книги из ГПНТБ / Зубченко А.В. Новое в кинетике кристаллизации сахара

Рис. 41. Зависи­ мость коэффициен­ та насыщения «' от отношения неса­ хар/вода:

/ — в сахаро-паточном растворе - при темпе­ ратурах 20. 30 и 50°С; ! — сахаро-ннверт- ном растворе при тем*

Коэффициенты насыщения и отношения несахар (в том числе редуцирующие вещества)/вода при различных температурах для системы сахароза—инвертный сахар—вода (сахароза в твердой фазе)

перехода, оказалась не концентрация примеси С или ее молярный объем V в отдельности, а их произведение CV. При навесках глюкозы и мальтозы 5 г С1/=|3,Э1 моль/см3 , а при Юг CV=\Q,&2 моль/см3 .

Учитывая коэффициент насыщения по калибровочным кривым, легко определить концентрацию сахаро-глюкоз- но-мальтоз:ных растворов, имеющих одинаковый коэффи­ циент пересыщения с растворами чистой сахарозы. Это позволяет сравнить кинетику кристаллизации при одина­ ковых условиях в разных по составу растворах.

Раствор заливали в кристаллизатор и выдерживали при температуре 50° С. Во время кристаллизации раство­ ры перемешивали стеклянной мешалкой с частотой вра­ щения 500 об/мин. При наличии глюкозы и мальтозы ки­ нетика кристаллизации сахарозы значительно отличается

в растворе латентный период кристаллизации увеличи­ вается, кривые a (tj растягиваются, наклон их к оси абс­ цисс уменьшается. Можно предсказать, что мальтоза бо­ лее сильно тормозит кристаллизацию сахарозы, чем .глю­ коза (в сравнимых дозах).

С/Ч—1—I I I I I 1 I 1 I I I

0 10 20 30 40 50 60 W 80 90 100 L мин

Рис. 43. Изменение коэффициента пересыщения во ' времени при кристаллизации саха.розы при темпе­ ратуре 50° С из растворов с добавлением (в г на

1Ш г сахарозы):

82

Рис. 44. Изменение отно­ сительной массы кристал­ лов во времени при. тем­ пературе 50° С и различ­ ных добавках (в г на

ГОО г сахарозы):

/ — мальтозы 10; 2 — г л ю к о ­

0 10 20 30 кО 50 60 70 80 90 t.MUb

э(еИо&м3-с

скорость образования центров кристаллизации в еа>хароглкжозных и сахаро-мальтозных растворах [52]. Как,вид­ но на рис. 45, функции /-(в) проходят через максимум. Следовательно, процесс твозникновения новой, фазы в этих растворах лимитируется релаксационным и концен-

трационным факторами и должен удовлетворять уравне­ нию (96)

Установлено, что добавление в пересыщенные раство­ ры сахарозы небольших количеств .глюкозы или мальто­ зы увеличивает кинетический коэффициент В и величи­ ну х (см. табл. 21). Видимо, они связаны с-энергией эк-, ч'ивации системы, а последняя с увеличением вязкости раствора растет, что видно из формулы Френкеля (41).

Для установления такой связи определяли вязкость г| сахаро-глкжозных растворов вискозиметром Пинкевича

84-

ВПЖ-2. Полученные значения вязкости в интервале тем­ ператур 40—60° С позволили по уравнению (41) вычис­ лить энергию активации (табл. 16).

Т а б л и ц а 16

Вязкость и энергия активации вязкости для сахаро-глюкозных растворов при температуре 40—60°С

Таким образом, увеличение В вызывается ростом энергии активации вязкости в растворах с добавлениями глюкозы и мальтозы. Оценивая роль вязкости при кри­ сталлизации, лучше исходить из энергетических представ­ лений о вязкостном течении жидкостей вообще и раст­ воров в частности [45].' Хотя физический смысл AU ери кристаллизации нельзя считать вполне выясненным, энер­ гию активации вязкости естественно связывать с величи­ ной и характером меж молекулярных сил.

Величина г) нечистых сахарных растворов зависит от температуры, содержания сухих веществ и состава при­ месей. При изменении концентрации раствора меняется наклон полученных нами кривых In r\=f (1/7"). Следова­ тельно, величина AU зависит от концентрации и темпера­ туры раствора. Для растворов с разными концентрацией и.температурой энергию активации вязкости можно опре­ делить по уравнению

85

Учитывая влияние вязкости раствора, можно получить лучшее стремление экспериментальных кривых /-(в) по уравнению (96). Представим его в таком виде:

In / (/) 4- ijt + Д UjRT = In Вх — D/Ins С/С~ .

Иопользуя зависимость AU от С, можно учесть влия­ ние вязкости ,на кинетику кристаллизации (рис. 49). При

Сравнивая эти выражения, видим, что при добавле­ нии в раствор сахарозы глюкозы меняются все кинетиче­ ские .параметры кристаллизации. Больше других меняет­ ся величина Ви затем x/t, £>/1п2С/Ссо, а меньше всего — отношение AU/RT. Значит, вязкость раствора сахарозы, увеличивающаяся в результате добавления глюкозы, не кграет главной роли в уменьшении скорости возникнове-

87

ния центров кристаллизации. / (0) уменьшается в основ­ ном за счет увеличения времени релаксации процесса и межфазной (поверхностной энергии.

•Молекулы воды по отношению к кристаллу сахарозы будут цоверхностно-актив-ными. В растворе сахарозы с добавлением глюкозы содержание воды меньше, чем.в чистом растворе сахарозы, что и является причиной уве­ личения ст.

Повышенная устойчивость против кристаллизации са­ харозы в многокомпонентных растворах становится еще более понятной, если сравнить радиусы зародышей кри-

88

(табл. 17—20). Центры кристаллизации, находящиеся в- равновесии с окружающей средой в растворах сахарозы с добавлениями других С а х а р о в , имеют значительно б о л ь ­ ший размер, чем в чистом растворе при тех же парамет­ рах окружающей среды.

|В1ЛИ|Я!НИЕ К Р А Х М А Л Ш а И ПАТОКИ

Нами исследовалось влияние на кинетику образова­ ния центров кристаллизации сахарозы не только состав­ ных частей краниальной патоки, «о и ее самой. Выбран­ ный образец кукурузной патоки имел следующие пока­ затели:

89>