Investigacin de CarbohidratosVolumen355,1 de Julio de 2012, pginas 69-78

Medicin y anlisis del coeficiente de reparto manitol en cristalizacin de la sacarosa en condiciones industriales simuladas GillianEgglestonuna,,, Jenny WuTiuYenun,b, Arcilla Alexanderuna,, Jessica GoberunMostrar msdoi: 10.1016 / j.carres.2012.04.018Obtener los derechos y contenidos

AbstractoEl manitol es un producto de deterioro importante deLeuconstocmesenteroidesmetabolismo bacteriano de sacarosa y fructosa a partir de caa de azcar y tanto azcar de remolacha.El efecto de las condiciones de cristalizacin en el coeficiente de particin manitol(Keff) entre jarabe de sacarosa impuro y el cristal se ha investigado en un cristalizador por lotes de laboratorio y una cacerola de vaco-escala de planta piloto de proceso por lotes.Cristalizacin de laboratorio se hizo funcionar a 65,5 C (150 F), 60,0 C (140 F), y 51,7 C (125 F) con un 78,0 Brix (% refractomtrico de slidos disueltos) jarabe de sacarosa pura que contiene 0%, 0,1 %, 0,2%, 1,0%, 2,0%, 3,0%, y 10% (a 65,5 C solamente) manitol en una base Brix.Licor madre y los cristales producidos se separaron por centrifugacin y sus contenidos manitol midieron por cromatografa inica con deteccin amperomtrica pulsada integrado (IC-IPAD).La extensin de la particin de manitol en los cristales dependa en gran medida de la concentracin de manitol en el jarabe de alimentacin y, en menor medida, la temperatura de cristalizacin.En 65,5 y 60,0 C, laKeffvari de ~0.4% a 3,0% con 0,2% a 3,0% de manitol en el jarabe de alimentacin, respectivamente.El manitolKeffera menor que la reportada para el dextrano (~9-10%Keff), otro producto deLeuconstocdeterioro, bajo condiciones de crecimiento de cristales de sacarosa similares.En la concentracin de manitol 10% en el jarabe a 65,5 C, co-cristalizacin del manitol se produjo con sacarosa y la tasa de crecimiento de los cristales fue en gran medida impedida.En ambos cristalizaciones de laboratorio y de planta piloto (95.7% de pureza; 78,0 Brix; 65,5 C), manitol tendi a causar para formar conglomerados, que se convirti progresivamente peor con el aumento de la concentracin de jarabe de manitol.A la concentracin de manitol 3%, la cristalizacin tanto a escala de laboratorio y de planta piloto era ms difcil.Manitol incorporacin en los resultados de sacarosa de cristal en su mayora de las inclusiones de jarabe lquido, pero la adsorcin sobre la superficie del cristal puede jugar un papel menor en concentraciones de manitol inferiores.

Grficamente abstracto

Opciones FiguraDestacados cristales de sacarosa se cultivaron en soluciones de sacarosa sobresaturadas que contienen manitol. Se propone un mecanismo inclusin lquido para la incorporacin de manitol en el cristal de sacarosa. El mecanismo propuesto es para las concentraciones de manitol mayores que 1%. Conglomerado de cristales empeor progresivamente con el aumento de la concentracin de manitol.Palabras clave Elmanitol; Lasacarosa; Lacristalizacin; Coeficiente dereparto; Condiciones industriales

