Влияние некоторых примесей на устойчивость пересыщенных растворов лактозы

Установлено, что продолжительность этих этапов зависит от пересыщения, а также от природы примеси.

В производстве сгущенных молочных и молокосодержащих консервов с сахаром кристаллизация является важнейшей технологическим процессом, предопределяющим качество готового продукта. Исследование кристаллизации лактозы в пересыщенных водных растворах и установление закономерностей протекания этого процесса необходимо для его оптимизации в промышленных условиях.

В настоящее время увеличиваются объемы производства сгущенных молочных и молокосодержащих консервов с сахаром, выработанных из сухого молока и сухой сыворотки [1]. Известен способ производства молокосодержащего концентрированного продукта с сахаром, в котором в качестве сухого молочного сырья используют смесь сухого обезжиренного молока, сухой деминерализованной молочной сыворотки и сухой пахты[2].

Поэтому целью настоящей работы явилось моделирование кристаллиза- ции лактозы в пересыщенных водных растворах в присутствии добавок: сухого обезжиренного молока (СОМ), сухой деминерализованной молочной сыворотки (СДМС) и сахарозы. В качестве контрольного опыта служили чистые водные пересыщенные растворы лактозы.

Приготовление пересыщенных растворов с заданными коэффициентами пересыщения, равными Кп=1,2, 1,8, 2,1, достигалось путем выпаривания избытка влаги из насыщенных растворов на роторной вакуумно-выпарной установке. Полученные растворы герметически переводились в стеклянный термостатируемый кристаллизатор, снабженный стеклянной мешалкой с частотой вращения n = 5 с-1. Опыты проводились при температуре t=35ºC , что соответствует температуре внесения затравки в промышленных условиях. Количество вносимых добавок составило: сахарозы 40 %, СДМС – 9 %, СДМС + СОМ, взятых в соотношении 1:1, - 9 %. В ходе опытов через каждые 5 мин. отбирались пробы раствора и в них с помощью рефрактометра определялась массовая доля сухих веществ

По полученным опытным данным был рассчитан коэффициент пересыщения и затем были построены кинетически зависимости. На рисунке приведены примеры кинетических зависимостей для t=35ºC и начальном Кп=1,2.

Как следует из рисунка, форма кинетических кривых имеет S-образную форму, типичную для процесса кристаллизации. Точки излома на кривой фиксируют моменты фазовых превращений. Участок АВ характеризует процесс зародышеобразования, так называемый индукционный период, где протекает образование и рост центров кристаллизации до критического размера. Затем на участке ВС происходит массовая кристаллизация и в результате интенсивное падение пересы-

Рисунок. Влияние примесей на кинетику кристаллизации лактозы при 35ºC, К _п =1,2: 1-пересыщенный водно-лактозный раствор, 2-пересыщенный водно-лактозный раствор с добавкой сахарозы и СДМС, 3- пересыщенный водно-лактозный раствор с добавкой сахарозы и смеси: СДМС + СОМ.

щения. Следует отметить, что на этом участке преобладающим является рост кристаллов, хотя не исключены процессы зародышеобразования, агрегации, перекристаллизации [3].

По полученным кинетическим кривым были определены продолжительности индукционных периодов τind и представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Продолжительность индукционных периодов τind, мин. в пересыщенных растворах лактозы при t=35ºC

Как следует из таблицы, продолжительность индукционных периодов T ind , зависит прежде всего от коэффициента пересыщения K_п. Взаимосвязь между этими параметрами была представлена согласно [4] уравнением: lg τ _ind = k - z ⋅ lg K _ï ,                           (1)

где k – константа скорости процесса зародышеобразования;

z - порядок процесса зародышеобразования.

По данным таблицы 1 были определены значения k и z в уравнении (1) и представлены в таблице 2. Затем было определено значение предельного коэффициента пересыщения K_п ^пред и проведена оценка устойчивости пересыщенных растворов.

Величина К п ^пред , как известно, соответствует переходу раствора из ме-тастабильного в лабильное состояние,

Таблица 2 - Значения k и z в уравнении (1)

• т. е. границе метастабильности. В этом состоянии в пересыщенном происходит самопроизвольное зародышеобразование и продолжительность индукционных периодов предельно мала. Согласно [4] K_п ^пред соответствует τ_ind =1 мин. Уравнение (1) в этом случае имеет вид:

K = 10 ^Z . (2)

Значение Kппред, представленное в таблице 2, свидетельствует о том, что исследуемые примеси увеличивают устойчивость пересыщенных водных растворов и, таким образом, тормозят процесс кристаллизации лактозы. Механизм влияния примесей на устойчивость пересыщенных растворов обусловлен, прежде всего, увеличением вязкости раствора и замедлением диффузии молекул к кристаллу. Кроме того, как было установлено авторами [3], при кристаллизации лактозы в присутствии примесей, способных взаимодействовать с ассоциатами кристаллизующегося вещества, примесь снижает вероятность присоединения молекул лактозы к ассоциату и тормозит его рост до размеров критического зародыша. Это характерно для такой примеси как сахароза. Примеси да- лекие по свойствам от сахаров (белок, минеральные соли) затрудняют присоединение молекул кристаллизующегося вещества к ассоциату и, таким образом, увеличивают индукционный период.

Из вышеизложенного следует, что поскольку примеси влияют на устойчи- вость пересыщенных растворов лактозы, то необходимо уточнение температуры усиленной кристаллизации лактозы в сгущенных молочных и молокосодержащих консервах с сахаром, выработанных из сухого молока и сухой сыворотки.