کریستالیزاسیون

انتقال شربت غليظ شده به مرحله طباخي :

شربت غليظ به دست امده از مرحله تغليظ داراي بريكس 65 درصد بوده و درجه خلوص تقريباً بالايي است . اين شربت پس از صاف شدن براي توليد شكر به مرحله طباخي منتقل مي شود .

- كريستاليزاسيون( crystallization )  :

در اين مرحله تغليظ هر چه بيشتر شربت صورت مي گيرد كه اين كار براي به دست اوردن حداكثر قند به شكل كريستال از شربت و جدا سازي ناخالصي هاي احاطه كننده كريستال ها مي باشد .

طباخي نيز ماننده بدنه هاي تبخير كننده در چند مرحله صورت مي پذيرد . شربت غليظ شده حاصل از تبخير كننده ها وارد ديگ هاي پخت شده و تحت شرايط خلاء آب موجود در شربت تبخير مي شود . علت استفاده خلاء در اين مرحله اين است كه اگر خلاء به كار نرود نقطه جوش آن تا حدود 120 درجه سانتيگراد مي رسد ، چون شربت غليظ است در اين دما تيره شدن شربت صورت مي گيرد كه با ايجاد خلاء در ديگ هاي پخت نقطه جوش كمتر از 100 درجه سانتيگراد مي رسد .

 تغليظ كردن شربت تا حد اشباع و فوق اشباع است كه با افزدن پودر شكر به عنوان شوك هسته هاي اوليه كريستال شكر در شربت تشكيل مي شوند . سپس مقداري از شربت را وارد ديگ پخت كرده و كريستال ها را رشد مي دهند و بعد از رشد دادن كريستالها . شربت جديد به صورت تدريجي اضافه مي شود تا پر شدن ظرفيت ديگ پخت ادامه مي يابد و در آخر انچه كه به دست مي آيد ماسكويت يا پخت مايه ناميده مي شود كه حاوي كريستال هاي شكر و مقداري كمي شربت همراه با ناخالصي ها ( پساب ) است كه ابتدا ماسكويت به مخزن مالاكسور يا ميكسر مي رود تا با همزدن شربت توسط همزن مالاكسور دماي ماسكويت كاهش يابد و پس از اين مرحله وارد مرحله بعدي يعني سانتريفيوژ كردن شربت مي شود تا كريستال هاي شكر از پساب جداسازي شوند و بلورهاي شكر در اثر نيروي گريز از مركز دستگاه سانتريفيوژ از پساب جداسازي شوند .

حالت فوق اشباع در فرآيند كريستاليزاسيون :

فرايند كريستاليزاسيون در حفقيقت شامل دو مرحله كلي است :

 ۱. به وجود آمدن هسته هاي اوليه كريستال و دانه بندي.

 ۲. رشد دادن كريستال هاي به وجود آمده .

 در صورتي كه محلول محتوي ساكارز را در دماهاي مختلف در  نظر بگيريم كه مقدار ساكارز در آن بر حسب گرم در 100 سي سي آب در حال افزايش باشد ، نمودار خاصي توليد خواهد شد كه در آن نواحي مجزا و مشخصي به شرح زير قابل تشخيص است :

۱. در ناحيه زير اشباع تا اشباع :

در اين ناحيه به دليل كم بودن ساكارز حل شده در مقدار مشخصي آب محلول ساكارز در حالت زير اشباع تا اشباع قرار مي گيرد . حداكثر ضريب فوق اشباع در اين ناحيه يك مي باشد . در اين ناحيه ايجاد هسته و رشد دادن آن صورت مي گيرد .

 ۲. ناحيه فراپايدار :

در اين ناحيه محلول حالت فوق اشباع به خود مي گيرد و ضريب فوق اشباع آن از 1 تا 2/1 است . در چنين محلولي كريستال شكر خود به خود به وجود نمي آيد اما پس از افزودن كريستال هاي شكر به محلول . كريستالهاي افزوده شده تا حدي رشد مي كنتد بدون آنكه كريستال هاي جديدي به وجود آيد .

