CC BY
74
ных можно сделать вывод, что оптимальная концентрация винной кислоты - 0,6%.
Таблица 1
Концентрация винной кислоты, % Пектиновый экстракт Выход спиртоосаждаемых ПВ, % на а. с. м.
СВ, % ПВ, % Аэ
0,2 4,2 1,14 0,27 5,10
0,4 4,3 1,54 0,35 6,81
0,6 4,4 1,66 0,38 7,24
0,8 4,4 1,67 0,38 8,36
1,0 4,5 1,72 0,38 8,58
1,2 4,6 1,70 0,37 8,92
1,4 4,7 1,63 0,35 7,83
1,6 4,9 1,98 0,38 6,54
1,8 5,0 1,98 0,39 5,97
2,0 5,2 2,06 0,39 5,14
Известно, что в химическое взаимодействие вступают только активные молекулы, обладающие определенной избыточной энергией по сравнению со средней энергией всех молекул. Одним из способов активирования хмолекул является повышение температуры. Исследованиями [4] установлено, что повышение температуры гидролиза увеличивает движущую силу процесса, что является более эффективным, чем увеличение концентрации водорода. Установлено также, что повышение температуры при снижении концентрации ионов водорода и сокращении продолжительности процесса позволяет получить ПВ с высокими качественными показателями [4, 5].
Таблица 2
Г, °С Пектиновый экстракт Выход спиртоосаждаемых ПВ, % на а.с.м.
СВ, % ПВ, % Аэ
65 3,9 1,44 0,37 6,94
70 4,4 1,67 0,38 г '■ 7,24
75 4,5 1,61 0,36 ; ''' 3,98
80 4,8 1,82 0,38 '• 3,71 :>г
85 5,0 1,80 0,36 3,48 ;
90 5,5 1,79 0,34 3,25
Для определения оптимальной температуры процесса проводили гидролиз при температурах от 65 до 90°С в течение 3 ч.
Полученные результаты (табл. 2) показывают, что значительное увеличение выхода ПВ достигается при 70°С и составляет 7,24%. При большем повышении температуры вначале происходит резкое, а затем постепенное снижение выхода ПВ, объясняемое следующим. Во-первых, более высокие температуры способствуют разрушению углеродного скелета винной кислоты и, следовательно, снижению ее химической активности. Во-вторых, происходит деструкция протопектина, которая при термической обработке растительного сырья включает два процесса: разрыв связей между цепями макромолекул рамногалактуронана с другими компонентами клеточных стенок и гидролиз самих цепей макромолекул рамногалаюуронана. Отметим также, что с повышением температуры более 70°С наблюдается снижение чистоты пектинового экстракта.
Таким образом, оптимальными параметрами процесса гидролиза-экстрагирования ПВ из виноградных выжимок являются концентрация винной кислоты 0,6% и температура 70°С.
• ' ' ЛИТЕРАТУРА
1. Трошин Л.П., Котляр И.Ф., Бирюков А.П., Мнслив-ский А.И. Современное виноградарство и виноделие Кубани // Виноград и вино России : Спец. вып. - 1998. - С. 1-3.
, 2. Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф. Технология комплексного использования отходов виноделия и виноградарства // Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевой и перерабатывающей отрасли АПК: Тез. докл. науч.-техн. конф,- Киев, 1991. - С. 201.
3. Ежов В.Н. Совершенствование биотехнологических процессов промышленной переработки винограда на основе анализа путей образования и превращения комплекса биополимеров: Дис. ... д-ра техн. наук / ВНИИ винограда и продуктов его переработки «Мага-рач». - Ялта, 1987. - С. 23.
4. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов. -М.: Дели, 2000. - 255 с.
5. Ашубаева З.Д. Химические реакции пектиновых веществ. -Фрунзе: Илим, 1984. - 186 с.
Кафедра технологии хранения и переработки сельскохозяйственных продуктов
Поступила 07.10.02г. • !
