ПРОДОЛЖЕНИЕ ЛЕКЦИИ № 5

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Наиболее распространенными способами извлечения полезных веществ из пищевого сырья являются экстракция и прессование.

Экстракция является основным процессом извлечения сахара из свекловичной стружки. В производстве фруктовых соков диффу­зионный способ позволяет практически извлечь весь сок из сырья, осуществить непрерывный процесс и добиться полной его механи­зации. Хотя при этом способе происходит некоторое разбавление сока водой, но для соков, имеющих высокую кислотность, неболь­шое разбавление даже желательно.

В микробиологической промышленности ферментные препараты получают из исходной грибной культуры путем экстрагирования в аппаратах периодического или непрерывного действия. В масло-жировой промышленности широко применяется экстракция масла из сырой мятки и форпрессового жмыха при помощи различных растворителей.

В винодельческой промышленности непрерывным экстрагирова­нием извлекают сахар и соли винной кислоты из виноградных вы­жимок.

Экстрагирование находит применение также для извлечения пектина из яблочных выжимок и сухого свекловичного жома.

Наряду с экстракцией в производстве фруктовых соков, в мас­ло-жировом производстве, в виноделии применяется метод прессо­вания, однако он не позволяет полностью извлечь из сырья полез­ные вещества. В среднем выход сока при прессовании достигает 60-80%, но зато этот метод позволяет получить натуральный про­дукт высокого качества.

Наиболее экономичными оказались комбинированные схемы, включающие прессование, а затем экстракцию. При этом выход полезных веществ увеличивается до 95-98%.

Экстракция

Экстракцией называется извлечение из сложного по составу вещества одного или нескольких компонентов с помощью раствори­теля, обладающего избирательной способностью растворять толь­ко вещество или вещества, подлежащие экстрагированию.

Извлечение растворимых веществ из клеток свеклы и другого растительного сырья обусловлено двумя стадиями процесса ‒ диф­фузией вещества в ткани данного сырья и массоотдачей с поверх­ности частиц к эстрагенту. Основной закон молекулярной диффу­зии, сформулированный Фиком, устанавливает связь между количеством экстрагируемого вещества и основными параметрами процесса

,                                                                                    (5.1)

где dG ‒ количество вещества, продиффундировавшего через единицу площади S изокенцентрационной поверхности за единицу времени t,

‒ градиент кон­центрации вещества в частицах.

Коэффициент D в уравнении (5.1) называется коэффициентом диффузии и является физическим параметром материала. Он ха­рактеризует проводимость вещества в материале  и  численно  равен  массе  вещества,  диффундирующего через единицу площади за еди­ницу времени при градиенте концентрации, равном единице. Раз­мерность коэффициента диффузии ‒ м²/с.

Уравнение (5.1) позволяет рассчитать количество диффундирующего ве­щества в материале только в том случае, если не происходит накопления или убывания вещества, т. е. при неизменном градиенте концентрации. Экстракция всегда связана с убыванием вещества в каждой точке тела, и по уравнению (5.1) невозможно определить концентрацию вещества в любой точке тела, а следовательно, и выход вещества через поверхность тела в окружающую среду. Подобные задачи решаются с помощью дифференциальных уравнений диффузии.

Очистка и рафинация жидких полуфабрикатов

Известны физические и физико-химические методы очистки.

Физические методы. К физической очистке относится очистка свекловичного сока от пульпы ‒ мелких кусочков свекловичной стружки. Обычно эта очистка производится путем фильтрации в специальных фильтрах-ловушках. К этим методам относится так называемое рафинирование крахмала, заключающееся в выделении из крахмального молока механических примесей ‒ мезги. Рафинирование производится на плоских сотрясательных ситах, представ­ляющих собой каркас с натянутой на нем мелкой ситовой тканью. Ситр имеет обычно уклон около 25 мм на 1 м и совершает 400¸600 продольных колебаний в минуту с амплитудой 7¸10 мм.

При производстве растительных масел после шнековых прессов в масле содержится большое количество твердых суспензирован­ных частиц, которые отделяются на вибрационных ситах. Сито состоит из металлической коробки, разделенной по длине на две ка­меры. В коробке установлено плетеное сито с размером отверстий 0,25´0,25 мм. Сито с изменяющимся углом наклона приводится в колебательное движение от индивидуального привода с частотой вращения вала около 2700 об/мин.

