Го режима кристаллиза- ции и получению неоднородных утфелей [1]. При кристаллизации ангидридной глюкозы в политер- мических условиях (охлаждением утфелей в кри- сталлизаторе) образование зародышей происходит значительно медленнее и приводит не только к не- однородности кристаллов, но и к увеличению про- должительности процесса кристаллизации [2]. Из- за этого в условиях производственной кристалли- зации потребность в количестве затравочных кри- сталлов возрастает. При получении кристаллов гидратной глюкозы в промышленных условиях процесс кристаллиза- ции наиболее затяжной, требует внесения затра- вочных кристаллов в количестве, удовлетворяю- щем полную потребность в центрах кристаллиза- ции. В связи с этим широко распространенный спо- соб применения затравки в виде 25-30 % утфеля (содержащего 10-15 % кристаллов) от предыдуще- го цикла работы кристаллизатора снижает полез- ный объем кристаллизатора на 35-40 %, способ- ствует размножению нежелательной микрофлоры и ухудшению качества глюкозы [3]. Согласно теории кристаллизации, размер радиу- са критического зародыша rk находится в прямой зависимости от поверхностного натяжения σ и об- ратной зависимости от степени пересыщения рас- твора [4]. Зависимость радиуса критического заро- дыша от указанных параметров представлена в ви- де уравнения [5]: rk  2 / RT ln(C p / Cn ) , (1) где R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура; Ср - концентрация пересыщенного раство- ра; Сn - концентрация насыщенного раствора. Из уравнения следует, что чем выше поверх- ностное натяжение раствора и ниже его степень пересыщения, тем больше радиус критического зародыша и время его образования. Следовательно, изменяя поверхностное натяжение растворов, мож- но влиять на процесс кристаллизации различных веществ. Использование поверхностно-активных веществ - ацетилированных моноглицеридов ди- стиллированных (АМГД) - при кристаллизации сахарозы [6] позволяет понизить поверхностное натяжение и вязкость сахарных растворов, улуч- шить условия кристаллизации сахарозы и отделе- ния маточного раствора от кристаллов при центри- фугировании [7]. Целью экспериментальных исследований было определение влияния поверхностно-активных ве- ществ (ПАВ) на поверхностное натяжение глюкоз- ных растворов, кинетику кристаллизации глюкозы для создания новых видов и способов затравок для промышленного использования. Объекты и методы исследований Определение величины поверхностного натяжения растворов проводили по методу измерения максимального давления в газовом пузырьке [8]; концентрацию сухих веществ в сиропе и утфеле определяли на рефрактометре ИРФ-454; изменение формы и размера кристаллов контролировали с помощью микроскопа DMLN (фирмы Leica); про- цесс зародышеобразования контролировали по из- менению прозрачности раствора на фотоколори- метре КФК-2. В качестве установок для проведения опытов по кристаллизации использовали роторный испаритель EVELA N-1100 (фирмы «Tokai Togio») и лабораторную установку с горизонтальными кри- сталлизаторами объемом 1 и 5 л. Результаты и их обсуждение При проведении опытов по определению поверхностного натяжения глюкозных растворов после математической обработки результатов в программе Table Curve 3D представлена в виде уравнения эмпирическая зависимость поверхностного натяжения чистых глюкозных растворов σ от концентрации сухих веществ (СВ) и температуры t: Таблица 1 Поверхностное натяжение глюкозных растворов (дин/см) в зависимости от вида спиртов при их дозировке 2 % по массе растворов   80.49  e 0.013CB2 0.00309t (100CB )2 Название ПАВ Раствор с ПАВ Раствор без ПАВ 79,5 Пропиленгликоль 60 Бутилацетат 42,74 Этанол 41,74 Этилацетат 35 Изобутанол 32 Пропанол 31,9 Изопропанол 30,8 Бутанол 27 . (2) Из уравнения следует, что поверхностное натяжение глюкозных растворов возрастает с по- вышением концентрации сухих веществ в раство- рах и с понижением их температуры. Влияние алифатических спиртов на поверх- ностное натяжение глюкозных растворов. Ре- зультаты испытаний влияния ПАВ (пропанола, изопропанола, изобутанола и пропиленгликоля) на поверхностное натяжение глюкозных растворов представлены на рис. 1. Рис. 1. Изотермы поверхностного натяжения глюкозных растворов (СВ растворов 64,5 %; t = 40 °C ) в присутствии спиртов и их производных: пропиленгликоль; - - - изобутанол; Из таблицы