2. Властивості глюкози у водних розчинах характеризуються
наявністю таутомерних форм, їх співвідношенням і кінетикою
взаємного переходу, розчинністю в чистих і нечистих розчинах,
в'язкістю розчинів.
Альдегідна форма глюкози з розкритим кільцем внаслідок її
високої реакційної здатності в розчинах практично не існує.
Стійкою формою глюкозної молекули є піранозне кільце з
конформацією крісла.
Перетворення альдегідної форми відбувається під час вигину
карбонового ланцюга і зближення ОН- групи при п'ятому атомі
карбону з атомом оксигену альдегідної групи.
Атом оксигену має невеликий негативний заряд і здатен
забирати позитивно заряджений атом гідрогену від згаданої
гідроксильної групи.
В результаті утворюється оксигеновий «місток» між 5 і 1-м
атомами карбону і виникає шестичленний цикл. Замість
альдегідної групи з'являється нова гідроксильна.
3.
4. За взаємним розташуванням гідроксильних груп
біля першого і другого атомів Карбону розрізняють
цис- і транс - форму ізомерів глюкози.
У першому випадку гідроксильні групи
розташовуються по одну сторону площини
піранозного кільця, у другому - по різні.
При цьому глюкопіранозу, що має гідроксили C-1 і
C-2 у цис-положенні (по одну сторону кільця),
називають α-формою, a в транс-положенні − β-
формою.
Такі форми називаються ще аномерними або
таутомерними
5. Дві форми глюкози мають різні властивості.
Найбільш істотним є розходження в здатності
змінювати кут обертання площини
плоскополяризованого світла.
Ця зміна виражається питомим обертанням [α],
віднесеним до одиниці маси розчиненої речовини.
При відносно повільній кристалізації і температурі до
80-90 °C одержують глюкозу в α-формі.
α-Форма глюкози у водному розчині при 20 °C має
питоме обертання – +112°.
β-форма у водному розчині при 20 °С має питоме
обертання +19,3 – +22,5°.
Зміна питомого обертання свіжоприготовленого
розчину глюкози – мутаротація – продовжується до
досягнення рівноважного стану між двома
таутомерними формами.
6. Глюкоза у водному розчині знаходиться в
основному у двох таутомерних формах,
однак викристалізовується за звичайних
умов тільки у α-формі, що має меншу
розчинність.
Вилучення цієї форми з розчину викликає
порушення рівноваги між ними з
подальшим переходом надлишку однієї
форми в іншу.
Швидкість цього переходу (мутаротації)
певним чином впливає на швидкість
кристалізації глюкози.
7. Швидкість мутаротації значно залежить від
рН розчину.
Максимальний час мутаротації
спостерігається при рН 7 і зі зміною рН у
кислу або лужну область швидкість процесу
значно зростає.
За умови рН 10 мутаротація закінчується
практично миттєво.
8. Розчинність глюкози
Глюкоза добре розчиняється у воді.
Розчинність глюкози виражається величиною
вмісту глюкози в одиниці маси розчину,
вираженої у відсотках, або кількістю глюкози, що
приходиться на одиницю маси води.
З підвищенням температури розчинність глюкози
зростає. При цьому до температури 50 °C це
збільшення більш значне, ніж при температурі
вище 50 °C.
10. Розчинність глюкози в неочищених водних
розчинах відрізняється від розчинності у воді.
Зазвичай розчинність глюкози з ростом
домішок у розчині збільшується.
Зміна розчинності глюкози в нечистих
розчинах характеризується коефіцієнтом
насичення;
коефіцієнт насичення виражають як
відношення розчинності у нечистому і
чистому розчинах або як кількість глюкози, що
приходиться на одиницю маси води.
11. Кристалізація може відбуватися тільки з розчину,
що має за даної температури концентрацію
речовини вище, ніж у насиченому розчині, тобто з
пересиченого розчину.
Відношення вмісту глюкози на одиницю маси
води в пересиченому розчині до змісту глюкози в
насиченому називають коефіцієнтом
пересичення.
Це дуже важливий показник процесу
кристалізації, що має підтримуватись на
визначеному рівні.
12. В'язкість глюкозних розчинів
Глюкозні розчини характеризуються
визначеною в'язкістю, що залежить від
температури, концентрації СР у розчині,
характеру домішок.
В’язкість насичених водних розчинів
глюкози збільшується зі зниженням їх
доброякісності та підвищенням температури.
Така залежність пояснюється швидким
зростанням розчинності глюкози при підвищенні
температури.
13. З ростом температури при незмінній
концентрації сухих речовин в'язкість глюкозних
розчинів зменшується.
В'язкість має велике значення при
кристалізації глюкози, тому що при підвищенні
в’язкості:
ускладнюється фільтрація сиропів,
знижується коефіцієнт теплопередачі при
уварюванні та охолодженні,
уповільнюється кристалізація та
погіршуються умови центрифугування утфелю.
14. Форми кристалів глюкози
З пересичених водних розчинів глюкоза
викристалізовується лише у α-формі, тому що
вона має меншу розчинність.
В залежності від температурних умов
утворюються кристали ангідридної та гідратної
глюкози. Кристали ангідридної глюкози
відносяться до ромбічної системи та являють
собою видовжені призми з кінцевими
гемігедральними поверхнями
Кристали гідратної глюкози відносяться до
моноклинної системи та являють собою тонкі
гексагональні пластинки
17. Глюкоза має властивість поліморфізму, тобто в
залежності від умов кристалізації утворює
кристали, що відносяться до різних
кристалографічних систем, або різні за розмірами
та зовнішнім виглядом в межах однієї системи.
Форма кристалів гідратної глюкози залежить від
пересичення та доброякісності маточного
розчину.