در اين منطقه اگر كريستال شكر به محلول اضافه نشود محلول بدون تغيير باقي مي ماند

۳. مرحله حد واسط يا ( Intermediate )  :

ضريب فوق اشباعي در محلول هاي كه در اين منطقه قرار دارند بين 2/1 تا 35/1 است در اين مرحله در محلول ها كريستال هاي شكر خود به خود به وجود نمي آيند ولي اگر كريستال هاي ريز شكر به اين محلول اضافه شود اين كريستال به عنوان هسته هاي اوليه عمل مي كنند و رشد پيدا مي كنند در ضمن كريستالهاي جديد هم به وجود و اين كريستال ها هم رشد مي كنند .

 ۴. ناحيه ناپايدار ( labilezone )  :

در اين مطنقه ضريب اشباع غالباً بالاتر از 35/1 است كريستالهاي شكر به طور خود به خود به وجود مي آيند و همچنين رشد مي كنند . ( بدون نياز به شوك)

 

-  پديد امدن و رشد كريستال :

در محلول حاوي ساكارز . عمده ترين پيوندهاي مولكولي بين كوره هاي هيدروكسيل كه قويتر از پيوند بين گروههاي هيدروكسيل مولكولهاي ساكارز مجاور هم است . لذا با عمل تبخير آب و جدا كردن ، مولكولهاي آب سعي مي شود كه تشكيل پيوند بين كولكول ساكارز با ساكارز تقويت شود .

در كارخانه هاي توليد شكر ، تشخيص مرحله دانه بندي و رسيدن شربت به حاللت فوق اشباع مناسب اغلب توسط كارگران ماهر و به صورت تجربي انجام مي گيرد :

اولين راه تشخيص رسيدن به حالت فوق اشباع مناسب اين است كه كارگر مقداري از محلول را بين دو انگشت خود گرفته و انكشتان را از هم باز كند اگر مقدار كشش با كش آمدن محلول بيش از 4 سانتيمتر باشد به صورت تجربي متوجه مي شود كه محلول به حالت مورد نظر رسيده است .

روش ديگر استفاده از فاكتورهايي مثل افزايش نقطه جوش شربت . روش ديگر ضريب شكست يا رفراكتيو ايندركس ( Refractive index ) و تغييرات آن با تغيير غلظت است . روش ديگر ثابت دي الكتريك است ( dielectric index ).

 پس از مرحله طباخي ( دانه بندي ) طباخ دو وظيفه مهم بر عهده دارد :

۱. حفظ و تثبيت حالت فوق اشباعي محتويات دستگاه پخت در حد مناسب يعني در حد پاييني مرحله فراپايدار يا همان ناحيه ( metastable) نگهداري مي شود و افزايش پيدا نكند بدين منظور كه نه كريستالهاي به وجود آمده حل شوند و تا حد ممكن هم كريستال جديد هم به وجود نيايد.

۲. وارد كردن تدريجي شربت جديد به دستگاه پخت است ( خوراك دادن و پرورش دادن ) به منظور رشد دادن كريستالهاي موجود و سپس وارد كردن شربت جديد تا جايي اين كار را تدريجي اامه مي دهند تا ديگ پخت به بيشترين ظرفيت خود برسد .

 

-  عوامل مؤثر در رشد كريستالهاي شكر :

وقتي كريستالهاي اوليه در يك محلول قندي به وجود مي آيند در صورتيكه حالت فوق اشباع مناسب حفظ شود كريستال ها رشد مي كنند . درصد رشد كريستال ها يك عمل انتقال جرم است يعني انتقال مولكولهاي ساكارز از محلول ساكارز . 

لايه اي از شربت که اطراف كريستال را احاطه كرده بايستي از رواني و سياليت خوبي برخوردار باشد به اين منظور كه حركت مولكولهاي ساكارز در اين ناحيه با سهولت انجام بپذيرد . بالا بودن درجه فوق اشباع در محلول احاطه شده اطراف كريستال باعث كندي حرکت مولكولهاي ساكارز از محلول به ساكارز مي شود . هميشه ويسكوزيته محلول اطراف كريستال كمي از شربت بيشتر است .

 

- عوامل مؤثر در رشد كريستال هاي شكر :

۱. حالت فوق اشباع :

وقتي كه ضريب فوق اشباع شربتي كه كريستال را احاطه كرده است بالا باشد مولكولهاي ساكارز به سمت كريستال حركت كرده و به آن ملحق مي شوند و كريستال رشد مي كند.

