Различные теории мелассообразования
25-04-2017, 19:28
Большие потери сахара в мелассе побудили исследователей выполнить очень много работ в поисках причин мелассообразования.
Вопрос остается актуальным и в настоящее время: ему был посвящен один из двух главных вопросов на последнем XII Международном конгрессе по химии и технологии сахарной промышленности в Париже в 1963 г.
Наиболее старинной является механическая теория мелассообразования, представители которой (Шейблер) считали, что сахар перестает кристаллизоваться, потому что вязкость, нарастающая с понижением Ч мелассы, мешает молекулам сахара двигаться и откладываться на грани кристаллов. Однако не раз указывали (Крассен, Герцфельд и др.), что вязкость все же не останавливает кристаллизацию, а лишь замедляет ее.
Многочисленная группа исследователей (Герцфельд, Жуков, Лебедев, Классен, Браун) стремилась найти основание для объяснения образования мелассы, изучая влияние различных химических соединений, а также и смеси несахаров, содержащейся и мелассе, на растворимость сахара, т. е. на коэффициент ?'. Таким образом, они пытались дать как бы физико-химическую теорию мелассообразования. Несахара, повышающие растворимость сахара, они называли положительными мелассообразователями, а понижающие растворимость — отрицательными мелассо-образователями. Нашли, что соли кальция обычно являются отрицательными, а соли калия и натрия — положительными мелассообразователями. Оказалось, что малое количество несахаров при более низкой температуре (30—50° С) обычно даже уменьшает растворимость сахара, очевидно, связывая часть воды и как бы «высаливая» сахар. Однако при повышении температуры и концентрации несахара мелассообразующее действие быстро растет: «сродство» несахара к сахару начинает преобладать по сравнению со сродством к воде.
Однако все эти очень интересные исследования все же не объясняют явления мелассообразования: несахара повышают несколько растворимость сахара, но никак не прекращают его кристаллизации. Кроме того, и в присутствии избытка ярко выраженных «отрицательных» мелассообразователей (например, инвертного сахара) в тростниковой мелассе все-таки образуется меласса. Нет ответа на главный вопрос: сколько же сахара уводит с собой в мелассу 1 кг каждого из несахаров?
На этот вопрос дают весьма разнообразные ответы представители теорий, которые можно бы назвать химическими. Авторы их, изучая многочисленные анализы меласс, пытаются просто угадать, какие же из несахаров повинны в потерях сахара в мелассе. Так, проф. Андрлик считал мелассообразователем вредный азот и пытался вычислить потери сахара в мелассе умножая вредный азот свеклы на 25. Однако оказалось, что в действительности в мелассе на одну часть азота приходится весьма различное количество сахара — от 20 до 40 частей.
Как известно, сахароза с металлами может давать сахаратьь Вероятно, на этом основании существует весьма старинное мнение, что мелассообразователем является минеральная часть свеклы — «вредная», т. е. неудаляемая зола, и что на одну часть золы теряется пять частей сахара (такого мнения придерживался, например, проф. Смоленский). Оказалось, что и здесь в действительности отношение сахара и золы в мелассе сильно колеблется.
Известно также, что меласса, зола которой содержит больше кальция, всегда имеет меньшую чистоту. На этом основании проф. Дедек внес поправку. Он утверждает, что сахароза в мелассе удерживается от кристаллизации не кальцием, а лишь калием и натрием, причем на каждый атом того и другого остается в мелассе одна молекула сахарозы. Эта теория кажется более вероятной и удерживается в различных вариантах до последнего времени, однако ей противоречит общеизвестный факт увеличения потерь сахара в мелассе к концу производства, хотя количество калия и натрия в свекле, конечно, при хранении ее не увеличивается. Кроме того, в рафинадной мелассе в России на один атом щелочных металлов приходится не одна, а четыре молекулы сахарозы. Очевидно, свести вопрос о мелассообразовании лишь к связывающему сахар действию калия и натрия тоже нельзя.
Химические теории мелассообразования имеют два общих недостатка. Во-первых, трудно сделать правильные выводы из многочисленных анализов меласс, так как эти мелассы несравнимы, их чистота зависела от качества работы того или иного завода и это мешало определить роль качества несахаров. Во-вторых, неправильна и догматична самая постановка вопроса, попытка приписать все мелассообразовательное действие какому-нибудь одному виду несахаров, тогда как, может быть, в мелассообразовании в различной степени участвуют все несахара.
