Кристаллизация сахара

25-04-2017, 17:36

Пересыщение и кристаллизация. Когда йодный раствор насыщен сахаром (т. с. коэффициент пересыщения ?=1,0), то кристалл сахара в нем и не растет, и не растворяется. Такой насыщенный раствор можно назвать стабильным, т. е. устойчивым.
Если раствор немного пересыщен, т. е. ?>1 (но не больше 1,1), то кристалл сахара в нем растет, но новых центров кристаллизации не образуется. Такой раствор называется метастабильным (т. е. по концентрации выше стабильного).
Скорость кристаллизации тем больше, чем больше коэффициент пересыщения ? превышает единицу. Например, при ?=1,06 сахар будет кристаллизоваться в 3 раза быстрее, чем при ?=1,02, так как
1,06-1,00/1,02-1,00 = 3.

При значительном пересыщении, при ?=1,2 и больше, кристаллы сахара, внесенные в раствор, не только сами растут, но постепенно образуются и новые кристаллы, которые также начинают расти.
Такие растворы называются лабильными, т. е. неустойчивыми. При промежуточных пересыщениях — между 1,1—1,2 — тоже образуются и новые кристаллы, но значительно медленнее.
«Заводка» кристаллов. Если раствор некоторых веществ, а особенно сахарозы, не содержит готовых кристаллов, то первые центры кристаллизации появляются лишь с большим трудом, хотя бы раствор и был уже сгущен до Значительного пересыщения (например, до ?=1,20 и выше). Поэтому для начала образования кристаллов в раствор сахара, сгущенный до лабильной области (?=1,20), обычно вводят «затравку» в виде небольшого количества сахарной пудры. Затравка немедленно вызывает образование новых кристаллов сверх тех кристаллов, которые в ней содержатся. Это называется «заводкой» кристаллов.
Форма кристаллов сахарозы. Сахар кристаллизуется в клиноромбической или в моноклинической системе. Ось наклонена под углом 103° 30'. Кристалл сахара весьма сложен: он представляет собой комбинацию шести кристаллографических форм (рис. 140).
Кристаллизация сахара

Состав утфеля и оттека. Если известен состав утфеля и коэффициент пересыщения межкристальной жидкости, можно легко вычислить, сколько сахарозы остается еще в растворе и сколько ее находится в утфеле уже в виде кристаллов, какова чистота межкристальной жидкости (межкристального оттека) и каков его процентный состав.
Допустим, например, что утфель I кристаллизации имеет следующий состав: СВ = 92,5; СХ = 83,3; Ч = 90,0. Пусть температура утфеля в конце уваривания 80,0° С, коэффициент пересыщения оттека ?=1,10 и коэффициент насыщены и ?'=1,01.
Содержание воды на 100 кг утфеля 100—92,5= 7,5 кг. По таблице растворимости сахарозы (см. Приложение, табл. 2) найдем, что при температуре 80° С в 1 кг воды растворяется Н — 3,70 кг сахара. Но так как ?=1,01 и ?=1,10, то на 1 кг воды будем иметь в растворе
3,70*1,01*1,10 = 4,11 кг сахара.

Всего же на 100 кг утфеля, т. е. на 7,5 кг воды, окажется сахара в растворе 4,11*7,5 = 30,8 кг. Весь остальной сахар будет находиться в утфеле в виде кристаллов. Итак, на 100 кг утфеля выкристаллизовалось 83,3—30,8 = 52,5 кг сахара.
В межкристальном оттеке останется: сахара 30,8 кг; несахара 92,5—83,3 = 9,2 кг; воды 7,5 кг. Масса сухих веществ оттека 30,8+9,2 = 40,0 кг. Ч = 30,8*100/40,0 = 77,0%. Масса оттека 40,0+7,5 = 47,5 кг. Можно вычислить и процентный состав межкристального оттека.

Окончательное сгущение утфеля в конце уваривания до высокой концентрации имеет большое значение, так как каждый килограмм воды, оставленной в утфеле, удерживает в растворе больше 4 кг сахара.
Эффект кристаллизации при принятых в нашем примере условиях оказывается довольно высоким: из 83,3 кг сахара (на 100 кг утфеля) оказалось в виде кристаллов 52,5 кг, т. е. 52,5*100/83,3 = 63,0% от содержащегося в утфеле сахара.
Вследствие выкристаллизовывания сахара Ч оттека оказалась ниже, чем утфеля, на 90,0—77,0 = 13,0% (это снижение часто также называют эффектом кристаллизации).