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QUIMICA DA CRISTALIZAÇÃOQUIMICA DA CRISTALIZAÇÃO
STAB – Piracicaba, novembro 2011 STAB – Piracicaba, novembro 2011
Seminário Nacional de Cristalização da Sacarose“Alois Schaeffer”
Seminário Nacional de Cristalização da Sacarose“Alois Schaeffer”
Principais Ocorrências Principais Ocorrências
Efeitos dos não açúcares sobre a pureza do açúcar centrifugado.
Decomposição da sacarose (inversão);
Reações de decomposição, transformações e condensação dos açúcares redutores;
Decomposição e transformações, precipitação, coagulação dos não açúcares;
Solubilização dos não açúcares;
Não açúcares afetando a cristalização da sacarose;
Dissolução e recrescimento dos cristais de sacarose;
Química da CristalizaçãoTemas abordados
Química da CristalizaçãoTemas abordados
Não açúcares produtores de viscosidade
Não- açúcares que afetam a cristalização
Presença de não-açúcares inorgânicos
Reações com não-açúcares orgânicos
Decomposição dos açúcares redutores
Decomposição de sacarose durante a cristalização
Decomposição da sacaroseInversão
Decomposição da sacaroseInversão
Estabilidade: grande em cristais (188°C) e pouca em méis
- os produtos da hidrólise (hexoses). frutose e glicose pouca estabilidade térmica
Inversão da sacarose: reduzida aos fatores pH, temperatura e pureza
Soluções técnicas a inversão depende do pH, temperatura e tempo
Soluções concentradas é maior a inversão do que em “diluidas”
Velocidade de inversão: temperatura e pH
Perdas maiores por pH e do que por temperatura
Redução de perdas por inversão: importante é o controle do pH
Perda por inversão em cozimentos A, B e C é de 0,8 a 1,0 % do xarope
É uma perda inevitável
Decomposição dos açúcares redutoresDecomposição dos açúcares redutores
Transformações de açúcares redutores em altas concentrações se combinam
com os não –açucares como aminoácidos ( Reação de Maillard);
Fatores interrelacionados:perda de levorrortaçao de substâncias redutorasPerda de poder redutor de não sacarose resultado de transformação
químicas
Açúcares redutores presentes : -frutose e glicose (depende das condições fisiológicas)- outros açúcares em pequenas proporções: não sacarose redutores:
Em meio ácido forma 5-hidroximetil-furfural ;
Transformação de não-açúcares redutores em não-açúcares redutores não-fermentesciveis
Decomposição dos açúcares redutoresDecomposição dos açúcares redutores
origem na decomposição de açúcares redutores;
reação de açúcar invertido (frutose e glicose) com amino-ácidos;
resulta na formação de anidrido carbônico, acido acético e ....
Ocorrências no Brasil: Usina Da Barra 1964, Usina Santa
Teresa 2006 e Usina Caeté – Unidade Delta 2011,
Prevenção: não superaquecer as massas ( ou méis), uso de trocadores de
calor para redução da temperatura antes do armazenamento;
Temperatura crítica > 45◦ C , acelera a reação tornando o melaço
totalmente carbonizado.