641.1.038.001.57
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ САХАРОЗЫ С ГИДРОКСИДОМ НАТРИЯ
В.М. ПЕРЕЛЫГИН, Н.М. ПОДГОРНОВА, Ю.Н. СОРОКИНА
Воронежская государственная технологическая академия .
Имеющиеся сведения о характере взаимодействия сахарозы с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов весьма противоречивы [1-6]. Нами проведены экспериментальные исследования pH водных
растворов, содержащих сахарозу и гидроксид натрия, в температурном интервале 333,15-353,15 К. Опыты проводили по методике [7] в атмосфере инертного газа. Необходимо отметить, что с возрастанием содержания сахарозы при постоянной концентрации ИаОН наблюдалось падение pH растворов (табл. 1), что объяс-
нж
тр!
№
ОЕ
да
уч;
Со
Ра>
Сг
Р<
0,0
0,0
ОД
0,0
ОД
0,5
ОД
0,5
ОД
0,5
где
ные
кан
ла,
тов
где ]
I
\ ура
где*
та.
Л
ь 4,2003 ОТ, ЧТО
■ся при шении ем по-
®Д}'Ю-
пособ-юй ки-юй ак-прото-расти-связей нана с цролиз и. От-более го экс-
и про->адных
ІСЛОТЬІ
ІНСЛИВ-
іи /7 Ви-
ного ис-іботка и юлогий, іипере-Киев,
процесія путей ...Д-ра «Мага-
уктов. -
цеств. -
301.57
грия, в )пыты )го га-;ержа-Шна-)бъяс-
няется взаимодеиствием сахарозы и гидроксида натрия. В настоящей работе допущено, что это взаимодействие носит ионообменный характер.
Поскольку в молекуле сахарозы содержится три ОН-группы с наиболее подвижными атомами водорода [8], примем, что в ионообменных взаимодействиях участвуют именно три гидроксильные группы.
Таблица 1
Константы равновесия
Состав раотво-
рН при температуре, К
-ь- Ионообменные равновесия имеют вид:
- . . Н35 + Ма+'^З^МаН28 + Н+;
ИаН^ + №+ ИагШ + Н+;
ра, моль/1000 г Н20 333,15 343,15 353,15
Саха- роза КаОН Эксп. Расч. Эксп Расч Эксп Расч.
0,0297 0,0021 10,23 10,23 10,02 10,03 9,79 9,83
0,0297 0,0041 10,49 10,48 10,27 10,28 10,07 10,09
0,1519 0,0041 10,13 10,29 9,97 10,10 9,85 9,92
0,0294 0,0294 11,29 11,11 11,07 10,93 10,83 10,74
0,1505 0,0294 10,73 10,82 10,58 10,64 10,45 10,46
0,5054 0,0294 10,36 10,57 10,20 10,40 10,08 10,22
0,1530 0,1259 11,43 11,20 11,27 11,03 11,12 10,85
0,5173 0,1259 11,02 10,91 10,88 10,75 10,75 10,57
0,1499 0,2460 11,69 11,44 11,51 11,27 11,35 11,09
0,5045 0,2460 11,30 11,09 11,12 10,92 10,92 10,74
(1)
К, =~; К,
к, ' к.
к3:
где кь кз, кз и к]', кг', кз' - константы скорости прямых и обратных реакций (I).
Поскольку ОН-группы с подвижными атомами водорода в молекуле сахарозы значительно удалены друг от друга, можно принять, что их участие в ионообменных взаимодействиях носит статистический характер:
к2 _ 2_ к3 _ 1 к' _ Т к| _ 1 г
следовательно,
К, =-К,;К, =- К.. - 3 1 3 9
Допустим, что коэффициенты активности сахарозы и сахаратов одинаковы. Составив уравнения материального баланса системы в о д а-са хнр о за-Ка ОН, полу-
иттл-г Т5Т.Т~ПО'\1/*АТХТ;ГСГ тттта л «О "7 ГП_ Т1 Т^Г\Х.ГГГ/~\‘1-Г<ли'Т'ГЧТ> -г\отэигг\„
ЛХХЛ! 1_УХ /Лу)ХЛ. X Х\\ДУХХХЧУХХ\^ХХХ\^ХЗ
весного раствора
0 _ 55,51л °
'*"•>------------------*
п°х + п° у 55,51я° —
гН ■
о , о ?1 х + п2 у
(3)
(4)
ИагНБ + №+
К,
где Нзв - сахароза; К’аНіЗ, Ка2Ш, №38 - моно-, ди- и тризамещен-ные сахараты; К], Кг, Кз - константы ионного обмена.