1. IntroduccinCuando el deterioro poscosecha de la caa de azcar se produce el jugo de calidad se reduce, lo que reduce de forma concomitante la calidad del producto final azcar en bruto.Deterioropostcosecha se produce algn tiempo la caa de azcar se lesiona fsicamente incluyendo el corte en la cosecha, y vara de un pas a otro, con las condiciones ambientales, y por cmo se maneja la caa.Hay tres tipos de deterioro poscosecha de la caa de azcar que conducen a la degradacin de la sacarosa y la formacin de productos de degradacin no deseados o impurezas:. (1) qumicos, (2) enzimticos y (3) microbianas1Sin embargo, este ltimo es principalmente responsable de la deterioro de la caa de azcar.1La principal (pero no nica) contribuyente al deterioro microbiano de la caa de azcar, especialmente en las zonas donde las condiciones hmedas y clidas prevalecen, es la infeccin porLeuconostocmesenteroideshetero-fermentativa, bacterias del cido lctico.Anteriormente, la industria azucarera ha considerado dextrano (- (1 6) --dglucano), un medio a alto glucopolysaccharide MW, ya que el producto metablico principal deL.mesenteroides.2Los efectos de dextrano incluyen un aumento en la viscosidad de los productos de fbrica aguas abajo que provoca una disminucin en la velocidad de cristalizacin de la sacarosa,3y el alargamiento de cristal de sacarosa a travs de laceje y.4fbricas tratan de mitigar los efectos perjudiciales de dextrano en el procesamiento por hidrlisis con dextranasa comercial en el jugo.5En los ltimos aos se ha comprobado que el manitol, un alcohol de azcar (C6H14O6;. Peso molecular 182,2), es tambin un producto importante deL.mesenteroidesde deterioro de la caa de azcar y tambin el deterioro de la remolacha azucarera, que tambin puede afectar negativamente a procesar.1,6,7y8Tpicamente,> 300 ppm / Brix (o mg / kg de slidos disueltos refractomtricos) de manitol en el jugo de la caa de azcar predice problemas de procesamiento.2Porque manitol no se degrada en las condiciones industriales que se encuentran en las fbricas de azcar6y8que puede viajar a travs de la fbrica, y muy grandes cantidades de manitol se han encontrado en productos de la fbrica abajo incluyendo jarabes, masas cocidas (cristales en aguas madres), y la melaza .7Ms de 24.000 ppm / Brix manitol se ha encontrado en una masa cocida difcil de ebullicin producido en una fbrica de jugo extrado de la caa deteriorada.7Grandes cantidades de manitol tambin se han encontrado en la betana (125.858 ppm / Brix o 12,59% en los slidos) separados por cromatografa de melaza de remolacha azucarera (19.623 ppm / Brix) en una fbrica de Estados Unidos que haba procesado la remolacha azucarera gravemente deterioradas despus de una helada.El efecto del manitol en la cristalizacin de la sacarosa en la fbrica es desconocida.Desafortunadamente, a diferencia de dextrano, manitol no puede ser desglosan en la fbrica por una enzima comercial.Normalmente en las fbricas de caa de azcar, cristales de sacarosa se cultivan bajo un vaco inferior o igual a 84,7 kPa (25 pulg. Hg) a nivel del mar, lo que significa que las temperaturas de funcionamiento de ~65.5-71.1 C dependiendo de la pureza.4A estas temperaturas, las reacciones de degradacin de sacarosa no deseados se reducen al mnimo.La tasa de crecimiento de los cristales en una solucin de sacarosa sobresaturada es dependiente de las tasas de dos procesos sucesivos: la difusin de molculas de sacarosa a travs de la capa de jarabe que rodea al cristal, y el alojamiento de las molculas de sacarosa en la posicin adecuada en la red cristalina.4El proceso ms lento determina la velocidad.La fuerza impulsora para la cristalizacin de especies moleculares es la sobresaturacin relativa(,que se puede definir como:ecuacin(1)