Fermentação “espumosa”:
Caramelo – mistura de alto peso molecular de compostos orgânicos
resultante da decomposição de sacarose e açúcares em temperaturas
elevadas com a desidratação e polimerização das moléculas desidratadas
formação de moléculas complexas de Fe e Sulfitos (composição depende do
pH, tempo e, especialmente da temperatura);
Reações de não-açúcares orgânicosReações de não-açúcares orgânicos
Melanina: formação enzimática de cor , resulta na reação de oxidação
de fenol a orto-quinona (polifenoloxidase)
Alguns ácidos orgânicos tornam-se insolúveis nas condições de processo
cristalização convertendo em sais de cálcio e de magnésio aconitato de
cálcio - magnésio e oxalato de cálcio;
Aminoácidos: formam vários compostos coloridos;
Reações de não açúcares inorgânicosReações de não açúcares inorgânicos
Impurezas mais comuns são os diferentes sais de cálcio
Precipitação de cloretos e sulfatos de sódio e potássio;
Constituinte importante e que concentra nos produtos são os aconitatos de
cálcio-magnésio. Aparece na forma de pequenos cristais nos cozimento de
baixo grau. Caso da Usina Ester (1998)
Não açúcares que afetam a cristalização da sacaroseNão açúcares que afetam a cristalização da sacarose Influenciam: nucleação, velocidade de crescimento, inclusão em cristais e impurezas que afetam o habito dos cristais
Relação AR/Cinzas
Efeito das impurezas na solubilização: - Açúcares redutores, ácidos inorgânicos e sais - Formadores de melaço (+ e –):
Positivos aumentam a solubilidade da sacarose
Ex: KCl, NaCl
Negativos diminuem a solubilidade da sac arose
Ex: glicose, frutose, MgSO4, CaCl2
A solubilidade da sacarose decresce com o decréscimo de pureza
Sincristalizacão: é a inclusão de impurezas de alto peso molecular nos cristais em crescimento (Ex. amido )
Não-açúcares produtores de viscosidadeNão-açúcares produtores de viscosidade Definição sacarotécnica de viscosidade: fator físico que se opõe a migração das moléculas de sacarose de uma solução para atingir os núcleos de cristalização Informações importantes:
diminui a velocidade de cristalização, retarda mais não impede velocidade mínima de cristalização 500 poises depende da natureza dos não açúcares presentes benefício; retardando cristalização dificulta o aparecimento de falsos cristais
Fatores que influenciam a viscosidade:
Concentração (viscosidade critica): aumenta com a concentração mas é função da natureza dos sólidos presentes (mesma concentração e pureza com diferentes viscosidades. Viscosidade crítica : aquela em que pequenos aumentos de matéria seva (décimos) a viscosidade de aumenta consideravelmente (79% →81-83%)
Temperatura: com queda de temperatura a viscosidade aumenta sendo diferente para diferentes soluções. Há temperaturas que soluções de mesma pureza tem uma viscosidade mínima (55°C)
Não-açúcares produtores de viscosidadeNão-açúcares produtores de viscosidade
Outros interferentes são (viscosidade critica) - temperatura- não sacarose- cristais- outros interferentes: sulfitação e ar
Material em suspensão: retirada de 5 % resulta em viscosidades 50 % menor.es Cristais: tamanho e teor causam aumento da viscosidade. Cristais maiores causam maiores aumentos , mais uniformes menores aumentos.
Não-sacarose: sacarose>gomas>impurezas orgânicas e inorgânicas-Substâncias coloidais: gomas, pectinas, sílicas., peptídeos;- purificação do caldo removem de 15 a 25 % destas substâncias
- sais inorgânicos : são responsáveis pela formação de melaço. Os sais aumentam a viscosidade (cálcio > sódio>potássio.
Considerações FinaisConsiderações Finais
Os fenômenos que ocorrem na cristalização resultam em perdas de açúcares;
Há decomposição e destruição de sacarose e de açúcares;
A quantidade de açúcares redutores produzida e decomposta aumenta com a que da pureza das massas cozidas;
O balanço de açúcares redutores partindo do caldo misto é impossível devido a trocas como resultado de combinações e decomposições;
A transformação de açúcares redutores em SRI aumenta com os sucessivos cozimentos;
As perdas de açúcares durante a cristalização são subestimadas por medições não representativas;
As perdas de açúcares são minimizadas pelo controle dos elementos: temperatura, pH e tempo de retenção.
OBRIGADOOBRIGADOOBRIGADOOBRIGADO
Aminoácidos
São moleculas que contem simultaneamente os grupos funcionais amina e ácido carboxílico
Hidroximetilfurfural
Hidroximetilfurfural é um composto orgânico resultante da desidratação de certos açúcares