видно, что наибольший понижаю- щий эффект на поверхностное натяжение глюкоз- ных растворов оказывают бутанол, пропанол, изобу- танол, изопропанол. Поверхностно-активные свой- ства спиртов возрастают с увеличением размера углеводородного радикала и снижением раствори- мости в воде. Влияние ПАВ на кинетику кристаллизации глюкозы на стадии зародышеобразования. Ре- зультаты опытов по определению влияния ПАВ (на примере пропанола) на зародышеобразование глю- козы с контролем по изменению прозрачности рас- твора с течением времени представлены на рис. 2. изопропанол; . . пропанол Испытанные спирты заметно понижают поверх- ностное натяжение глюкозных растворов. Быстрое понижение поверхностного натяжения почти в 1,5 раза наблюдается при концентрации ПАВ до Рис. 2. Изменение прозрачности раствора глюкозы в период зародышеобразования при температуре 40 °С и коэффициенте пересыщения 1,25: чистый раствор глюкозы; с добавкой по массе раство- 0,25 %, при повышении концентрации ПАВ (прора: - - - пропанола 1 %; . кристаллов глюкозы 0,01 панола, изопропанола, изобутанола) до 2 % по- верхностное натяжение сиропа понижается более чем в 2,5 раза. Поверхностное натяжение глюкоз- ного раствора в присутствии пропиленгликоля снижается в 1,5 раза при концентрации 1%, и даль- нейшее увеличение его концентрации не приводит к снижению поверхностного натяжения. Испытания по определению поверхностного натяжения глюкозных растворов при дозировках ПАВ 1-5 % по массе растворов проведены и для других спиртов, результаты которых при дозировке ПАВ 2 % представлены в табл. 1. %; пропанола 1 % + кристаллов глюкозы 0,01 % Кривая прозрачности чистого раствора глюко- зы была практически неизменной на протяжении 210 мин, что характеризует длительность индук- ционного периода. По мере возникновения зародышей прозрач- ность раствора стала понижаться и резко падать через 300 мин, а через 600 мин от начала опыта при значениях прозрачности 6 % показания фото- колориметра оставались неизменными. Кривая прозрачности раствора глюкозы с добавкой про- панола имеет отрезок времени, соответствующий индукционному периоду, около 120 мин, т.е. на 90 мин меньше по сравнению с чистым раствором, что указывает на ускорение процесса образования зародышей в присутствии пропанола. Кривая про- зрачности раствора глюкозы с добавкой 0,01 % затравочных кристаллов глюкозы имеет иной ха- рактер, демонстрирующий более активное ускоре- ние процесса зародышеобразования. Снижение длительности индукционного периода до 15- 20 мин и времени достижения минимальной кри- тической прозрачности с 600 до 300 мин указывает на значительное снижение затрат работы на обра- зование новой фазы. При этом лишь часть работы расходуется на энергозатратное образование но- вых зародышей, другая часть расходуется на кине- тическую составляющую образования новой фазы на готовых центрах кристаллизации, требующую меньших затрат энергии. Кривая прозрачности, относящаяся к раствору с добавкой затравочных кристаллов и пропанола, показывает самое интен- сивное снижение прозрачности раствора. Образо- вание новых зародышей начинается практически сразу (без индукционного периода) после смеши- вания раствора с пропанолом и затравкой, а время достижения минимальной прозрачности сокраща- ется на 60-90 мин по сравнению с применением только затравочных кристаллов. Влияние ПАВ на кинетику кристаллизации глюкозы на второй стадии - роста кристаллов. Исследования по определению влияния ПАВ на рост кристаллов при температуре 40 °С проводили с использованием роторного испарителя. В колбу с раствором глюкозы вносили спирты при дозировке от 1 до 5 % и готовые кристаллы глюкозы в коли- честве 5 % по массе раствора. Процесс кристалли- зации проводили до состояния межкристального раствора, приближенного к насыщенному. Из рисунка следует, что глюкозные растворы с добавкой пропанола кристаллизуются быстрее, что подтверждается более глубоким истощением рас- творов от СВ 64,5 % до 60,2-60,3 % в сравнении с чистым раствором глюкозы, истощенным до 60,65 % СВ. С повышением концентрации пропа- нола интенсивность процесса кристаллизации воз- растает. Подобные зависимости получены и при испытании других алифатических спиртов, срав- нительные результаты которых представлены в табл. 2. Таблица 2 Влияние алифатических спиртов (при добавке 5 %) на процесс