Из изложенных выше вопросов кристаллизации последнего утфеля складывается новое представление о мелассообразовании, которое можно бы назвать механико-физико-химическим, так как в нем учитывается и вязкость мелассы, затрудняющая фуговку и приводящая к понятию о нормальных СВ и нормальной чистоте; учитывается и влияние несахара на растворимость сахара, т. е. коэффициент насыщения. Все это ясно видно из формулы для чистоты мелассы.
Коэффициенты насыщения для различных меласс колеблются в широких пределах. Поэтому именно столь различна и нормальная чистота меласс. Допустим, однако, что мы имеем несахара, не влияющие на растворимость сахара (?' = 1); они, следовательно, по терминологии Герцфельда, не являются мелассообразователями. Будем ли мы в этом случае тоже получать мелассу, хотя никакой несахар не связывает сахара и не мешает ему кристаллизоваться? С нашей точки зрения мы будем иметь и мелассу, и потери сахара в ней. Ведь мелассой мы называем насыщенный раствор сахара (при 40° С) с примесью несахаров, имеющий концентрацию 82,0% (рефрактометрическое определение без разбавления). В таком растворе содержится 18,0% воды; так как в одной части воды растворяется при 40° С 2,37 части сахара, то будем иметь в растворе 18,0*2,37 = 42,66% сахара (если бы коэффициент насыщения отличался от 1, то пришлось бы умножить и на него). Следовательно, нормальная qn мелассы при отсутствии несахаров, связывающих сахар, будет
Таким же подсчетом легко убедиться, что и в присутствии «отрицательных» мелассообразователей (?'<1) тоже будем иметь мелассу, но с qn ниже 52,0 (например, на тростниковосахарных заводах, где инвертный сахар значительно снижает растворимость сахарозы).
Всякий несахар, хотя бы и не связывающий сахара, своим присутствием повышает содержание сухих веществ; наконец, получается такой вязкий раствор, что дальнейшая кристаллизация сахара, хотя и возможна, но делается бесцельной, так как вязкий раствор не удается отделить от сахара при помощи центрифуги. Этот раствор и будет мелассой. Отсюда видно, что никак нельзя решать вопрос о потерях сахара в мелассе догматически и все приписывать связывающей способности каких-то определенных несахаров. Все несахара являются мелассообразователями.
Вопрос остается актуальным и в настоящее время: ему был посвящен один из двух главных вопросов на последнем XII Международном конгрессе по химии и технологии сахарной промышленности в Париже в 1963 г.
Наиболее старинной является механическая теория мелассообразования, представители которой (Шейблер) считали, что сахар перестает кристаллизоваться, потому что вязкость, нарастающая с понижением Ч мелассы, мешает молекулам сахара двигаться и откладываться на грани кристаллов. Однако не раз указывали (Крассен, Герцфельд и др.), что вязкость все же не останавливает кристаллизацию, а лишь замедляет ее.
Многочисленная группа исследователей (Герцфельд, Жуков, Лебедев, Классен, Браун) стремилась найти основание для объяснения образования мелассы, изучая влияние различных химических соединений, а также и смеси несахаров, содержащейся и мелассе, на растворимость сахара, т. е. на коэффициент ?'. Таким образом, они пытались дать как бы физико-химическую теорию мелассообразования. Несахара, повышающие растворимость сахара, они называли положительными мелассообразователями, а понижающие растворимость — отрицательными мелассо-образователями. Нашли, что соли кальция обычно являются отрицательными, а соли калия и натрия — положительными мелассообразователями. Оказалось, что малое количество несахаров при более низкой температуре (30—50° С) обычно даже уменьшает растворимость сахара, очевидно, связывая часть воды и как бы «высаливая» сахар. Однако при повышении температуры и концентрации несахара мелассообразующее действие быстро растет: «сродство» несахара к сахару начинает преобладать по сравнению со сродством к воде.
Однако все эти очень интересные исследования все же не объясняют явления мелассообразования: несахара повышают несколько растворимость сахара, но никак не прекращают его кристаллизации. Кроме того, и в присутствии избытка ярко выраженных «отрицательных» мелассообразователей (например, инвертного сахара) в тростниковой мелассе все-таки образуется меласса. Нет ответа на главный вопрос: сколько же сахара уводит с собой в мелассу 1 кг каждого из несахаров?