Ионы водорода, образующиеся в результате протекания реакций (1), нейтрализуются ионами гидроксила, смещая равновесие в сторону образования сахаратов:
Н++ОН~
‘Н20,
(2)
55,51л.
Ы’.
/ тг \ 2 2(^1' ЗІ 0
о , о /7, Х+П2 У
55,5к,
Ы" 2 =-
=тон-
27
О , О
пх х+п2 у
55,51(ПзХ-и° у)
0,0 ' гг, х + п- у
(5)
(6) (7)
где К„ - термодинамическая константа диссоциации воды.
Константы равновесия Кь К2, К3 и К* вьфажаются уравнениями
К,
0М123
аи,&анг'
V _ аКагНЗ°н* 1^-----------------
К3 =
ЛКаН28®ца +
,8
ЯНа2нз аш*
V - а»* аон-
XV ГТ> —
где л,- - термодинамическая активность ионов или молекул /-го сорта.
где т-х у Мг > Щ 9т2 у тгь >П1он - моляльности соответственно сахарозы, моно-, ди- итризамещенных сахаратов, ионов Ка+ и ОН”; гР\, о о
п 2, п з- исходные числа молей воды, сахарозы и гидроксида натрия;
+±ь
0 ЗІ Є і 271 е
К, 2(КЛ2 іГК, V
>,=Т+зЫ %Ы;
ан*
(8)
(9)
(10)
Для определения коэффициентов активности ионов Нт, ОЬГ и использовали данные [9] о средних ионных коэффициентах активности электролитов в вод-
Таблица 3
Состав исходного раствора, моль/1000 г Н20
Состав равновесного раствора, моль/1000 г Н20
Сахароза NaOI-l mi" m2 -10і т2" т2'" niMif-lO3 тон '' 03 шнЧ0и
0,0297 0,0021 0,0295 0,023 6,20-10'7 о О Г1- 1,816 1,816 15,80
0,0297 0,0041 0,0290 0,076 6,65 106 1,94T0‘S 3,360 3,360 8,84
0,1519 0,0041 0,1501 0,178 7,03-10’6 9,27-10's 2,349 2,349 13,69
0,0294 0,0294 0,0181 0,963 1,71-Ю'3 ЦИ-ІС4 16.23 16,23 2,11
0,1505 0,0294 0,1305 1,915 9,36-10'4 1,53-10'5 8,562 8,562 4,03
0,5054 0,0294 0,4816 2,337 3,78-1 O'4 2,04-1 O'6 5,503 5,503 7,84
0,1530 0,1259 0,0707 6,268 00 О 1,82-Ю'3 21,95 21,95 1,71
0,5173 0,1259 0,4110 9,823 7,83 10‘3 2,08-Ю-4 12,30 12,30 3,56
0,1499 0,2460 0,0235 6,063 5,22-10'2 1,50-102 38,77 38,77 1,04
0,5045 0,2460 0,3082 16,50 2,95-10"2 1,75-10’3 18,41 18,41 2,38
но-сахарно-солевых системах. При этом установлено, что в области концентраций сахарозы 0 < т2 < 0,5 моль/1000 г Н20 и ионных сил 0 </< 0,1 коэффициенты термодинамической активности ионов 1-1 электролитов зависят только от содержания сахарозы и ионной силы раствора:
1пу+ = 1пу_ = 1пу'
+ m2Q>l
где у+ - коэффициент активности однозаряженного иона в водном растворе с тем же значением ионной силы, что и в тройном растворе; Ьь Ьг, Ьг - коэффициенты, численные величины которых приведен!,I в табл. 2.
