Скорость кристаллизации сахарозы
30-05-2017, 01:07
Насыщенные растворы сахарозы с Кпер=1 весьма устойчивы, кристаллы в них не растут и не растворяются. Такие растворы называются стабильными.
В растворах при коэффициенте пересыщения 1,03—1,20 кристаллы растут, но новые центры кристаллизации не образуются. Это метастабильные растворы. В присутствии несахаров предел метастабильности по сравнению с чистыми сахарными растворами увеличивается.
В растворах с Кпер>1,20 кристаллы не только растут, но и зарождаются новые. Эти растворы называются лабильными, или неустойчивыми.
Разность концентраций сахарозы в пересыщенном и насыщенном растворах является движущей силой процесса кристаллизации: чем больше истинный коэффициент пересыщения, тем выше скорость кристаллизации сахарозы.
Регулируя пересыщение в метастабильных растворах, можно создавать условия, при которых скорость роста имеющихся кристаллов будет наибольшей, а скорость образования новых центров кристаллизации — наименьшей.
Процесс кристаллизации сахарозы состоит в основном из двух основных стадий. Первая стадия — это сгущение сиропа выпариванием до зарождения центров кристаллизации и наращивание этих зародышей с определенной скоростью. В заводской практике центры кристаллизации создаются искусственно: в сгущенный до лабильного состояния (Кпер>120) сахарный раствор вводится тонкоизмельченная, просеянная через сито сахарная пудра, которая является импульсом (затравкой) для возникновения во всем объеме новых центров кристаллизации. Зарождение кристаллов происходит в системе неодновременно, так как скорость образования зародышей есть функция продолжительности процесса. Введение пудры в пересыщенный раствор называется заводкой кристаллов. Во второй стадии происходит только наращивание образовавшихся зародышей с максимальной скоростью, появления новых центров кристаллизации не должно происходить. Это достигается поддержанием коэффициента пересыщения межкристального раствора в оптимальном интервале (метастабильная зона). Если коэффициент пересыщения выше оптимального, то будут зарождаться новые кристаллы и будет получен утфель низкого качества с неравномерными кристаллами. При очень малом коэффициенте пересыщения возможно растворение уже имеющихся кристаллов.
Теория кристаллизации сахарозы основана на учении о гетерогенных (разнородных) процессах и заключается в следующем. В ходе процесса кристаллы окружены прилипшим к ним неподвижным слоем пересыщенного межкристального раствора толщиной ?. Избыток молекул сахарозы из пересыщенного слоя быстро выкристаллизовывается на поверхности кристаллов, раствор становится насыщенным с концентрацией сахарозы с. Но на некотором расстоянии от граней кристаллов в окружающем растворе сохраняется пересыщение с концентрацией сахарозы С. Вследствие разности концентраций С—с сахароза диффундирует через неподвижный слой ? раствора. Приближаясь к граням кристаллов, молекулы сахарозы переходят в кристаллическую решетку (фазовый переход), не изменяя концентрации сахарозы с. Следовательно, скорость роста кристаллов обусловлена скоростью диффузии сахарозы и скоростью фазового перехода на границе раздела фаз. Но скорость фазового перехода намного выше скорости диффузии сахарозы, поэтому определяющей (лимитирующей) стадией процесса кристаллизации сахарозы является ее диффузия. Тогда скорость кристаллизации сахарозы можно выразить уравнением Фика
из которого видно, что масса выкристаллизовавшейся сахарозы S пропорциональна разности концентраций сахарозы (С—с) в растворе, омывающем кристаллы, и в растворе у поверхности кристаллов, суммарной поверхности кристаллов F, длительности процесса т, величине коэффициента диффузии сахарозы D и обратно пропорциональна пути диффундирования ?.
В растворах при коэффициенте пересыщения 1,03—1,20 кристаллы растут, но новые центры кристаллизации не образуются. Это метастабильные растворы. В присутствии несахаров предел метастабильности по сравнению с чистыми сахарными растворами увеличивается.
В растворах с Кпер>1,20 кристаллы не только растут, но и зарождаются новые. Эти растворы называются лабильными, или неустойчивыми.
Разность концентраций сахарозы в пересыщенном и насыщенном растворах является движущей силой процесса кристаллизации: чем больше истинный коэффициент пересыщения, тем выше скорость кристаллизации сахарозы.
Регулируя пересыщение в метастабильных растворах, можно создавать условия, при которых скорость роста имеющихся кристаллов будет наибольшей, а скорость образования новых центров кристаллизации — наименьшей.
Процесс кристаллизации сахарозы состоит в основном из двух основных стадий. Первая стадия — это сгущение сиропа выпариванием до зарождения центров кристаллизации и наращивание этих зародышей с определенной скоростью. В заводской практике центры кристаллизации создаются искусственно: в сгущенный до лабильного состояния (Кпер>120) сахарный раствор вводится тонкоизмельченная, просеянная через сито сахарная пудра, которая является импульсом (затравкой) для возникновения во всем объеме новых центров кристаллизации. Зарождение кристаллов происходит в системе неодновременно, так как скорость образования зародышей есть функция продолжительности процесса. Введение пудры в пересыщенный раствор называется заводкой кристаллов. Во второй стадии происходит только наращивание образовавшихся зародышей с максимальной скоростью, появления новых центров кристаллизации не должно происходить. Это достигается поддержанием коэффициента пересыщения межкристального раствора в оптимальном интервале (метастабильная зона). Если коэффициент пересыщения выше оптимального, то будут зарождаться новые кристаллы и будет получен утфель низкого качества с неравномерными кристаллами. При очень малом коэффициенте пересыщения возможно растворение уже имеющихся кристаллов.
Теория кристаллизации сахарозы основана на учении о гетерогенных (разнородных) процессах и заключается в следующем. В ходе процесса кристаллы окружены прилипшим к ним неподвижным слоем пересыщенного межкристального раствора толщиной ?. Избыток молекул сахарозы из пересыщенного слоя быстро выкристаллизовывается на поверхности кристаллов, раствор становится насыщенным с концентрацией сахарозы с. Но на некотором расстоянии от граней кристаллов в окружающем растворе сохраняется пересыщение с концентрацией сахарозы С. Вследствие разности концентраций С—с сахароза диффундирует через неподвижный слой ? раствора. Приближаясь к граням кристаллов, молекулы сахарозы переходят в кристаллическую решетку (фазовый переход), не изменяя концентрации сахарозы с. Следовательно, скорость роста кристаллов обусловлена скоростью диффузии сахарозы и скоростью фазового перехода на границе раздела фаз. Но скорость фазового перехода намного выше скорости диффузии сахарозы, поэтому определяющей (лимитирующей) стадией процесса кристаллизации сахарозы является ее диффузия. Тогда скорость кристаллизации сахарозы можно выразить уравнением Фика
из которого видно, что масса выкристаллизовавшейся сахарозы S пропорциональна разности концентраций сахарозы (С—с) в растворе, омывающем кристаллы, и в растворе у поверхности кристаллов, суммарной поверхности кристаллов F, длительности процесса т, величине коэффициента диффузии сахарозы D и обратно пропорциональна пути диффундирования ?.