Безазотистые органические кислоты
9-05-2017, 15:10
Органические кислоты, содержащиеся в сахарной свекле, являются регуляторами рН в клетках. Поэтому они являются промежуточными или конечными компонентами углеводного метаболизма.
В настоящее время доказано наличие в сахарной свекле более 10 безазотистых органических кислот.
Содержание отдельных органических кислот в сахарной свекле и в получаемых продуктах ее переработки (в мг-экв на 100 кг свеклы) приведено в табл. 16.
Содержание в сахарной свекле органических кислот, как и других несахаров, зависит от ряда факторов: почвенных и климатических условий, применяемых удобрений и т. д.
Кроме приведенных в табл. 16 органических кислот, в меньших количествах в сахарной свекле также обнаружены: адипиновая, малоновая, трикарболиловая и винная кислоты.
Изменение качественного и количественного состава органических кислот при экстрагировании сахарозы. Основное количество органических кислот на диффузии из стружки переходит в диффузионный сок. Кроме органических кислот свеклы, в диффузионном соке могут содержаться и ряд других органических кислот, образующихся в результате микробиологических процессов и разложения несахаров. В соответствии с этим содержание органических кислот в диффузионном соке зависит не только от перерабатываемой свеклы, но и от применяемого на заводе процесса экстрагирования стружки.
Сопоставление данных о составе и содержании органических кислот в свекле и диффузионном соке, полученном при переработке свеклы нормального качества, дано в табл. 16.
Анализ этих данных показывает, что в диффузионном соке содержатся те же органические кислоты, что и в свекле. Более высокое содержание в диффузионном соке молочной кислоты обусловлено микробиологическими процессами, протекающими в диффузионном аппарате.
Молочную кислоту продуцирует Bacilus stearothennofilustuyjfilus, разлагая сахарозу. Активность этого микроорганизма находится при температуре 50...75°С. Согласно Карузерсу, потери сахарозы в этом случае равны двукратному количеству образовавшейся молочной кислоты.
Другие авторы считают, что количество молочной кислоты соответствует 70...90% разложившейся сахарозы. При этом считается, что в результате микробиологического разложения сахарозы образуется L-молочная кислота.
Уксусная и молочная кислоты в диффузионном соке возникают под действием мезофильных бактерий, обладающих активностью при 15...30°С.
Уксусная кислота может образоваться также и из пектина под действием на него щелочей или кислот. Содержание уксусной кислоты в пектине составляет около 4%, в котором она связана эфирной связью. Поэтому в кислой и щелочной среде она легко отщепляется.
В диффузионном соке обнаружена также галактуроновая кислота, которая является основой пектина. Наличие ее в диффузионном соке связано с действием фермента пектолазы, продуцируемой многими видами плесеней: Aspergilus, Botritis, Mucor. Penicillium, которые в большом количестве присутствуют на поврежденной свекле.
В диффузионном соке увеличивается и количество других кислот. Так увеличение лимонной и гликолевой кислот также связано с микробиологической деятельностью.
Сравнение данных табл. 16 показывает, что в сахарной свекле в большем количестве присутствуют яблочная, щавелевая и лимонная кислоты, а в диффузионном соке, кроме них, еще молочная и уксусная.
Повеление органических кислот в процессе очистки и выпаривании.
С технологической точки зрения кислоты, содержащиеся в диффузионном соке, важно знать, как ведут они себя в технологическом процессе, главным образом в процессе известково-углекислотной очистки, т. е. осаждаются под действием иона кальция или нет. Степень осаждения солей кальция, как известно, характеризуется величиной их растворимости.
В зависимости от величины растворимости, соли кальция, содержащиеся в диффузионном соке, можно разделить натри группы:
• А. Соли кальция практически нерастворимые, растворимость которых значительно ниже 0,1 г в 100 г воды. К таким солям относятся кальциевые соли угольной, винной, кремневой, фосфорной, серной и лимонной кислот.
• Б. Соли кальция плохо растворимые, имеющие растворимость 0,5...1,0 г в 100 г воды. Это соли малоновой, яблочной, янтарной, адипиновой, трикарболиловой кислот.
• В. Соли кальция хорошо растворимые в воде, имеющие растворимость более 10 г в 100 г воды. Это соли кальция уксусной, пропионовой, масляной, аспарагиновой и глутаминовой кислот.
Не осаждаемые под действием извести кислоты, т. е. дающие растворимые соли кальция, такие как молочная, янтарная и другие, в процессе очистки не меняются. Наличие их в соке повышает концентрацию ионов в растворе, влияет на константу диссоциации угольной кислоты, увеличивает содержание солей кальция в соке II сатурации.
Гидрооксикислоты с солями кальция дают комплексные соединения, повышая тем самым содержание солей кальция в соке II сатурации.