Масло поступает на вибрационное сито с температурой 60¸70°С и, проходя через отверстия сит, направляется в сборники, а мезга удаляется на повторную переработку. Осадок обычно пред­ставляет собой смесь фосфатидов, слизей и белковых веществ.

К физическим способам очистки пищевых суспензий относятся также отстаивание, фильтрация и разделение при помощи центро­бежных сил.

Отстаивание. Осаждение под действием собственного веса твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой среде, называют отстаиванием. Сущность отстаивания заключает­ся в том, что неоднородная система, находящаяся в аппарате в со­стоянии покоя или движущаяся с малой скоростью, разделяется в нем на составные части под действием веса. Осаждение частиц происходит по законам падения тел в среде, которая оказывает сопротивлене их движению.

Скорость осаждения, взвешенных частиц зависит от их плотно­сти, степени дисперсности и физических свойств жидкости, в кото­рой они осаждаются. В начальный момент частицы падают уско­ренно, но через некоторый промежуток времени, когда сопротив­ление жидкой фазы уравновесит действие веса, они приобретают постоянную скорость осаждения .

Согласно    закону    Стокса    постоянная    скорость    осаждения (в м/с) может быть определена для ламинарной области по урав­нению.

,                                                                                  (5.2)
        

где d ‒ приведенный диаметр частицы, м; g ‒ ускорение свободного падения, м/с²; r_т ‒ плотность твердой частицы, кг/м³; r ‒ плотность среды, кг/м³; m ‒ динамическая вязкость среды, Па·с.

Фильтрование. Фильтрованием называют процесс разделения суспензий с использованием пористых перегородок, которые задерживают твердую фазу суспензии и пропускают ее жидкую фазу. Этот процесс разделения суспензий называют фильтровани­ем с образованием осадка. В некоторых случаях твердые частицы проникают в поры фильтровальных перегородок и задерживаются в них, не образуя осадка. Такое фильтрование называется фильтро­ванием с закупориванием пор. Обычно в пищевой промышленности применяют фильтрование через слой осадка.

Движущей силой процесса фильтрации является перепад давле­ний над перегородкой (или слоем осадка и перегородкой) и под пе­регородкой. Перепад давлений создается при помощи вакуума, давления сжатого воздуха, подачи суспензии поршневым или цен­тробежным насосом или гидростатического давления.

При разделении суспензий с небольшой концентрацией тонко­дисперсной твердой фазы часто применяют вспомогательные фильтровальные вещества ‒ диатомит, перлит, целлюлозу, асбест, ак­тивный уголь и пр. Вспомогательные материалы представляют собой тонкодисперсные или тонковолокнистые вещества, наносят­ся тонким слоем на фильтровальную перегородку и, образуя своды над порами перегородки, препятствуют их забиванию. Если вспо­могательные вещества образуют слой осадка на фильтрующей пе­регородке, то вначале фильтруют суспензию этого вещества, жид­кой фазой которой являются вода или фильтрат суспензии. Вспо­могательные вещества добавляют в количестве около 1% к массе фильтруемой суспензии.

В процессе фильтрования при постоянной разности давлений скорость фильтрации уменьшается, так как сопротивление слоя осадка возрастает с увеличением его толщины. Если перепад дав­лений при фильтровании увеличивается с возрастанием толщины осадка, то такой процесс называют фильтрованием с постоянной скоростью.

Получаемые при фильтровании осадки делят на сжимаемые, частицы которых с  повышением  давления  деформируются,  а  размер  пор  капилляров уменьшается, и несжимаемые, размер и форма ча­стиц которых не меняются с увеличением давления при фильтрова­нии.

Так как в процессе фильтрования в большинстве случаев Dр = соnst, а сопротивление слоя осадка с течением времени изменя­ется, то скорость фильтрации [в м³/(м²·с)]

,                                                                                                (5.3)

где V - количество фильтрата, м³; S - площадь поверхности фильтрации, м²; t - продолжительность фильтрования, с.