Giremathjaxen

dondeCes la concentracin de sacarosa como una fraccin de masa, yC*es la solubilidad de sacarosa a la temperatura experimental.La velocidad de cristalizacin est fuertemente influenciado por las impurezas y no slo depende de la concentracin de la impureza, sino tambin de la naturaleza de la impureza.4Durante el crecimiento de cristales de sacarosa en la fbrica, las impurezas pueden incorporar en el cristal por tres mecanismos:. (1) de adsorcin-oclusin, (2) la inclusin, y (3) co-cristalizacin9Tpicamente, la cantidad de impurezas atrapadas en los aumentos de cristal con tamao de cristal.10Para una revisin general de cristalizacin de la sacarosa ver Vaccari y Montovani.11El mecanismo de adsorcin-oclusin de la incorporacin de impurezas en el cristal se produce cuando la impureza puede ser capaz de ocupar los sitios de adsorcin en la superficie del cristal, con el la cintica de integracin en funcin de su concentracin, la movilidad, y la afinidad fsico-qumico12con la superficie de cristal de sacarosa.El mecanismo de inclusin de la incorporacin de impurezas es la captura fsica de jarabe (gotitas de licor madre) en el interior del cristal.11Por lo tanto, las inclusiones normalmente tienen un contenido de lquido con una composicin que es similar a la del jarabe de alimentacin desde la cual los cristales crecieron en el momento de la inclusin se form.13inclusiones lquidas son una causa importante de impurezas en productos de cristal, y en muchos casos pueden ser simplemente causados por condiciones de crecimiento particular de cristal14que desestabilizan la superficie del cristal creando huecos capaces de capturar las aguas madres.En particular, los niveles de sobresaturacin altos o sistemas con muy grandes fluctuaciones de temperatura dan lugar a inclusiones lquidas.13Tasa de crecimiento se reconoce generalmente14y15como uno de los factores ms importantes para la introduccin de impurezas en los cristales, con rpido crecimiento de cristal caras con ms inclusiones.Co-cristalizacin a partir de soluciones lquidas se produce en condiciones donde hay una forma diferente slido (impureza) con una energa inferior libre (menor solubilidad) que la de la otra slido (sacarosa) en el proceso.El manitol es mucho menos soluble que la sacarosa a todas las temperaturas16debido a una mayor preponderancia de las interacciones de azcar-azcar sobre las interacciones de azcar en agua.17Por ejemplo, a 60 C solubilidad sacarosa es de 283 g / 100 ml, mientras que el manitol es solamente 56 g / 100 ml.La solubilidad relativamente baja de manitol implica un nivel relativamente bajo de viscosidad de saturacin lo que mejora la difusividad de la solucin (el coeficiente de difusin es inversamente proporcional a la viscosidad).17Por lo tanto, manitol tiene una tasa de nucleacin muy alta o estrecha anchura de la zona metaestable (MSZW) en soluciones sobresaturadas en comparacin con la sacarosa.17Recientemente, se inform de que en 10 niveles de% de manitol en soluciones de sacarosa de 71 Brix, cristales aciculares manitol llegado a ser frecuente.18Este estudio se realiz para determinar cmo y en qu medida, las particiones de manitol entre cristales de sacarosa (fase slida) y aguas madres (fase lquida), y cmo afecta manitol de ebullicin y la cristalizacin mediante la realizacin de experimentos de laboratorio y piloto a escala de planta.Como no mayor que 2,5% de manitol en una base Brix (equivalente a 25,000 ppm / Brix) se ha informado en la dificultad para hervir masas cocidas en las fbricas de caa de azcar,7manitol slo hasta 3% sobre una base Brix fue investigado.Se llevaron a cabo primero en apoyar estudios posteriores planta piloto experimentos de laboratorio.2. Experimental2.1.Productos qumicos y reactivosUna alta pureza (> 99,9%) de sacarosa se utiliz en los experimentos de cristalizacin de laboratorio, obtenidos a partir de EMD Chemicals Inc. que era ACS grado reactivo.Un azcar en bruto de baja pureza (95,75%, 0,26% y 0,26% de sacarosa, glucosa, fructosa y la pureza, respectivamente) se utiliz en los experimentos de planta piloto, y amablemente donado por el Sr. Tim Charlet de fbrica Cora Texas, White Castle, LA .d-manitol era de grado reactivo de Sigma-Aldrich.Agua desionizada (