Молочнокислый кальций хорошо растворим, поэтому в процессе очистки он не удаляется, увеличивая содержание солей кальция в соке II сатурации.
Количество органических кислот, удаляемых в процессе очистки, обусловлено растворимостью их солей кальция. К органическим кислотам, образующим малорастворимые соли кальция, относятся: лимонная, щавелевая, яблочная, глутаровая, адипиновая. Большая часть этих кислот в виде их кальциевых солей удаляется с фильтрационным осадком. Именно этим объясняется наличие в соке 11 сатурации лимонной кислоты в следовых количествах в виде нейтрального цитрата кальция. Эта соль больше растворима в холодной воде по сравнению с горячей.
Ее растворимость уменьшается с повышением концентрации сахарозы в растворе. Например, если растворимость цитрата в воде равна 0,181 %, то в 30 %-ном сахарном растворе она составляет всего 0,145 %. При выпаривании образуется пересыщенный раствор цитрата кальция, который выпадает в виде блестящих чешуек. Кальциевая соль яблочной кислоты наименее растворима при температуре 60°С. Если температура ниже или выше 60°С, растворимость ее увеличивается.
Яблочная кислота сравнительно хорошо адсорбируется карбонатом кальция. Поэтому в процессе сатурации ее удаляется около 80 %.
Кальциевые соли адипиновой и глутаровой кислот настолько плохо растворимы, что в процессе очистки они удаляются практически полностью.
В процессе известково-углекислотной очистки удаляется около 97 % щавелевой кислоты, кальциевая соль которой плохо растворима и поэтому оксалат кальция является составной частью накипи на греющей поверхности выпарных аппаратов.
В процессе известково-углекислотной очистки удаляется большая часть органических кислот. Об этом свидетельствуют данные содержания органических кислот в соке II сатурации, приведенные в табл. 16. Как следует из этих данных, в соке остаются лишь следы лимонной, яблочной и щавелевой кислот. Наряду с этим, в процессе очистки происходит увеличение содержание молочной, гликолевой, уксусной и масляной. Увеличивается также содержание и неидентифицированных кислот, образующихся в результате термического разложения редуцирующих веществ. При этом чем выше содержание редуцирующих веществ в диффузионном соке, тем больше образуется кислот.
Для нейтрализации этих кислот требуется необходимое количество ионов К+ и Na+. При недостатке их, т. е. при низкой натуральной щелочности, образовавшиеся свободные кислоты будут нейтрализованы ионами Са++, что связано увеличением содержания солей кальция в соке II сатурации.
Образование органических кислот продолжается и в процессе выпаривания, однако здесь оно протекает более медленно и в меньшей степени. Вследствие этого, содержание безазотистых органических кислот (в пересчете, например, на 1 кг свеклы) отличается незначительно. Например, содержание молочной кислоты всего на 0,6 мг-экв, а муравьиной на 0,3 мг-экв выше.
Баланс органических кислот показывает, что их количество в технологическом процессе от экстракции до получения сиропа уменьшается всего примерно на 4 %. Такая величина обусловлена тем, что, с одной стороны, в процессе очистки отдельные кислоты удаляются практически полностью, а с другой стороны, происходит образование новых кислот. Что же касается механизма образования этих кислот, то он до настоящего времени окончательно не выяснен.
Не удаленные в процессе очистки и образовавшиеся новые кислоты затем переходят в мелассу. Ориентировочно можно считать, что безазотистые органические кислоты составляют примерно 60...70% органического несахара мелассы. Средние данные о содержании органических кислот в мелассе приведены в табл. 16, из которых следует, что в мелассе в наибольшем количестве содержится молочная кислота. Например, согласно литературным данным, в мелассах английских сахарных заводов содержание молочной кислоты составляет 0,80...2,35%.
Хотя кальциевые соли молочной кислоты, согласно П.М. Силину, и являются средними мелассообразователями, однако наличие их в мелассе увеличивает ее количество и потери сахара в ней.
В мелассе присутствуют и так называемые летучие кислоты, т. е. отгоняемые с водяным паром (масляная, уксусная и муравьиная).
Эти кислоты, особенно масляная, отрицательно влияют на процесс ферментативного сбраживания мелассы, если их концентрация выше 1,4%.
Роль органических кислот в образовании накипи. Образование накипи на греющей поверхности теплообменной аппаратуры - актуальнейшая проблема, которой уделялось и уделяется большое внимание.
Исходя из небольшой растворимости кальциевых солей органических кислот, обнаруженных в соке II сатурации, можно предполагать, что в образовании накипи выпарной установки могут принимать участие щавелевая, яблочная, лимонная, винная, глутаровая, аконитовая и трикарболиловая кислоты. При этом кальциевые соли органических кислот содержатся в накипи главным образом в последних корпусах выпарной установки, где они могут составлять примерно 50% накипи.