В промышленности для разделения суспензий применяются фильтры циклического действия: рамные фильтр-прессы, патрон­ные фильтры, листовые фильтры - и фильтры непрерывного дей­ствия: барабанные вакуум-фильтры и дисковые.

Осаждение под действием центробежной силы. Недостатком осаждения в отстойниках является их большие объе­мы и значительное время осаждения. Отстойники малоэффективны при осаждении мелких частиц, имеющих размеры d_э<5 мкм, или когда их плотность близка к плотности среды. Значительно увели­чивается эффективность процесса разделения суспензий с приме­нением центробежных сил.

Поле действия центробежных сил создается вращательным дви­жением потока разделяемой жидкости при тангенциальном ее под­воде в гидроциклоны или при направлении разделяемого потока во вращающийся корпус осадительных центрифуг.

Разделение растворов с помощью мембран. Весьма перспективным способом разделения пищевых растворов явля­ется процесс разделения под давлением через полупроницаемую перегородку (мембрану) - обратный осмос, или ультрафильтрация.

Ультрафильтрация предназначена для разделения низкоосмо­тических растворов и позволяет задерживать сравнительно круп­ные молекулы с молекулярной массой выше 500. Ультрафильтра­ция осуществляется при сравнительно низком давлении 0,05-1,0 МПа. Обратный осмос применяется для разделения растворов низкомолекулярных веществ, обладающих высоким осмотическим давлением, при этом рабочее давление составляет 5,0-10,0 МПа.

Разделение растворов мембранным методом происходит без фа­зовых превращений и при температуре окружающей среды.

Мембраны должны обладать высокой селективностью к извле­каемому веществу, высокой проницаемостью, достаточной механи­ческой прочностью, устойчивостью к воздействию агрессивных сред, постоянством параметров в процессе длительной эксплуатации.

Анизотропные мембраны представляют собой пластины толщи­ной 0,01¸0,4 мкм. Наибольшее распространение получили ацетат-целлюлозные мембраны. Кроме этих мембран изготовляются мемб­раны на основе триацетатцеллюлозы, этилцеллюлозы, полиамидов, целлофана и др.

Мембраны получают путем облучения тонких полимерных пле­нок потоком заряженных частиц - протонов или g-частиц - с по­следующим химическим травлением. Ведутся исследования по из­готовлению мембран с жесткой структурой на основе металлов, пористого стекла, металлокерамики и т. п.

Особый интерес этот способ представляет для опреснения мор­ской воды, разделения сахарных растворов, фруктовых соков, очистки продуктов микробиологических производств, сточных вод и т. д.

Физико-химические методы. В сахарном, винодельческом, водочном, сокоэкстрактном и других производствах для осветления и очистки жидкостей применяется процесс адсорбции. В сахарной промышленности диффузионный сок подвергается, кроме того, очистке при помощи преддефекации, основной дефекации, I и II сатурации и сульфитации. В крахмало-паточной промышленности производят отбеливание картофельного крахмала сернистой кис­лотой. При производстве растительных масел применяются хими­ческие методы очистки их от красящих веществ и жирных кислот.

Адсорбция. Это процесс поглощения одного или нескольких компонентов из раствора или газовой смеси поверх­ностью твердого вещества, называемого адсорбентом. Адсорбируе­мое вещество называют адсорбатом.

Адсорбция обладает избирательностью и обратимостью. Бла­годаря этому возможно поглощение из растворов или из парога­зовых смесей одного или нескольких компонентов, а затем в дру­гих условиях - десорбирование, т. е. выделение нужного компо­нента из твердой фазы в более или менее чистом виде.

В качестве адсорбентов применяются твердые пористые веще­ства с большой удельной поверхностью (площадь поверхности, относимая к единице массы вещества). Адсорбенты характеризуют­ся поглотительной, или адсорбционной, способностью, определяе­мой концентрацией адсорбата в единице массы или объема адсор­бента. В качестве адсорбентов применяются обычно активные уг­ли, селикагель, целлюлозная масса, кизельгур, активированные серной кислотой глины и т. п.

