Получение кусков рафинада

25-04-2017, 19:55

Придать сахару кусковую форму можно различными приемами, причем куски сахара не обязательно должны быть кристаллической структуры. Путем сплавления из отдельных кристаллов можно получать куски аморфного сахара. Однако, во-первых, нагревание сахара до температуры плавления, т. е. до 160—180° С, сопровождается значительным разложением и, во-вторых, получаемый расплав способен вновь кристаллизоваться и терять аморфную структуру. К аморфному сахару приближаются имеющие большее распространение леденцы и карамель кондитерского производства. Однако в них содержится вода, правда, в весьма малом количестве — 1—2%, а также сухие вещества добавленной карамельной патоки, которые сильно тормозят возможную кристаллизацию сахара.
Сахарозе в кристаллическом состоянии можно придать кусковую форму различными путями:
- выращиванием крупных монокристаллов размером в несколько сантиметров. Такие кристаллы, которые назывались кандисом, вырабатывались у нас в XIX в. и поступали в продажу. Монокристаллические куски отличаются значительной прочностью. Они очень медленно растворяются и поэтому даже кажутся менее сладкими, чем обычный сахар. В настоящее время у нас в Закавказье и в Средней Азии кустарно готовят громадные кристаллы сахара обычно в виде сростков —друз. Таков, например, сахар «набат» и другие сорта. Имеется ли какая-либо перспектива для более широкого распространения такого сахара (в той или иной модификации) в условиях современного промышленного производства, сказать трудно;
- прессованием сухого сахара-песка или сахарной пудры. Под давлением, превышающим 100 ат (10 Мн/м2), кристаллы сахара дробятся в мельчайший порошок, причем между спрессованными крупинками этого порошка возникает весьма сильное взаимопритяжение.
Метод сухого прессования находит некоторое применение для приготовления из кристаллической глюкозы плоских плиток и таблеток, поступающих в продажу.
В рафинадной промышленности в настоящее время кусковой сахар получают из монокристаллов сцеплением их при помощи сахара же, который дополнительно вводят в промежутки между монокристаллами.
Аналогичные процессы структурообразования широко распространены и в природе, и в технике.
Процесс образования льда из отдельных кристалликов снега, сплошное затвердевание расплавленных металлов в слитки, в которых все же сохраняются монокристаллы, выделившиеся в начале затвердевания, можно рассматривать как примеры таких процессов.
Сюда в некотором отношении близко бетонообразование. Затвердевший цемент, размещенный между кварцевым песком и кусками щебня, весьма прочно соединяет их в механически единое, не имеющее пор целое — бетон. Этот процесс называют цементированием, или цементацией. Мы будем применять этот термин для обозначения рассматриваемого нами процесса образования кусков рафинада. При этом речь идет об аналогии чисто механической независимо от физико-химической сущности затвердевания цемента.
В рафинаде монокристаллы сахара цементируются сахаром же, который выделяется из его раствора. Куски рафинада имеют пористую структуру.
Можно указать на следующие технологические условия, которые осуществляются для придания сахару кусковой формы:
- монокристаллы, которые надлежит соединить в кусок, находятся в неподвижном состоянии;
- весьма желательно сблизить монокристаллы так, чтобы промежутки между ними были возможно меньше;
- монокристаллы должны быть покрыты пленкой раствора сахара;
- вода из раствора удаляется высушиванием, и растворенный сахар выделяется между монокристаллами.
Процесс цементации можно представить себе как процесс сращивания монокристаллов за счет кристаллизации сахара, дополнительно выделяющегося из раствора в твердом виде. При этом предполагается образование сплошной и единой кристаллической решетки, которая включает как монокристаллы, ранее существовавшие отдельно, так и пространство между ними, соответствующее кратчайшим расстояниям. Указанное представление как будто подтверждается несомненным существованием кристаллических двойников сахара и его друзов. В случае существования единой кристаллической решетки для всего куска рафинада силы сцепления были бы силами когезии. При когезии, как известно, строение вещества по обе стороны любой плоскости, рассекающей тело, одинаково. На всем протяжении тела частицы (молекулы) А совершенно одинаково связаны с точно такими же частицами (молекулами) А.
Какова же структура кусочков рафинада? В какой-то мере ее уточнили следующие лабораторные опыты.