В настоящее время доказано наличие в сахарной свекле более 10 безазотистых органических кислот.
Содержание отдельных органических кислот в сахарной свекле и в получаемых продуктах ее переработки (в мг-экв на 100 кг свеклы) приведено в табл. 16.
Содержание в сахарной свекле органических кислот, как и других несахаров, зависит от ряда факторов: почвенных и климатических условий, применяемых удобрений и т. д.
Кроме приведенных в табл. 16 органических кислот, в меньших количествах в сахарной свекле также обнаружены: адипиновая, малоновая, трикарболиловая и винная кислоты.
Изменение качественного и количественного состава органических кислот при экстрагировании сахарозы. Основное количество органических кислот на диффузии из стружки переходит в диффузионный сок. Кроме органических кислот свеклы, в диффузионном соке могут содержаться и ряд других органических кислот, образующихся в результате микробиологических процессов и разложения несахаров. В соответствии с этим содержание органических кислот в диффузионном соке зависит не только от перерабатываемой свеклы, но и от применяемого на заводе процесса экстрагирования стружки.
Сопоставление данных о составе и содержании органических кислот в свекле и диффузионном соке, полученном при переработке свеклы нормального качества, дано в табл. 16.
Анализ этих данных показывает, что в диффузионном соке содержатся те же органические кислоты, что и в свекле. Более высокое содержание в диффузионном соке молочной кислоты обусловлено микробиологическими процессами, протекающими в диффузионном аппарате.
Молочную кислоту продуцирует Bacilus stearothennofilustuyjfilus, разлагая сахарозу. Активность этого микроорганизма находится при температуре 50...75°С. Согласно Карузерсу, потери сахарозы в этом случае равны двукратному количеству образовавшейся молочной кислоты.
Другие авторы считают, что количество молочной кислоты соответствует 70...90% разложившейся сахарозы. При этом считается, что в результате микробиологического разложения сахарозы образуется L-молочная кислота.
Уксусная и молочная кислоты в диффузионном соке возникают под действием мезофильных бактерий, обладающих активностью при 15...30°С.
Уксусная кислота может образоваться также и из пектина под действием на него щелочей или кислот. Содержание уксусной кислоты в пектине составляет около 4%, в котором она связана эфирной связью. Поэтому в кислой и щелочной среде она легко отщепляется.
В диффузионном соке обнаружена также галактуроновая кислота, которая является основой пектина. Наличие ее в диффузионном соке связано с действием фермента пектолазы, продуцируемой многими видами плесеней: Aspergilus, Botritis, Mucor. Penicillium, которые в большом количестве присутствуют на поврежденной свекле.
В диффузионном соке увеличивается и количество других кислот. Так увеличение лимонной и гликолевой кислот также связано с микробиологической деятельностью.
Сравнение данных табл. 16 показывает, что в сахарной свекле в большем количестве присутствуют яблочная, щавелевая и лимонная кислоты, а в диффузионном соке, кроме них, еще молочная и уксусная.
Повеление органических кислот в процессе очистки и выпаривании.
С технологической точки зрения кислоты, содержащиеся в диффузионном соке, важно знать, как ведут они себя в технологическом процессе, главным образом в процессе известково-углекислотной очистки, т. е. осаждаются под действием иона кальция или нет. Степень осаждения солей кальция, как известно, характеризуется величиной их растворимости.
В зависимости от величины растворимости, соли кальция, содержащиеся в диффузионном соке, можно разделить натри группы:
• А. Соли кальция практически нерастворимые, растворимость которых значительно ниже 0,1 г в 100 г воды. К таким солям относятся кальциевые соли угольной, винной, кремневой, фосфорной, серной и лимонной кислот.
• Б. Соли кальция плохо растворимые, имеющие растворимость 0,5...1,0 г в 100 г воды. Это соли малоновой, яблочной, янтарной, адипиновой, трикарболиловой кислот.
• В. Соли кальция хорошо растворимые в воде, имеющие растворимость более 10 г в 100 г воды. Это соли кальция уксусной, пропионовой, масляной, аспарагиновой и глутаминовой кислот.
Не осаждаемые под действием извести кислоты, т. е. дающие растворимые соли кальция, такие как молочная, янтарная и другие, в процессе очистки не меняются. Наличие их в соке повышает концентрацию ионов в растворе, влияет на константу диссоциации угольной кислоты, увеличивает содержание солей кальция в соке II сатурации.
Гидрооксикислоты с солями кальция дают комплексные соединения, повышая тем самым содержание солей кальция в соке II сатурации.
Молочнокислый кальций хорошо растворим, поэтому в процессе очистки он не удаляется, увеличивая содержание солей кальция в соке II сатурации.