Различают физическую и химическую адсорбции. Химическую адсорбцию часто назы­ваемую хемосорбцией. Физическая адсорбция обусловлена взаим­ным притяжением молекул адсорбента и адсорбата под действием сил Ван-дер-Ваальса и не сопровождается химическим взаимодей­ствием адсорбированного вещества с поглотителем. При химиче­ской адсорбции в результате химической реакции между молеку­лами поглощенного вещества и поверхностными молекулами погло­тителя возникает химическая связь.

Механизм адсорбции весьма сложен, а факторы, влияющие на ход процесса, разнородны. Большую роль в процессе адсорбции играет поверхностная энергия тел, представляющая собой избыточ­ную свободную энергию молекул поверхностного слоя вещества.

Промышленные процессы адсорбции подразделяются на перио­дические и непрерывные. Связано это деление главным образом с состоянием слоя адсорбента: является ли он соответственно не­подвижным или движущимся.

Движущей силой адсорбции, например, веществ из газовых смесей является разность между концентрациями адсорбата в га­зовой смеси и в газовой фазе, находящейся в равновесии с адсор­бентом.

Преддефикация в сахар­ном производстве. Цель преддефекации состоит в том, чтобы осто­рожным воздействием извести нейтра­лизовать свободные кислоты диффу­зионного сока, скоагулировать значи­тельную часть коллоидных веществ и осадить другие несахара.

Известь действует на сок в различ­ных направлениях. С сахарозой, яв­ляющейся по своей природе слабой кислотой, известь образует моносахарат С₁₂H₂₂О₁₁·СаО, раствори­мый в воде. Обычно около 15% всей сахарозы в дефекованном со­ке может находиться в форме моносахарата кальция. Со многими несахарами диффузионного сока известь дает осадок. Так, ряд органических кислот (щавелевая, лимонная и винная) и мине­ральных (фосфорная и частично серная) выпадают в осадок. Из­весть изменяет реакцию сока - из кислой делает ее слабощелоч­ной и тем самым предупреждает инверсию (разложение) сахаро­зы при нагревании сока. рН дефекованного сока должен быть око­ло 11. Такой щелочности сок достигает при внесении в него 0,2-0,3% СаО на преддефекации. Количество извести на основной де­фекации увеличивают до 2,5-3,0% к массе свеклы, для того что­бы получить в соке больше монокристаллического углекислого кальция, хорошо адсорбирующего красящие вещества сока и улуч­шающего фильтрацию сока I сатурации.

Основная дефекация. Для максимального удаления кра­сящих веществ из диффузионного сока и лучшей фильтрации сока I сатурации применяется процесс основной дефекации. На основ­ную дефекацию добавляют избыточное по сравнению с теоретически необходимым количество извести - около 2,5-3,0% к массе свеклы. Так как избыточное количество извести вызывает в соке ряд отрицательных явлений - таких, как частичное разложение моносахаров и пектиновых веществ, частичная пептизация (раз­жижение) скоагулированных белков и т. п., то для уменьшения этих явлений дефекацию ведут в короткие сроки. Известь в дефекатор подают в виде известкового молока - раствора с содержа­нием 250 г СаО в 1 л раствора.

При определенной температуре и количественных соотношениях сахара, извести и воды известь в преддефекаторе и дефекаторе на­ходится в определенном физико-химическом равновесии с сахаром и водой. Если учесть, что лишь один водород в молекуле сахарозы обладает кислотной реакцией, т. е. образуется даже не моносахарат С₁₂Н₂₂О₁₁·СаО, а «полусахарат», где на одну молекулу двух­валентной извести приходится две молекулы сахарозы, то реак­ция образования сахарата идет неполно и образовавшийся сахарат как соль очень слабой кислоты гидролизуется и дает вновь сахарозу и известь

Са²⁺ (ОН)₂ + 2С₁₂Н₂₂O₁₁ = СаО (С₁₂ Н₂₂О₁₁)₂ + Н₂O.

Следовательно, на дефекации в аппаратах всегда имеется смесь извести, сахара и сахарата. Какое количество из этих веществ бу­дет больше, зависит от соотношения скоростей реакции, которые в свою очередь определяются соотношением действующих масс, и от температуры.