На этот вопрос дают весьма разнообразные ответы представители теорий, которые можно бы назвать химическими. Авторы их, изучая многочисленные анализы меласс, пытаются просто угадать, какие же из несахаров повинны в потерях сахара в мелассе. Так, проф. Андрлик считал мелассообразователем вредный азот и пытался вычислить потери сахара в мелассе умножая вредный азот свеклы на 25. Однако оказалось, что в действительности в мелассе на одну часть азота приходится весьма различное количество сахара — от 20 до 40 частей.
Как известно, сахароза с металлами может давать сахаратьь Вероятно, на этом основании существует весьма старинное мнение, что мелассообразователем является минеральная часть свеклы — «вредная», т. е. неудаляемая зола, и что на одну часть золы теряется пять частей сахара (такого мнения придерживался, например, проф. Смоленский). Оказалось, что и здесь в действительности отношение сахара и золы в мелассе сильно колеблется.
Известно также, что меласса, зола которой содержит больше кальция, всегда имеет меньшую чистоту. На этом основании проф. Дедек внес поправку. Он утверждает, что сахароза в мелассе удерживается от кристаллизации не кальцием, а лишь калием и натрием, причем на каждый атом того и другого остается в мелассе одна молекула сахарозы. Эта теория кажется более вероятной и удерживается в различных вариантах до последнего времени, однако ей противоречит общеизвестный факт увеличения потерь сахара в мелассе к концу производства, хотя количество калия и натрия в свекле, конечно, при хранении ее не увеличивается. Кроме того, в рафинадной мелассе в России на один атом щелочных металлов приходится не одна, а четыре молекулы сахарозы. Очевидно, свести вопрос о мелассообразовании лишь к связывающему сахар действию калия и натрия тоже нельзя.
Химические теории мелассообразования имеют два общих недостатка. Во-первых, трудно сделать правильные выводы из многочисленных анализов меласс, так как эти мелассы несравнимы, их чистота зависела от качества работы того или иного завода и это мешало определить роль качества несахаров. Во-вторых, неправильна и догматична самая постановка вопроса, попытка приписать все мелассообразовательное действие какому-нибудь одному виду несахаров, тогда как, может быть, в мелассообразовании в различной степени участвуют все несахара.
Из изложенных выше вопросов кристаллизации последнего утфеля складывается новое представление о мелассообразовании, которое можно бы назвать механико-физико-химическим, так как в нем учитывается и вязкость мелассы, затрудняющая фуговку и приводящая к понятию о нормальных СВ и нормальной чистоте; учитывается и влияние несахара на растворимость сахара, т. е. коэффициент насыщения. Все это ясно видно из формулы для чистоты мелассы.
Коэффициенты насыщения для различных меласс колеблются в широких пределах. Поэтому именно столь различна и нормальная чистота меласс. Допустим, однако, что мы имеем несахара, не влияющие на растворимость сахара (?' = 1); они, следовательно, по терминологии Герцфельда, не являются мелассообразователями. Будем ли мы в этом случае тоже получать мелассу, хотя никакой несахар не связывает сахара и не мешает ему кристаллизоваться? С нашей точки зрения мы будем иметь и мелассу, и потери сахара в ней. Ведь мелассой мы называем насыщенный раствор сахара (при 40° С) с примесью несахаров, имеющий концентрацию 82,0% (рефрактометрическое определение без разбавления). В таком растворе содержится 18,0% воды; так как в одной части воды растворяется при 40° С 2,37 части сахара, то будем иметь в растворе 18,0*2,37 = 42,66% сахара (если бы коэффициент насыщения отличался от 1, то пришлось бы умножить и на него). Следовательно, нормальная qn мелассы при отсутствии несахаров, связывающих сахар, будет
qn = 42,66*100/82,0 = 52,0.
Таким же подсчетом легко убедиться, что и в присутствии «отрицательных» мелассообразователей (?'<1) тоже будем иметь мелассу, но с qn ниже 52,0 (например, на тростниковосахарных заводах, где инвертный сахар значительно снижает растворимость сахарозы).
Всякий несахар, хотя бы и не связывающий сахара, своим присутствием повышает содержание сухих веществ; наконец, получается такой вязкий раствор, что дальнейшая кристаллизация сахара, хотя и возможна, но делается бесцельной, так как вязкий раствор не удается отделить от сахара при помощи центрифуги. Этот раствор и будет мелассой. Отсюда видно, что никак нельзя решать вопрос о потерях сахара в мелассе догматически и все приписывать связывающей способности каких-то определенных несахаров. Все несахара являются мелассообразователями.