Кристали, які легко обробляються на центрифугах
називаються нормальними. Ті, які утворюють на
центрифугах ущільнений шар, з якого не можна виділити
відтоки та промити кристали, називаються хибними.
18. Встановлено, що з водних насичених та
пересичених розчинів в температурному інтервалі
0,5-50 °С викристалізовується глюкоза у формі
моногідрата С6Н12О6⋅Н2О.
В температурному інтервалі 50…90 °С
викристалізовується ангідридна глюкоза.
За високих пересичень в проміжку температур 45-
50 °С можуть утворюватись хибні кристали.
Довжина нормальних кристалів гідратної глюкози
рідко перевищує 1 мм.
Ангідридна глюкоза утворює однорідні кристали
з меншою кількістю домішок.
19. Швидкість кристалізації глюкози
Процес кристалізації складається з двох самостійних
процесів:
утворення центрів кристалізації
росту цих центрів з визначеною швидкістю.
Кількість центрів, що виникають в одиницю часу в
одиниці об’єму та лінійна швидкість росту кристалів є
основними параметрами, що визначають процес
кристалізації.
Для пересичених розчинів глюкози самовільне
виникнення центрів кристалізації ускладнене.
Тому, у виробництві в пересичений розчин завжди
вводять для затравки готові кристали глюкози нормальної
форми.
20. Швидкість кристалізації (К) –
це кількість мг глюкози, що утворюється за
1 хвилину на 1 м2
поверхні кристалів.
Кількість глюкози, що викристалізувалась
(Р) пропорційна часу кристалізації (τ) та
поверхні кристалів (F)
Для глюкози визначення поверхні кристалів пов’язане з
великими труднощами, тому рекомендується приймати за
швидкість кристалізації кількість мг глюкози, що
кристалізується на поверхні 1 г кристалів за 1 хвилину із 100
г сиропу
21. Чинники, що впливають на швидкість
кристалізації глюкози
Пересичення. Рушійною силою кристалізації є
надлишкове пересичення.
Проте надмірне пересичення сприяє утворенню
нових центрів кристалізацій (муки), також
випадінню кристалів з включенням дрібних
часток маточного розчину.
При кристалізації першого продукту коефіцієнт
пересичення витримують 1.15…1.25, а другого
продукту – 1.2…1.4.
22. Мутаротація. Оскільки з водних розчинів
за температур кристалізації гідратної
глюкози (до 50 °С) викристалізовується
тільки α-форма, то існуюча рівновага між
таутомерами порушується.
Чим швидше β-форма глюкози перейде в α-
форму і знову встановиться рівновага, тим
меншою мірою цей процес буде
уповільнювати кристалізацію глюкози.
23. Температура.
По-перше, підвищення температури призводить
до прискорення дифузії та мутаротації, що сприяє
збільшенню швидкості кристалізації.
По-друге, з підвищенням температури
збільшується в’язкість пересичених сиропів, а
тому швидкість дифузії зменшується.
Проте сумарний вплив підвищення температури –
це збільшення швидкості кристалізації.
Глюкозні утфелі кристалізують за температури
46-36 °С.
24. Доброякісність. Зниження доброякісності
сиропів різко знижує швидкість
кристалізації, тому що збільшується
розчинність глюкози, що призводить до
збільшення в’язкості насичених та
пересичених розчинів.
При доброякісності 67-68 % швидкість
кристалізації практично дорівнює нулю,
25. Величина і кількість кристалів. З огляду не те, що
від дрібних кристалів гірше відокремлюється на
центрифугах маточний розчин, варто прагнути до
одержання утфелю з однорідними кристалами середнього
розміру.
Встановлено, що процес кристалізації глюкози
протікає нормально коли для затравки беруть готового
утфелю 30−35 % до всієї кількості утфелю. Після
перемішування сиропу з затравкою кількість кристалів у
продукті буває близько 15 % (до маси).
В ході протікання процесу кристалізації ця кількість
збільшується і до кінця сягає 46−-50 % загальної маси
утфелю.
26. Перемішування.
При заливанні сиропом кристалізатора, у якому
залишена затравка від попередньої порції утфелю,
процес кристалізації починється з моменту, коли
відбулось повне змішування сиропу із затравкою.
Час, необхідний для змішування, є
непродуктивним і складає 12−24 год.
Збільшуючи інтенсивність змішування утфелю із
затравкою можна скоротити загальну тривалість
кристалізації на 8−12 год. В подальшому
інтенсивність перемішування утфелю не впливає
на швидкість кристалізації
27. В’язкість глюкозного утфелю.
В’язкість глюкозного утфелю залежить від в’язкості
міжкристального розчину та від кількості кристалів до
маси утфелю.
З пониженням температури при незмінній концентрації
кристалів в’язкість утфелю зменшується. З пониженням
температури кристалізації можна підвищити вміст
кристалів в утфелі. Проте утфель з великою кількістю
кристалів стає в’язким та кристали руйнуються при
перемішуванні. Для зменшення концентрації кристалів
рекомендується знижувати концентрацію вихідного
сиропу або використовувати розкачку утфелю перед
кінцем кристалізації невеликою кількістю зеленої патоки
28. Теплота кристалізації.
При кристалізації 1 г-моля гідратної глюкози виділяється
19,8 кДж тепла.
Теплота кристалізації глюкози складає 35−40 % всієї
теплоти, яка відбирається з кристалізатора при
охолодженні.
Це тепло збільшує температуру шару, що знаходиться
біля кристалу, що підвищує швидкість мутаротації і
дифузії. Але з підвищенням температури знижується
ступінь пересичення.
Тому, щоб підтримати в кристалізаторі визначений
коефіцієнт пересичення кристалізацію проводять
поступово знижуючи температуру в ході процесу.