кристаллизации глюкозы на стадии роста кристаллов ПАВ СВ в растворе,% % крис-таллов в раст-воре через 720 мин исход- ный раствор глюкозы через 540 мин кристал- лизации через 720 мин кристал- лизации Глюкоза 64,5 60,8 60,65 10,98 Бутанол 64,5 60,6 60,3 11,64 Изобутанол 64,5 60,8 60,3 11,64 Пропанол 64,5 60,45 60,2 11,88 Изопропанол 64,5 60,5 60,5 11,14 Пропилен-гликоль 64,5 61,1 60,8 10,38 Глицерин 64,5 61,3 61,2 9,35 Из табл. 2 следует, что наиболее глубокое ис- тощение сиропа по сухим веществам достигнуто с применением бутанола, изобутанола, пропанола. Это подтверждается наиболее низким содержани- ем сухих веществ в межкристальном растворе (60,2-60,3 %) и высоким содержанием кристаллов в конце кристаллизации (11,64-11,88 %). Содер- жание кристаллов К, %, вычисляли по формуле: K  (СВ - СВ0 ) 100 100 , (100  СВ0 )  91 (3) Рис. 3. Влияние концентрации пропанола на кинетику кристаллизации глюкозы (изменение концентрации СВ межкристального раствора): чистый глюкозный раствор; с добавкой пропанола: 3 % , - - - 5 % На рис. 3 представлены кривые истощения глюкозного раствора в зависимости от добавки испытуемых ПАВ на примере пропанола. где СВ в исходном растворе, %; СВ0 в межкри- стальном растворе, %; 91 - СВ в кристаллах гид- ратной глюкозы, %. Степень истощения раствора в присутствии пропиленгликоля и глицерина заметно ниже, о чем свидетельствуют повышенное содержание сухих веществ в межкристальном растворе (60,8 и 61,2 % соответственно) и пониженное содержание кри- сталлов (9,35 и 10,38 %). В опытах по исследованию влияния ПАВ на рост кристаллов наряду с алифатическими спир- тами, приведенными в табл. 2, испытывались так- же ацетилированные моноглицериды дистилиро- ванные (АМГД). На рис. 4 представлены результаты истощения межкристального раствора в процессе кристалли- зации глюкозы в зависимости от концентрации АМГД. Сплошная линия среди кривых относится к кристаллизации чистого раствора глюкозы. Остальные пунктирные кривые в зависимости от концентрации АМГД расположились выше сплошной линии, что свидетельствует о повышен- ном содержании СВ в межкристальных растворах и указывает на тормозящее воздействие АМГД на процесс кристаллизации глюкозы. Рис. 4. Влияние АМГД на процесс кристаллизации глю- козы при температуре 40 °С: чистый раствор глюкозы; с добавкой АМГД: При хранении кристаллов ангидридной глюкозы в 96%-ном этаноле или в других спиртах, раз- бавленных водой или насыщенными растворами глюкозы, происходит разрушение кристаллов ангидридной глюкозы с превращением ее в гид- ратную. Кристаллы ангидридной и гидратной глюкозы в среде абсолютных спиртов (пропанола, изопро- панола, бутанола, изобутанола) оставались ста- бильными по размерам и форме. Результаты исследований послужили основой для создания затравочных суспензий кристаллов с длительным сроком хранения (заявка на изобрете- ние № 2016139224 от 06.10.2016). Заключение Поверхностное натяжение чистых глюкозных растворов уменьшается с повышением температу- ры и с понижением концентрации сухих веществ. Испытанные в качестве поверхностно-активных веществ алифатические спирты понижают поверх- ностное натяжение глюкозных растворов, активи- руют зародышеобразование и ускоряют рост кри- - - - 0,0005 %; 0,0055 % ; , , 0,08 % сталлов. Кристаллы ангидридной и гидратной глюкозы Исследование влияния ПАВ на стабиль- ность кристаллов глюкозы при хранении. С целью создания новых видов кристаллических затравок испытаны образцы смесей кристаллов глюкозы со спиртами в соотношении 60:40 с опре- делением воздействия спиртов на кристаллы при температуре 15-20 °С на протяжении 12 мес. При хранении гидратной глюкозы в пропи- ленгликоле, глицерине имело место частичное растворение кристаллов, их распад на мелкие частицы; в разбавленных спиртах наблюдалась рекристаллизация с укрупнением кристаллов. стабильны в среде абсолютных алифатических спиртов (пропанола, бутанола, изобутанола, изо- пропанола), что позволяет их хранить и эффективно применять в производстве кристаллической глюкозы. Результаты исследований имеют важное теоре- тическое и практическое значение для глюкозного производства, позволяют усовершенствовать про- цесс кристаллизации глюкозы, снизить его про- должительность и увеличить полезный объем кри- сталлизаторов, снизить капитальные затраты на оборудование и производственные площади.