавовна; інші — тваринне походження й складаються з білків, наприклад вовна, шовк.

Волокна

Природні Хімічні

У зв’язку із тим, що останнім часом потреби населення в тканинах і техніці посутньо зросли, волокнистих матеріалів не вистачає. Саме тому волокна стали добувати хімічним способом.

Існує два хімічні способи отримання волокон. Оскільки волокна характеризуються впорядкованим, орієнтованим вздовж осі волокна, розташуванням лінійних макромолекул, то можна взяти природний полімер неупорядкованої структури й шляхом тієї чи іншої обробки переробити в ньому розташування макромолекул, укласти їх в одному напрямку.

Можливий також інший спосіб — добути полімер синтетичним шляхом і потім здійснити в ньому потрібне укладання молекул.