I сатурация. На I сатурации происходит перевод извести, находящейся в дефекованном соке,   в нерастворимое   состояние, т. е. образование СаСО₃ и   разложение сахаратов кальция. Для этой цели дефекованный сок обрабатывают сатурационным газом. В результате воздействия углекислоты сатурационного газа на свободную известь щелочность сока  I сатурации понижается до рН 11. При этом происходит постепенная нейтрализация извести, содержащейся в соке, углекислотой с образованием выпадающего в осадок мелкокристаллического углекислого кальция. Это явле­ние имеет большое значение, так как углекислый кальций в таком состоянии обладает высокой адсорбционной способностью по от­ношению к растворимым несахарам, главным образом к красящим веществам.

Практически реакция на I сатурации происходит следующим образом. Углекислота воздействует на образовашийся на дефека­ции растворенный моносахарат кальция, разлагает его, высвобож­дая сахарозу, и соединяется с известью сахарата в углекислый кальций

С₁₂Н₂₂О₁₁·СаО + СО₂ = С₁₂Н₂₂О₁₁ + СаСО₃.

Углекислый газ для проведения сатурации сахарные заводы получают при обжиге известкового камня в специальных печах.

II сатурация. Цель II сатурации - уменьшить содержание извести и солей кальция   в соке до минимального предела. Недостаточное удаление этих солей приводит к отложению их на по­верхности теплообменников при выпаривании и ухудшению рабо­ты выпарной станции, а также затрудняет процесс уваривания утфелей и увеличивает выход мелассы.

Осуществляется II сатурация в таких же аппаратах, как и I са­турация. Перед поступлением на II сатурацию сок подогревают до температуры 100°С. В аппараты II сатурации добавляют около 0,25% СаО к массе свеклы. На II сатурации, так же как и на пер­вой, через сок пропускают сатурационный газ и сатурацию прово­дят до содержания 0,015-0,020% СаО к массе свеклы или рН 8,8-9,5.

Углекислота сатурационного газа при температуре 100°С дей­ствует сначала на растворенную в соке гидроокись кальция, вы­деляет ее в осадок в виде углекислого кальция и таким образом понижает щелочность сока

Са (ОН)₂ + Н₂СO₃ = СаСО₃ + 2Н₂О.

Когда известь осаждена, углекислота действует на содержа­щиеся в соке едкие щелочи КОН и NаОН и образует с ними ра­створимые углекислые соли калия и натрия (К₂СО₃ и Nа₂СО₃). Последние вступают в обменные реакции с растворимыми каль­циевыми солями органических и минеральных кислот, причем в осадок выпадает углекислый кальций, а в растворе остаются ка­лиевые и натриевые соли этих кислот. Эти соли вредны для про­изводства, так как образуют осадок на поверхности нагрева вы­парной станции и ухудшают ее работу, а также затрудняют кристаллизацию сахара в вакуум-аппаратах. При нормальном режиме II сатурации содержание кальциевых солей в соке не должно пре­вышать 0,002% СаО (рН около 11).

Дополнительные методы очистки свеклович­ного сока. Кроме главной очистки сока на дефекации и сату­рации применяют и дополнительные методы очистки, чтобы полу­чить более прозрачный сок или снизить его цветность. К этим методам относятся сульфитация, фильтрация с до­бавлением кизельгура и ионообменная очистка.

Для отделения тонких взвешенных частиц, которые не отделяются полностью на обычных фильтрах от соков и сиропов, приме­няют тонкие пористые порошки. Они никаких растворенных веществ из соков и сиропов не адсорбируют и не удаляют, а образуют на ткани фильтра пористый слой, задерживающий очень мелкие взвешенные частицы. Применяют кизельгур - тонкий по­рошок, состоящий главным образом из аморфной кремниевой кис­лоты SiO₂. Имеются кизельгуры двух типов: трепелы и диатомиты.

Трепел - порошок минерального происхождения, обычно вулканического, состоит из зерен аморфного кремнезема. Он оказывает большое сопротивление при фильтрации и в сахарной промыш­ленности не применяется.

Диатомит - порошок органического происхождения, он состоит в основном из панцирей микроскопических водорослей. Он является пористым порошком волокнистого строения с малой объемной массой и не слишком затрудняет фильтрацию. В среднем в состав его входят: 90% аморфного кремнезема, около 2% песка и не бо­лее 3% А1₂О₃. Он широко применяется в сахарной промышленности. Применяют его, добавляя в количестве 1-2% к массе сухих веществ сока или сиропа перед фильтрацией, или готовят суспен­зию диатомита в аммиачной воде и перед фильтрацией наносят его на фильтрующую поверхность фильтров.