1. Сахаром были сцементированы отдельные крупинки кварцевого песка, которые не могли расти за счет сахарного раствора. Более того, цементировалось и вещество вовсе не кристаллическое, но аморфное. Обычное стекло, истолченное в порошок, было перемешано с концентрированным чистым раствором сахара, спрессовано в брусок и высушено. Полученные пористые куски при испытании на раздавливание показали прочность превышающую, а на скорость растворения — равную обычным показателям для рафинада.
2. В качестве цементирующего материала применяли мелассу свеклосахарного производства. В ней хотя и содержится сахар, но кристаллизоваться он не способен. Кристаллики сахара были перемешаны с мелассой, спрессованы и высушены. Полученные куски по раздавливанию и скорости растворения не отличались от обычного рафинада.
3. Довольно крепкий рафинад был получен и без прессования. Магму, состоящую из кварцевого песка, перемешанного с сахарным раствором, заливали в маленькую головную форму и высушивали, прочность образовавшихся кусков была довольно высокой.
Из изложенного можно сделать вывод, что при образовании кусков рост уже имевшихся кристаллов сахара вовсе не влияет на их сцепление либо имеет лишь второстепенное значение. Решающую же роль играет сахар, дополнительно выделяющийся из пленки, который не образует единой кристаллической решетки с кристаллами, но, несомненно, создает среду, по своей структуре несколько обособленную от крупных монокристаллов.
В каком же агрегатном состоянии находится этот дополнительно выделяющийся из пленки сахар: в кристаллическом, в аморфном или в леденцовом растворе, содержащем немного воды?
Чтобы разобраться в этом вопросе, прежде всего нужно отметить, что в современной науке нет резкого противопоставления кристаллического состояния аморфному. Стеклообразное состояние считают более близким к твердому кристаллическому, отличающемуся от него только степенью упорядоченности молекул, чем к состоянию подвижной жидкости.
Несомненно, часть дополнительно выделяющегося из пленки сахара образует самостоятельные кристаллы различных размеров, преимущественно весьма мелких. Эти кристаллики играют роль наполнителя аналогично песку и гравию в бетоне. Однако можно думать, что часть дополнительно выделяющегося сахара не находится в кристаллическом состоянии в классическом понимании этого термина. Это видно из того хотя бы, что при погружении кусочка рафинада в пересыщенный раствор механическая прочность его заметно уменьшается, т. е. дополнительно выделившийся из пленки сахар может растворяться в пересыщенном или насыщенном растворе.
Следовательно, некоторая часть цементирующего сахара, причем, по-видимому, та часть, которая выделилась из пленки в конце, в период высушивания, находится в аморфном (леденцовом) либо в исключительно мелкокристаллическом состоянии, в котором, как известно, вещество характеризуется повышенной растворимостью. Кроме того, отмежевать микрокристаллическое (псевдокристаллическое) состояние вещества от аморфного вряд ли возможно, так как и аморфному состоянию все же присуща некоторая упорядоченность в размещении молекул.
Можно считать, что между монокристаллами сахара и дополнительно выделившимся сахаром возникают силы слипания, склеивания, силы адгезии. Силы адгезии соединяют между собой уже разные частицы или молекулы, например частицы А и В. При адгезии строение вещества по обе стороны плоскости, рассекающей стыки, например кристаллов, неодинаково. Силы адгезии не очень специфичны. Вот почему высушенный сахарный раствор способен цементировать и другие твердые тела, не только сахар.
В общей технике существует убежденность, что всякое вещество (даже чистая вода при замораживании) может склеивать. Для этого какие-либо поверхности следует сначала соединить пленкой вещества, переведенного в жидкое состояние плавлением или растворением, а затем тем или другим путем заставить пленку затвердеть. Прессование, создавая тесный контакт, усиливает склеивание.
В заключение можно отметить, что структура кусков сахара необязательно предполагает полное или почти полное высушивание и пористое строение. Утфель, содержащий 3—4% воды, может застывать в довольно прочные куски, лишенные пор. В таких кусках содержится 9—12% сахарного раствора и это не мешает им оставаться твердыми, что обусловлено силами сцепления, создаваемыми концентрированным раствором, переходящим в леденец, находящимся между кристалликами сахара.