۲. درجه حرارت محيط :

اين عامل در كريستاليزاسيون تأثير زيادي دارد و ان به دو علت است :

علت اول اينكه افزايش درجه حرارت باعث كاهش ويسكوزيته مي شود و با كاهش دادن ويسكوزيته عملاً يكي از موانع تشكيل كريستال از سر راه برداشته مي شود ( به عبارت ديگر و بهتر شدت اين عامل مقاوم كم مي شود ولي به صفرنمي رسد)  .

دليل دوم اينكه با افزايش دما تحرك مولكولي ساكارز افزايش مي كند و با افزايش تحرك مولكولي ساكارز امكان رسيدن آنها به سطح كريستال و برخورد آنها با كريستال افزايش پيدا مي كند و در نتيجه سرعت كريستاليزاسيون افزايش پيدا مي كند .

يكي ديگر از اثرات دما ، نقش كاهش دما هم در تأثير مثبت روي سرعت كريستاليزاسيون مي باشد يعني با كاهش دماي محلول ، از حالت اشباع به فوق اشباع تبديل مي شود . و اين رسيدن به حالت فوق اشباع تأثير مثبت روي سرعت كريستاليزاسيون دارد كه از اين حالتها در بعد صنعتي تكنولوژي قند استفاده مي كنيم . بدين صورت كه در مرحله آخر پخت و پس از آنكه ديگر با افزايش دما كريستالي تشكيل نشد ، با خالي كردن محتويات درون ديگ پخت به داخل مخازن سردكننده ، رشد نهايي كريستالهاي شكر را در آنها انجام مي دهيم .

۳.  فاكتور PH :

قليائيت بيش از حد ، سرعت كريستاليزاسيون را كم مي كند . از طرف ديگر PH زير 7 هم موجب تجزيه ساكارز مي گردد . بنابراين  مورد نظر در مرحله کريستاليزاسيون PH بين 7 تا 8 است . علت افزايش قليائيت و اثر بر كاهش سرعت كريستاليزاسيون افزايش پيوندهاي هيدروكسيل بين آب و ساكارز و كاهش پيوند مولكول ساكارز با ساكارز است و كاهش تشكيل مقدار كريستال است .

۴. درجه خلوص :

از دو طریق ناخالصي هاي موجود در محيط باعث كاهش سرعت كريستاليزاسيون مي شوند . اول اينكه حلاليت ساكارز را افزايش مي دهد و با افزايش اين حلاليت طبيعتاً ، تمايل اين ماده به تشكيل كريستاليزاسيون كم مي شود . دوم اينكه اين ناخالصي ها به عنوان يك مانع عمل مي كنند و سرعت رسيدن مولكولهاي ساكارز را به كريستال كاهش مي دهند .

۵. زمان :

با گذشت زمان سرعت رشد كريستالها افزايش پيدا مي كند ، البته اين زمان تشكيل بستگي به حالت محلول هم دارد ، يعني اينكه هر چه محلول خالص تر باشد زمان كمتري براي تشكيل كريستال نياز دارد و به همين علت مدت زمان توقف ماسكويت درون مالاكسورها در مراحل آخر بيشتر از مراحل اول است .

۶. ويسكوزيته :

اين عامل هم با رشد كريستال رابطه  معكوس دارد يعني هر چه ويسكوزيته افزايش پيدا كند سرعت كريستاليزاسيون كاهش پيدا مي كند و بالعكس ان نيز صادق است .

 ۷. هم زدن ( agitation )  :

در تشكيل كريستال اگر نيروي هم زن را به كار ببريم در حقيقت تحرك مولكولي ساكارز را افزايش داده ايم و اين سرعت رسيدن مولكولهاي ساكارز را از محلول به سطح كريستال افزايش مي دهد .

۸. غلظت ساكارز :

اين عامل تعيين كننده ترين عامل در رشد كريستال ها است و به عبارت ديگر رشد كريستالها تابعي از درصد قند موجود ، در محلول است . به طور كلي مرحله رشد كريستالها شامل دو مرحله كلي است كه هر دو آنها تابع غلظت ساكارز هستند . مرحله اول تحرك و حركت مولكولهاي ساكارز محلول به سمت كريستال و لايه اطراف كريستال است و مرحله دوم پيوستن مولكولهاي ساكارز به شبكه سطحي كريستال در اثر تحرك مولكولهاي ساكارز (مرحله قبل )مي باشد .