Теория кристаллизации сахарозы и влияние отдельных факторов на скорость роста 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 δ. 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 δ 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 δ.

Кристаллы сахара I кристаллизации в готовом утфеле имеют размер 0, 55—0, 95 мм, сахара III кристаллизации — 0, 25—0, 35 мм. В этом интервале размер кристаллов не влияет на скорость кристаллизации сахарозы. В утфеле с мелкими кристаллами происходит лишь увеличение обшей массы выкристаллизовывающейся в единицу времени сахарозы по сравнению с крупнокристаллическим утфелем, так как в нем больше суммарная поверхность кристаллизации. Это положение используется в практике уваривания утфелей: утфель с мелкими кристаллами уваривается быстрее, чем с крупными.

Количество кристаллов. При одинаковой концентрации сахарозы в растворах, способной кристаллизоваться, и прочих равных условиях (в интервале 20—50 % кристаллов в утфеле), массовая скорость кристаллизации уменьшается с повышением процентного содержания кристаллов. Это объясняется снижением подвижности кристаллов относительно раствора.

Влияние несахаров на форму кристаллов. Образующиеся кристаллы сахарозы имеют блестящие плоские грани с постоянными углами.

Многие несахара, по-разному адсорбируясь на гранях кристалла, замедляют кристаллизацию сахарозы и изменяют форму кристалла.

При быстром росте кристаллов происходит включение отдельных молекул несахаров из межкристального раствора в кристаллическую решетку или механическое включение межкристального раствора в трещины кристалла, зарастающие позже сахарозой. Если процесс роста протекает умеренно, то отталкивающие силы, возникающие вокруг кристалла сахарозы, отторгают примеси от своей поверхности.

В крупных кристаллах сахарозы содержание внутренней воды достигает 0, 5 %, а в кристаллах обычного сахара-песка размером 0, 55—0, 95 мм — не более 0, 03 %.

Несмотря на пробеливание кристаллов сахара-песка водой в центрифугах, на их поверхности после высушивания остается пленка межкристального раствора.

28. Требования к качеству сахара-песка и сахара-рафинада. Сопоставление вариантов кристаллизационных схем и их влияние на качество готовой продукции.

Сахар-песок

Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов от 0, 2 до 2, 5 мм. Допускаются отклонения от нижнего и верхнего пределов указанных размеров до 5% к массе сахара-песка.

Органолептические показатели. Вкус и запах - сладкий, без посторонних привкуса и запаха, как в сухом сахаре, так и в его водном растворе. Сыпучесть - сыпучий; Цвет - белый; Чистота раствора-раствор сахара должен быть прозрачным или слабо опалесцирующим, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних примесей.

Физико-химические показатели- массовая доля сахарозы (в пересчете на сухое вещество), %, не менее 99, 75. Массовая доля редуцирующих веществ (в пересчете на сухое вещество), %, не более 0, 050. Массовая доля золы (в пересчете на сухое вещество), %, не более 0, 04 Цветность, не более: условных единиц 0, 8 - единиц оптической плотности (единиц ICUMSA) 104. Массовая доля влаги, %, не более 0, 14 Массовая доля ферропримесей, %, не более 0, 0003.

Микробиологические показатели-Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, КОЕ в 1 г, не более 1, 0х10³

Плесневые грибы, КОЕ в 1 г, не более 1, 0х10

Дрожжи, КОЕ в 1 г, не более 1, 0х10

Бактерии группы кишечных палочек (колиформы), в 1 г - Не допускаются

Патогенные микроорганизмы, в том числе бактерии рода - не допускаются

Сальмонелла, в 25 г - не допускается

Содержание токсичных элементов и пестицидов в сахаре-песке не должно превышать допустимые уровни, установленные Медико-биологическими требованиями и санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Сахар-рафинад

Сахар-рафинад должен иметь вид белых кусков, состоящих из кристаллов, без видимых посторонних включений и загрязнений.

Сахар-рафинад характеризуется сладким вкусом и характерным запахом, без посторонних привкусов и запахов, белым, чистым цветом. Рафинированный сахар-песок должен быть сыпучим без комков, а раствор сахара — прозрачным или слабо опалесцирующим с едва уловимым голубоватым оттенком.

Характеристика крахмала.

Крахмал - (С₆Н₁₀О₆)_nполисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Резервный материал, накапливается в клубнях картофе­ля, зёрнах кукурузы и других злаков. В картофе­ле - 20%, в кукурузе — 60—65, рисе —около 80% массы сырья.

В растениях крахмал находится в виде микроскопических овальных зёрен кристаллической структуры размером от 2 до 150 мкм. Средний размер зёрен картофельного крахмала 40— 50 мкм, злакового 10—15 мкм. Под микроскопом, особенно в поляризованном свете, на поверхности крупных зёрен ясно виден «глазок» и концентрически расположенные вокруг него полосы, что придаёт крахмальным зёрнам слоистость, центр которой смещён к периферии зерна.

Крахмал существует в двух формах: в форме α -амилозы и в форме амилопектина. а-Амилоза состоит из длинных неразвет­вленных цепей, в которых все В-глюкозные единицы соединены α (1à 4: ) -связями.