Ионообменная очистка жидких пищевых растворов заключа­ется в следующем. Иониты являются полярными адсорбентами, которые обладают способностью к обменной адсорбции катионитов и анионитов. Иониты разделяют на две группы: катиониты, спо­собные заменять любой катион на ион водорода, и аниониты, способные удалять из раствора кислоты, т. е. анионы и ион водорода.

Если раствор, содержащий соли, пропустить последовательно через два ионитных реактора: один с катионитом, а второй с анионитом, то получится осветленная  жидкость.  В  первом  реакторе   будут  поглощены  все  катионы раствора и выделены ионы водорода, т. е. раствор сделается кислым, но во втором реакторе будут по­глощены все кислоты.

Процессы дезодорации. Масла, которые используются для приготовле-ния маргарина, консервов и других пищевых продуктов, должны быть освобождены от посторнних запахов. Удале­ние запахов производится путем продувки пара через слой масла под глубоким вакуумом. Такая операция называется дезодорацией.

Метод дезодорации основан на летучести ароматических компонентов масла, определяющих его запах.

Дезодорация масла производится в специальных аппаратах - дезодораторах - при остаточном давлении 50 Па, отсутствии воз­духа и при высокой температуре. В начале процесса масло подо­гревают глухим паром до температуры 100-120°С, а затем пода­ют острый пар и постепенно температуру доводят до 150-170°С. Продолжительность процесса при 150-160°С 4-6 ч, расход пара от 50 до 100 кг/ч на 1 т масла.

Пар, поступающий в дезодоратор, должен характеризоваться максимальной чистотой и отсутствием в нем свободного кислорода. Наличие воздуха в паре способствует окислению масла.

Растворение и кристаллизация сахарозы

Являясь кристаллическим веществом, сахароза может выде­ляться в виде кристаллов только из пересыщенных растворов. Следовательно, для возмож-ности кристаллизации сахарозы необходимо создавать пересыщение ее в растворах. Пересыщенные растворы неустойчивы, и с течением времени излишне растворен­ная сахароза выделится в виде кристаллов.

Чтобы довести раствор сахарозы до пересыщенного состояния, создать условия для образования центров кристаллизации и осуществить рост кристаллов путем отложения на их поверхности все новых и новых количеств кристаллизующейся сахарозы, применя­ется уваривание. Содержание сахарозы в растворе зависит от коэффициента пересыщения, оно возрастает с повышением темпера­туры и выражается массовым отношением растворенного сахара к чистой воде в растворе. В присутствии несахаров растворимость еще больше увеличивается и определяется коэффициентом насыщения (отношение коэффициента растворимости сахарозы H в данном растворе, содержащем несахара, к растворимости чистой сахарозы) при той же температуре, т. е.

α₁ = Н'/Н.                                                                                                  (5.4)

Раствор, содержащий сахара больше, чем в насыщенном ра­створе, называется пересыщенным. Степень пересыщения раствора измеряется коэффици-ентом пересыщения, показывающим, во сколь­ко раз в данном растворе на единицу воды приходится сахара больше, чем в насыщенном растворе при той же температуре,

α=Н₁/Н',                                                                                                    (5.5)

где α - коэффициент пересыщения; Н₁ - количество растворенного сахара в дан­ном растворе на единицу массы воды; Н' - растворимость сахара на единицу массы воды при той же температуре в дистиллированной воде.

Если α = 1 - раствор насыщенный; α <1 - раствор ненасы­щенный; α > 1 - раствор пересыщенный.

При этом существует три области пересыщения: метастабильная, или область пассивных пересыщений, - коэффициент нахо­дится в пределах 1,0-1,1; промежуточная зона, или область, ак­тивных пересыщений, - α =1,1-1,3, и лабильная область, или область интенсивно активных пересыщений, - α выше 1,3.