Количество органических кислот, удаляемых в процессе очистки, обусловлено растворимостью их солей кальция. К органическим кислотам, образующим малорастворимые соли кальция, относятся: лимонная, щавелевая, яблочная, глутаровая, адипиновая. Большая часть этих кислот в виде их кальциевых солей удаляется с фильтрационным осадком. Именно этим объясняется наличие в соке 11 сатурации лимонной кислоты в следовых количествах в виде нейтрального цитрата кальция. Эта соль больше растворима в холодной воде по сравнению с горячей.
Ее растворимость уменьшается с повышением концентрации сахарозы в растворе. Например, если растворимость цитрата в воде равна 0,181 %, то в 30 %-ном сахарном растворе она составляет всего 0,145 %. При выпаривании образуется пересыщенный раствор цитрата кальция, который выпадает в виде блестящих чешуек. Кальциевая соль яблочной кислоты наименее растворима при температуре 60°С. Если температура ниже или выше 60°С, растворимость ее увеличивается.
Яблочная кислота сравнительно хорошо адсорбируется карбонатом кальция. Поэтому в процессе сатурации ее удаляется около 80 %.
Кальциевые соли адипиновой и глутаровой кислот настолько плохо растворимы, что в процессе очистки они удаляются практически полностью.
В процессе известково-углекислотной очистки удаляется около 97 % щавелевой кислоты, кальциевая соль которой плохо растворима и поэтому оксалат кальция является составной частью накипи на греющей поверхности выпарных аппаратов.
В процессе известково-углекислотной очистки удаляется большая часть органических кислот. Об этом свидетельствуют данные содержания органических кислот в соке II сатурации, приведенные в табл. 16. Как следует из этих данных, в соке остаются лишь следы лимонной, яблочной и щавелевой кислот. Наряду с этим, в процессе очистки происходит увеличение содержание молочной, гликолевой, уксусной и масляной. Увеличивается также содержание и неидентифицированных кислот, образующихся в результате термического разложения редуцирующих веществ. При этом чем выше содержание редуцирующих веществ в диффузионном соке, тем больше образуется кислот.
Для нейтрализации этих кислот требуется необходимое количество ионов К+ и Na+. При недостатке их, т. е. при низкой натуральной щелочности, образовавшиеся свободные кислоты будут нейтрализованы ионами Са++, что связано увеличением содержания солей кальция в соке II сатурации.
Образование органических кислот продолжается и в процессе выпаривания, однако здесь оно протекает более медленно и в меньшей степени. Вследствие этого, содержание безазотистых органических кислот (в пересчете, например, на 1 кг свеклы) отличается незначительно. Например, содержание молочной кислоты всего на 0,6 мг-экв, а муравьиной на 0,3 мг-экв выше.
Баланс органических кислот показывает, что их количество в технологическом процессе от экстракции до получения сиропа уменьшается всего примерно на 4 %. Такая величина обусловлена тем, что, с одной стороны, в процессе очистки отдельные кислоты удаляются практически полностью, а с другой стороны, происходит образование новых кислот. Что же касается механизма образования этих кислот, то он до настоящего времени окончательно не выяснен.
Не удаленные в процессе очистки и образовавшиеся новые кислоты затем переходят в мелассу. Ориентировочно можно считать, что безазотистые органические кислоты составляют примерно 60...70% органического несахара мелассы. Средние данные о содержании органических кислот в мелассе приведены в табл. 16, из которых следует, что в мелассе в наибольшем количестве содержится молочная кислота. Например, согласно литературным данным, в мелассах английских сахарных заводов содержание молочной кислоты составляет 0,80...2,35%.
Хотя кальциевые соли молочной кислоты, согласно П.М. Силину, и являются средними мелассообразователями, однако наличие их в мелассе увеличивает ее количество и потери сахара в ней.
В мелассе присутствуют и так называемые летучие кислоты, т. е. отгоняемые с водяным паром (масляная, уксусная и муравьиная).
Эти кислоты, особенно масляная, отрицательно влияют на процесс ферментативного сбраживания мелассы, если их концентрация выше 1,4%.
Роль органических кислот в образовании накипи. Образование накипи на греющей поверхности теплообменной аппаратуры - актуальнейшая проблема, которой уделялось и уделяется большое внимание.
Исходя из небольшой растворимости кальциевых солей органических кислот, обнаруженных в соке II сатурации, можно предполагать, что в образовании накипи выпарной установки могут принимать участие щавелевая, яблочная, лимонная, винная, глутаровая, аконитовая и трикарболиловая кислоты. При этом кальциевые соли органических кислот содержатся в накипи главным образом в последних корпусах выпарной установки, где они могут составлять примерно 50% накипи.