Действие извести на несахара диффузионного сока

Под действием извести, добавляемой к диффузионному соку, протекают реакции осаждения части несахаров за счет ионов кальция и коагуляции ВМС.
Из диффузионного сока под действием иона кальция осаждаются органические кислоты: щавелевая, оксилимонная, лимонная и винная. Другие безазотистые органические кислоты, а также аминокислоты и бетаин не осаждаются известью и остаются в растворе.
Из минеральных кислот осаждаются фосфорная кислота и очень незначительно - серная.
Кроме реакций осаждения, под действием извести происходит коагуляция части ВМС диффузионного сока (белки, красящие вещества и сапонин).
Коагуляция - процесс слипания частиц, образования более крупных агрегатов с потерей седиментационной и фазовой устойчивости и последующим разделением фаз - разрушением дисперсной системы. Возникающие при этом коагуляты представляют собой осадки различной структуры - плотные, творожистые, кристаллоподобные.
Коагулирующее действие извести наблюдается уже при добавлении 0,06 % СаО к массе свеклы: жидкость над осадком имеет светло-коричневую окраску и становится прозрачной в сравнении с исходным диффузионным соком. При увеличении количества добавляемой извести осадок становится более плотным, а раствор более светлым и прозрачным.
Оптимальная плотность осадка и прозрачность раствора получаются при добавлении 0,2...0,3% СаО, т. е. доведении рН раствора до величины равной - 11.
И. Вашатко, изучавший коагуляцию коллоидов диффузионного сока под действием кислот и щелочей, установил, что коллоиды диффузионного сока имеют два оптимума коагуляции: в кислой среде при рН, равной 3,2, и в щелочной - около 11. Эти величины несколько колеблются в зависимости от качества перерабатываемой свеклы.
Известно, что коагуляция наступает в тот момент, когда заряд частицы становится равным нулю, т. е. в изоэлектрической точке. Если оптимум коагуляции в кислой среде соответствует изоэлектрической точке (нейтральный заряд молекулы), то в щелочной среде частички осадка, как установлено по катафорезу, имеют положительный заряд. Из этого следует, что физико-химическая сущность коагуляции коллоидов в щелочной среде отлична от коагуляции в кислой среде.
П.М. Силин показал, что белки в чистых сахарных растворах под действием одних щелочей не осаждаются. При добавлении же солей кальция происходит их коагуляция, причем одного воздействия только катионов кальция в отсутствие ионов ОН- недостаточно.
Таким образом, для коагуляции коллоидов в щелочной среде необходимо совместное действие кальциевых и гидроксильных ионов определенной концентрации.
Действие гидроксильных и кальциевых ионов на коагуляцию коллоидов диффузионного сока состоит в следующем. Ионы гидроксила способствуют денатурации белков и деэтерификации пектина, благодаря чему создаются условия для осаждения последних ионов кальция.
И. Тибенский экспериментально показал, что осаждение пектинов в значительной степени зависит от их деэтерификации. Поскольку пектин диффузионного сока содержит большое количество ацетильных групп СН3СО в виде сложных групп с гидроксильными группами, степень этерификации которых более 50%, то он в таком виде не может быть осажден катионом кальция. Поэтому для осаждения пектина необходима его деэтерификация, степень которой, а тем самым и степень осаждения пектина, зависит от температуры и щелочности.
А. Карузерс и И. Ольфдфиельд указывают, что при рН 11 и температуре 85°С полная деэтерификация пектина наступает в течение одной минуты.
Таким образом, при известково-углекислотной очистке под действием извести происходит осаждение части несахаров диффузионного сока в виде осадка нерастворимых солей кальция минеральных и органических кислот, пектиновых веществ, коагуляция белков и адсорбция несахаров на образующемся в процессе сатурации карбонате кальция.
Причем указанные реакции протекают в присутствии сахарозы, которая оказывает влияние на степень удаления несахаров.
Эффективность осаждения и удаления несахаров под действием извести зависит от ряда факторов, одним из важнейших является величина рН раствора.
На основании многочисленных исследований установлено, что все нерастворимые кальциевые соединения как кристаллического вида, так и коллоидного типа в присутствии сахарозы имеют оптимум коагуляции при величине рН около 11.
Величины оптимальных значений рН осаждения и коагуляции отдельных несахаров диффузионного сока под действием извести приведены ниже:

В отсутствии же сахарозы оптимум рН осаждения и коагуляции несахаров не наблюдается. При этом, чем больше добавляется извести, тем лучше протекают процессы осаждения и коагуляции несахаров.