В области пассивных пересыщений введенные в раствор кри­сталлы растут, истощая маточный раствор, но новые кристаллы не появляются ни под воздействием введенных кристаллов, ни спонтанно. В производственных условиях в этой области производится кристаллизация уваренных утфелей, когда требуется истощить межкристальную жидкость без образования новых кристаллов.

В области активных пересыщений новые кристаллические за­родыши могут возникать только при введении центров кристалла зации («затравки»). Ранее образовавшиеся кристаллы растут бла­годаря отложению на их поверхности сахарозы. Если необходимо приостановить дальнейшее образование кристаллов, то производят подкачку сиропа до перехода межкристального раствора в область пассивных пересыщений, т. е. дальнейший рост кристаллов осу­ществляется в области пассивных пересыщений.

Для области интенсивных пересыщений характерно самопроиз­вольное возникновение центров кристаллизации без дополнитель­ного ввода затравки. В производственных условиях стремятся не вести кристаллизацию в этой области, так как самопроизвольное образование кристаллов приводит к образованию большого количества мелких кристалликов («муки»), при этом увели­чивается содержание сахара в оттеках и затрудняется центрифу­гирование утфеля.

Для образования кристаллов при варке всех утфелей, сгущен­ных до промежуточной области, вводят затравку в виде небольшо­го количества сахарной пудры. Растворы некоторых веществ, в том числе и сахарозы, не содержат готовых кристаллов, и появление первых центров кристаллизации затруднено даже в тех случаях, когда раствор сгущен до значительного пересыщения (α = 1,2). Образовавшиеся кристаллические зародыши растут благодаря от­ложению на их поверхности все новых и новых количеств кристал­лизующейся сахарозы. Сахароза кристаллизуется в клиноромбической или моноклинической системе. Ось наклонена под углом 103°30'. Скорость роста отдельных граней кристаллов различна, чем и объясняется многообразие кристаллических форм. Кристалл сахара представляет собой комбинацию шести кристаллографи­ческих форм, обладает свойством векториальности, т. е. неодина­ковостью свойств в разных направлениях.

Рост кристаллов совершается не мгновенно, а с некоторой ско­ростью, называемой скоростью кристаллизации, характеризую­щейся коэффициентом, который определяет количество сахарозы в миллиграммах, отложившейся из пересыщенного раствора в се­кунду на 1 м² поверхности кристалла.

Кристаллизация сахара связана с перемещением массы и относится к диффузионному процессу, движущей силой которого яв­ляется разность концентрации сахарозы в растворе и на поверхности кристаллов. Обычно кристаллы сахара движутся в межкри­стальной жидкости, на их поверхности образуется пограничный слой, скорость которогочпо отношению к поверхности кристаллов близка к нулю, и, следовательно, массообмен в пограничном слое может происходить только путем диффузии. Очевидно, что погра­ничный слой и оказывает сопротивление при кристаллизации.

Кроме того, переход сахара из пограничного слоя непосредст­венно к кристаллу также связан с преодолением некоторого сопро­тивления. Таким образом, скорость кристаллизации является функ­цией двух одновременно протекающих процессов.

Процессы роста реальных кристаллов настолько сложны, что объяснить их с единой точки зрения не представляется возможным.

          Контрольные вопросы.

1. Какие биохимические процессы протекают при производстве пищевых продуктов?
2. Какие факторы влияют на скорость, химической реакции?
3. Какие виды химических реакций происходят в сырье и пищевых продуктах при переработке?
4. Какие микробиологические процессы применяют в пищевой технологии?
5. Что такое фермент?
6. Как классифицируются ферменты?
7. Какие факторы влияют на активность ферментов?
8. Как классифицируются микроорганизмы?
9. Какие факторы влияют на жизнедеятельность микроорганизмов?
10. Какие виды брожения вы знаете? Какие микроорганизмы их вызывают?
11. Какие химические процессы происходят при производстве пищевых продуктов?
12. Что такое гидролиз?
13. Что такое меланоидинообразование?
14. Что такое дегидратация?
15. Что такое сульфитация?
16. Что такое окисление?
17. В чём заключаются физико-химические основы пищевой технологии?
18. Какие физические  методы очистки применяют в пищевой технологии?
19. Какие физико-химические методы очистки применяют в пищевой технологии?

Напечатать