Таблица 2
Г, К
-Л-102
давления равновесия будет находиться 99,3% сахарозы и 0,7% сахаратов. В растворе, имеющем исходный состав сахарозы и ИаОН 0,5045 и 0,2460 моль/1000 г НгО соответственно, при равновесии будет содержаться 61% свободной сахарозы и 39% сахаратов, из которых 84% моносахарата, 15% дисахарата и 1% трисаха-рата.
/7+М). (11) На основе данных табл. 3 рассчитаны величины pH
равновесных растворов и представлены в табл. 1 в сравнении с экспериментальными. Среднее отклонение расчетных величин от опытных составило ± 0,17 ед. pH, что свидетельствует о справедливости предположения об ионообменном характере взаимодействия сахарозы и гидроксида натрия в водных растворах.
byW
-Ъу\0‘
333,15 45,69 257,49 419,39
343,15 50,85 282,85 502,30
353,15 54,33 275,73 443,11
Численные значения коэффициентов активности
ионов у,- рассчитывали по уравнению Дэвиса [10]
' 41
Igy, =~Az,
\
1+ V7
-0,2/
(12)
/
где г,- - число зарядов ионов /-го сорта; А = 1,825-Ю6 (еТ) зл; 7’-температура, К; е - диэлектрическая проницаемость воды при соответствующей температуре [11].
Путем совместного решения уравнений (3)—(12) с использованием опытных значений pH смесей во-да-сахароза-№ЮН рассчитали величины констант К] при температурах 333,15, 343,15 и 353,15 К, составившие соответственно 3,79-10"10, 4,86-Ю“10 и 6,91-Ю“10
Зная величину К], можно рассчитать по уравнениям (3)—(12) равновесный состав системы вода-сахаро-за-ЫаОН в интервале температур 333,15 < Т<353,15 К.
Результаты таких расчетов для температуры 353,15 К, приведенные в табл. 3, показывают, что соотношение количеств свободной сахарозы и сахаратов определяется исходным составом растворов. Например, в растворе, первоначально содержащем 0,0297 моль сахарозы и 0,00021 моль ИаОН в 1000 г воды, после уста-
ЛИТЕРАТУРА
1. Палаш И.П., Харшс С.Е. Сахараты натрия и константы диссоциации сахарозы // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1966. -№ 4. - С. 36-40.
2. Бобровннк Л.Д., Волошаненко Г.П., Ремесло Н.В. О свойствах сахаратов кальция // Сахарная пром-сть. - 1981. - № 11.-С. 27-29.
3. Мшцук Р.Ц., Катроха И.М., Литвин Н.И. Равновесие в системе сахароза-известь-вода//Тамже. -1992. -№ 1. - С. 24-25.
4. Мшцук Р.Ц. Температура и равновесие в системе сахароза-оксид кальция-вода // Там же. - № 4. - С. 23-25.
5. Озеров Д.В., Сапронов А.Р. Поведение гидроксида кальция в сахарсодержащих растворах // Там же. - 1985. - № 7. -С. 20-23.
6. О системе известь-сахароза (несахар)-вода / А.Р. Сапронов, Д.В. Озеров, В.Н. Антоновский и др.//Там же. - 1993. -№ 5-6. -
С. 17-19.
7. Перелыгин В.М., Подгорнова Н.М., Сигников А.И.
Диссоциация гидроксида кальция в водных растворах /7 Изв. вузов. Пищевая технология. - 1999. - № 4. - С. 52-53.
8. Allen Т.А. Molecular association in the sucrose - water system// Sugar Technology Reviews. -1974. -2. ~.N°2. - P. 165-180.
9. Бориско В.Г. Влияние температуры и добавок солей аммония на физико-химические свойства водно-сахарных растворов и меласс: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Воронеж, 1984. - 24 с.
10. Батлер Дж. Н. Ионные равновесия: Пер. с англ. — Л.: Химия,
J 973. - 448 с.
11. Гороховский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. - Киев: Наукова думка, 1974. - 985 с.
Кафедра физической и коллоидной шпш
Поступила 29.10.02 г.