Обьяснение оптимальной величины рН осаждения и коагуляции несахаров диффузионного сока следует из физико-химической теории П.М. Силина, согласно которой малое количество извести дает худшее осаждение и коагуляцию вследствие недостаточного избытка осаждающего реактива (извести) и гидролитического растворения осадков слабых солей кальция со слабыми кислотами.
При рН ~11, как уже отмечалось выше, наиболее полно осаждаются кристаллические соли и коллоиды, причем из коллоидов осаждается не белок (у него был бы оптимум коагуляции при рН ~3,5), а соединения белка с известью.
При дальнейшем повышении величины рН несахара (коллоидные и кристаллоидные) также осаждаются неполно, так как щелочь в присутствии сахарозы пептизирует осадки, давая плохо фильтруемые растворы, вследствие чего повышается цветность сока и содержание в нем солей кальция.
Пептизацией, или дезагрегацией называется процесс, обратный коагуляции, а именно - переход коагулята, представляющего собой агрегаты, в золь. То есть пептизацию в широком смысле этого слова можно рассматривать как расщепление агрегатов, возникших при коагуляции, на более мелкие частицы.
Коагуляция, как известно, представляет собой процесс, характеризующийся относительной обратимостью. Как всякий обратимый процесс, коагуляция в определенных условиях может идти не до конца, но с установлением динамического равновесия золь-агрегаты.
Золи относят к ультрамикрогетерогенным системам, размер частиц которых лежит в пределах от 1 до 100 нм, т. е. их можно рассматривать как истинно коллоидные или просто коллоидами.
На основании представлений теории равновесия гетерогенных систем коллоидные частицы можно рассматривать как псевдомолекулы, а скоагулированные агрегаты - как псевдокристаллы.
В соответствии с этим равновесие в системе золь - агрегат рассматривается как равновесие псевдомолекулы - псевдокристалл, где коагуляция сопоставляется с кристаллизацией, а пептизация - с растворением.
Экспериментально установлено, что нерастворимые или плохо растворимые соли кальция (CaCО3, CaC2О4, CaSо4 и др.) в присутствии сахарозы и щелочи немного растворяются, т. е. частично пептизируются. Такое же явление имеет место при действии щелочи и сахарозы на такие соединения, как Fe(OH)3, Cu(OH)2. То есть здесь имеет место общий метод получения отрицательных золей. При этом, как показано Думанским, пептизирующим свойством обладает не только сахароза, но и все полиоксисоединения (маннит, винная кислота, глицерин и т. д.).
Наглядным примером этого может служить реактив Мюллера (используется для определения редуцирующих веществ), содержащий CuSО4, щелочь и сегнетовую соль (соль винной кислоты), который представляет собой прозрачный голубой раствор. Однако при взаимодействии CuSО4 со щелочью, как известно, образуется осадок Си. (В присутствии полиоксисоединения, например сегнетовой соли, этот осадок не образуется, а если он образовался, то после прибавления указанной соли он растворяется с образованием комплексного соединения меди, имеющего ярко-лазоревую окраску. То есть растворение осадка при пептизации происходит за счет образования комплексного соединения.)
Степень пептизации зависит от структуры осадка, точнее размера его частиц - чем они крупнее, тем меньше их поверхность и соответственно меньше их способность к растворению (пептизации). Выше было показано, что коагуляция коллоидов и осаждение несахаров при рН примерно 11 позволяет получить плотный, хорошо оседаемый осадок, т. е. осадок, состоящий из крупных частиц.
Между осаждаемостью осадка и его фильтрационной способностью имеется определенная связь - обычно, чем осадок быстрее оседает, тем он лучше фильтруется. Однако отфильтровать на существующем в настоящее время оборудовании осадок, полученный осаждением несахаров диффузионного сока при оптимальном значении рН, равном примерно 11, не представляется возможным из-за низкой его фильтрационной способности, которая обусловлена сильной его сжимаемостью, поскольку он состоит главным образом из скоагулированных коллоидов органического происхождения и не содержит твердой фазы. Такой осадок является слизистым, заклеивающим поры фильтра.
Осадок несахаров диффузионного сока можно отделить фильтрованием, если он содержит в качестве твердой фазы CaCO3, полученный путем обработки части известкового молока, добавленного к диффузионному соку, диоксидом углерода. Получаемый в результате такой обработки (сатурации) СаСО3 является не только хорошей основой для фильтрации, но и хорошим адсорбентом, что способствует получению очищенного сока более высокого качества.