Цепи эти полидисперсны: их молекулярная масса — от не­скольких тысяч до 500000. В воде амилоза не дает истинного раствора, но образует гидратированные мицеллы, которые при добавлении йода окрашиваются в синий цвет. В таких мицеллах полисахаридные цепи скручены в спираль.

Цепи амилопектина сильно разветвлены. Ветви содержат в среднем по 12 остатков глюкозы, и точки ветвления образуются приблизительно у каждого 12-го остатка. Остов молекулы ами­лопектина имеет гликозидные связи 𝛼 (1à 4), а связи в точках ветвления относятся к α (1à 6).Общее число глюкопиранозных звеньев в молекуле амило­пектина значительно больше, чем в α -амилозе и может достигать 6000, а его молекулярная масса 1 млн. У амилопектина одно концевое звено приходится на 24 «внутренних» звена.Амилопектин также образует коллоидные или мицеллярныерастворы, однако при добавлении йода эти растворы окрашива­ются не в синий, а в красно-фиолетовый цвет.

30. Физические свойства крахмала ： размер и строение крахмальных зерен, физические константы.

В растениях крахмал находится в виде микроскопических овальных зёрен кристаллической структуры размером от 2 до 150 мкм. Средний размер зёрен картофельного крахмала 40— 50 мкм, злакового 10—15 мкм. Под микроскопом, особенно в поляризованном свете, на поверхности крупных зёрен ясно виден «глазок» и концентрически расположенные вокруг него полосы, что придаёт крахмальным зёрнам слоистость, центр которой сме­щён к периферии зерна. По форме зерна картофельного крахма­ла напоминают прудовые раковины, они могут быть плоскими, круглыми, эллиптическими или угловатыми. Наиболее крупные зерна крахмала встречаются у картофеля (до 150 мкм), мелкие — у риса (2—8 мкм).

Физические константы Плотность абсолютно сухого картофельного крахмала в сред­нем равна 1, 64 г/см³, кукурузного 1, 65, воздушно-сухого крахма­ла (при 100%-ной относительной влажности воздуха и темпера­туре 20 °С) — 1, 5—1, 53 г/см³.

Влажность товарного воздушно-сухого картофельного крах­мала около 20%, кукурузного и пшеничного 13%.

Природный крахмал на 96—97, 5% состоит из полисахари­дов, образующих при гидролизе глюкозу; содержит (в %): 0, 1— 0, 7 минеральных веществ, в основном фосфорной кислоты; око­ло 0, 6 высших жирных кислот; 0, 1—0, 8 белка.

Раствор крахмала вращает плоскость поляризации вправо. Удельное вращение клейстеризованного картофельного крахма­ла равно +204, 3°, кукурузного +201, 5°. Крахмал почти не про­являет восстанавливающих свойств, так как гликозидные гидроксилы есть только на концевых моносахаридных остатках мо­лекулы крахмала.

31. Химические свойства крахмала ： реакция с йодом, гидролиз.

Реакция с йодом

Характерной качественной реакцией на крахмал является его реакция с йодом (йодкрахмальная реакция):

При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатрат) канального типа. Клатрат – это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества («молекулы-гости») внедряются в кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли «молекул-хозяев» выступают молекулы амилозы, а «гостями» являются молекулы йода. Молекулы йода располагаются в канале спирали диаметром ~1 нм, создаваемой молекулой амилозы, в виде цепей × × × I× × × I× × × I× × × I× × × I× × ×. Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I–I до 0, 306 нм (в молекуле йода длина связи 0, 267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода в цепи. Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую (lмакс 620–680 нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание (lмакс 520–555 нм).

Гидролиз крахмала

Крахмал подвергается кислотному гидролизу, который протекает ступенчато и беспорядочно. При расщеплении он сначала превращается в полимеры с меньшей степенью полимеризации – декстрины, потом в дисахарид мальтозу, и в итоге – в глюкозу. Таким образом, получается целый набор сахаридов.

Крахмал гидролизуется ферментом a-амилазой (содержится в слюне и выделяется поджелудочной железой), расщепляющей беспорядочно a(1→ 4)-гликозидные связи. b-Амилаза (присутствует в солоде) действует на a(1→ 4)-гликозидные связи, начиная с невосстанавливающего терминального остатка глюкозы, и последовательно отщепляет от полимерной цепи молекулы дисахарида мальтозы. Глюкоамилаза (содержится в плесневых грибах), подобно двум другим амилазам, гидролизует a(1→ 4)-гликозидные связи, последовательно отщепляя остатки D-глюкозы, начиная от невосстанавливающего конца. Селективное расщепление a(1→ 6)-гликозидных связей амилопектина происходит a-1, 6-глюкозидазами, например, изоамилазой или пуллуланазой.

Амилаза, выделенная из Bacillusmacerans, способна превращать крахмал в циклические продукты (циклодекстрины, декстрины Шардингера), в которых степень полимеризации равна 6–8, а остатки глюкоз связываются a(1→ 4)-гликозидными связями.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: