Ví dụ: Ảnh hưởng đến quá trình kết tinh của mật ong: Dưới 100oC: Nhiệt độ này làm chậm quá trình kết tinh, mật chỉ đặc và dẻo lại. Từ 100oC – 200oC: Ở nhiệt độ này, mật rất dễ và nhanh bị kết tinh. Từ 210oC – 260oC: Đây là nhiệt độ lý tưởng để bảo quản mật ong do đó mật sẽ khó bị kết tinh. Trên 270oC: Mật không bị kết tinh, tuy nhiên bảo quản mặt ở nhiệt độ sẽ nhanh chóng làm hỏng mật và khi sử dụng rất nguy hiểm tới sức khỏe. Từ 100oC – 200oC: Là nhiệt độ phổ biến trong mùa đông của miền Bắc. Đây là lý do tại sao người tiêu dùng ở miền Trung và miền Nam ít gặp mật ong kết tinh (thường nhiệt độ ở đây hầu như cao quanh năm và hiếm khi nhiệt độ thấp dưới 20 độ C).
BÀI TIỂU LUẬN CÁC Q TRÌNH CƠ BẢN TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM CHỦ ĐỀ: QUÁ TRÌNH KẾT TINH Bản chất trình: Khái niệm: I - Kết tinh trình tự nhiên nhân tạo khiến hình thành thể rắn mà ngun tử phân tử tổ chức thành cấu trúc gọi tinh thể Bên cạnh đó, kết tinh định nghĩa kỹ thuật dùng để tách chất rắn với lỏng, trình xảy dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn dạng tinh thể - Có nhiều cách hình thành tinh thể, chẳng hạn có kết tủa dung dịch, có đơng đặc gặp diễn lắng đọng trực tiếp chất khí Các thuộc tính tinh thể phụ thuộc phần lớn vào yếu tố nhiệt độ, áp suất khơng khí trường hợp tinh thể lỏng thời gian chất lỏng bay Nhiệt động lực học trình kết tinh: - Động lực kết tinh khác biệt điện hoá học chất kết tinh dung dịch bão hoà dung dịch bão hồ - Sự tạo mầm tăng trưởng kích thước tinh thể xem chức động lực học kết tinh dạng siêu bão hoà Q trình kết tinh: • Động lực học q trình kết tinh chia thành giai đoạn: a) Quá trình tạo mầm tinh thể: - Mầm tinh thể hay tâm kết hình thành dung dịch trạng thái bão hoà dung dịch làm lạnh hay cho bốc phần dung môi (vd: nồi nấu đường) Ngày nay, người ta cho mầm tạo liên kết ion phân tử va chạm với chất hoà tan dung dịch Khi mầm tinh thể đạt đến trạng thái cân với dung dịch trình kết tinh dừng lại - Trạng thái bão hồ dung dịch tồn khoảng thời gian định gọi chu kì cảm ứng kéo dài từ vài giây đến vài tháng, mà khoảng thời gian khơng có mầm tinh thể xuất Chu kì cảm ứng phụ thuộc vào chất chất tan dung mơi, mức độ bão hồ dung dịch, nhiệt độ phương pháp khuấy trộn, tạp chất hay tác động học - Khi trạng thái bão hoà lớn vượt giới hạn định đến vùng bão hồ cao q trình kết tinh tự nhiên bắt đầu Lúc lượng mầm tinh thể nhiều, dung dịch đóng rắn không tạo thành tinh thể riêng biệt - Có số dung dịch có độ bão hồ lớn khơng xuất mầm tinh thể, cần kích thích q trình kết tinh cách cho vào dung dịch lượng nhỏ tinh thể chất tan tinh thể chất khác có cấu trúc tinh thể giống chất tan (gọi chất trợ mầm) biện pháp tác động học làm rung động, lắc, ma sát… Độ nhám bề mặt thiết bị kết tinh vật liệu làm cách khuấy có ảnh hưởng đến q trình tạo mầm - Có mầm tinh thể phát triển thành nhiêu hạt tinh thể Số mầm nhiều thu tinh thể nhỏ với cạnh phát triển, chủ yếu tạo thành tinh thể dạng mãnh Trái lại số mầm tạo điều kiện hình thành tinh thể lớn, thu tinh thể có góc cạnh - Trong thực tế, việc tăng hiệu suất thu hồi giảm thời gian kết tinh yêu cầu lớn trình sản xuất, nên xu hướng tăng số lượng mầm cần ý tinh thể sản xuất có hạt nhỏ khó li tâm Q trình làm nguội nhanh, khuấy trộn mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho trình tạo thành lượng lớn mầm tinh thể, điều gây bất lợi cho trình sản xuất b) - Quá trình phát triển mầm tinh thể: Tinh thể phát triển kích thước đạt giá trị tới hạn mầm tinh thể có lượng bề mặt lớn nên hấp thụ chất hồ tan dung dịch Sự thay đổi tốc độ kết tinh theo thời gian - Theo thuyết khuếch tán sau xuất mầm tinh thể, bề mặt mầm kết tụ chất hoà tan (trong dung dịch trạng thái tĩnh) Cùng với phát triển lớn lên mầm vật chất khuếch tán từ môi trường xung quanh lên bề mặt mầm, chất tan xung quanh mầm lỗng dần tức tính chất q bão hồ dung dịch Lúc khơng có chất hồ tan từ mơi trường xung quanh vào trình phát triển tinh thể ngừng lại - Vậy đồng thời xảy với trình phát triển tinh thể trình di chuyển vật chất cách khuếch tán phân tử đối lưu chênh lệch nồng đọp tâm tinh tạo mầm môi trường xung quanh - Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào cường độ khuấy dung dịch, giai đoạn khuấy trộn mang tính chất định: + + + + Làm giảm bề dày lớp màng phim -> tăng tốc độ kết tinh Làm hạt mầm không lắng xuống đáy nhiệt độ đồng khối Làm cho hạt mầm ln có hội tiếp xúc với dung dịch dẫn đến tăng tốc độ kết tinh Làm bay nước nhanh Các trình biến đổi: II - Dung dịch đậm đặc có độ bão hòa > 70% - Chất tan chủ yếu phải có khả hồ tan thấp chất hồ tan phụ Biến đổi: - Hóa lý: chuyển từ pha lỏng sang rắn tinh thể dựa vào tính hồ tan hạn chế chất rắn thường kèm theo toả nhiệt + Biến đổi khác: có phân huỷ chất hoà tan + - Phương pháp kết tinh: Điều kiện cần thiết để xảy trình kết tinh phải tạo dung dịch bão hoà, tức làm cân pha hệ - Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà áp dụng phương pháp kết tinh có tách dung môi không tách dung môi (hạ nhiệt độ dung dịch) kết tinh chân không - Các trình kết tinh thực theo phương pháp gián đoạn hay liên tục + + Quá trình gián đoạn có nhược điểm thiết bị cồng kềnh, tinh thể nhận không đều, thao tác vất vả Quá trình liên tục ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp suất cao, tinh thể nhận đặn a) Kết tinh tách phần dung môi: - Phương pháp áp dụng kết tinh dung dịch có độ hịa tan cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ - Để tách dung môi thực phương pháp sau: • Cơ đặc dung dịch (cho bay nhiệt độ sơi): • + Phương pháp cấp nhiệt vào để đun nóng dung dịch thực phẩm đạt đến nhiệt độ sôi làm cho dung môi thường nước bốc hơi, làm cho nồng độ dung dịch tăng, nhiệt độ sôi dung dịch thực phẩm tăng theo độ tăng nồng độ + Nhược điểm: ảnh hưởng đến chất lượng màu mùi, vitamin, hợp chất sinh học, nhiệt oxy khơng khí, tinh thể bị dính lên bề mặt truyền nhiệt… Cho bay dung môi nhiệt độ nhỏ nhiệt độ sôi dung dịch: cho bay tự nhiên (thực thiết bị hở), cho bay áp suất chân không b) Kết tinh với thay đổi nhiệt độ: (kết tinh không tách dung môi): - Phương pháp áp dụng để kết tinh từ dung dịch độ hòa tan cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ - Để hạ nhiệt độ dung dịch thường dùng nước lạnh hay nước muối Phương pháp làm việc liên tục hay gián đoạn + + c) Kết tinh liên tục: thực nhiều thiết bị nối nhau, dung dịch từ thiết bị qua thiết bị khác sản phẩm lấy liên tục Kết tinh gián đoạn: cho dung dịch vào đầy thiết bị, sau kết tinh xong, nước tinh thể tháo ngồi Kết tinh chân khơng: - Trong phương pháp kết tinh chân không, phần dung môi bay nhờ vào nhiệt vật lí dung dịch Hơi bay theo đường bơm chân không - Nhiệt độ dung dịch trạng thái bão hòa giảm đến nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất chân không thiết bị Dung dịch đạt đến trạng thảo bảo hòa kết tinh Dung mơi bay khơng nhiệt vật lí dung địch mà toả nhiệt kết tinh - Kết tinh tiến hành đồng thời bay hút chân không làm lạnh tăng cường q trình xảy tồn thể tích dung dịch, tinh thể hạn chế dính vào bề mặt thiết bị thời gian rửa thiết bị rút ngắn III Các yếu tố ảnh hưởng đến trình kết tinh: - Việc xếp hạt trình tạo mầm để tạo nên tinh thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Nếu yếu tố khơng tác động chắn tinh thể không tạo ra: + Nhiệt độ (ảnh hưởng trực tiếp) Nồng độ chất hồ tan Áp suất Mơi trường xung quanh trạng thái chất Kích thước tinh thể + + + + a) Nhiệt độ (ảnh hưởng trực tiếp): - Nhiệt độ mơi trường diễn q trình kết tinh - Nhiệt độ phải mức thích hợp nguyên tử, phân tử tập hợp lại với Với chất khí, nhiệt độ tăng độ tan dung mơi giảm hồn tồn đuổi chất khí oxy, carbondioxid khỏi dung mơi cách đun nóng để tránh làm biến đổi, phân hủy đảm bảo độ ổn định dược chất - Với chất rắn thu nhiệt hịa tan, nhiệt độ tăng độ tan tăng lên cịn với chất rắn tỏa nhiệt hòa tan, độ tan chất giảm nhiệt độ tăng lên Do q trình bào chế, tác động nhiệt thích hợp khơng tác động tùy thuộc vào chất chất tan để tăng độ tan chúng dung mơi Ví dụ: Ảnh hưởng đến q trình kết tinh mật ong: Dưới 100oC: Nhiệt độ làm chậm trình kết tinh, mật đặc dẻo lại Từ 100oC – 200oC: Ở nhiệt độ này, mật dễ nhanh bị kết tinh Từ 210oC – 260oC: Đây nhiệt độ lý tưởng để bảo quản mật ong mật khó bị kết tinh - - - Trên 270oC: Mật không bị kết tinh, nhiên bảo quản mặt nhiệt độ nhanh chóng làm hỏng mật sử dụng nguy hiểm tới sức khỏe Từ 100oC – 200oC: Là nhiệt độ phổ biến mùa đông miền Bắc Đây lý người tiêu dùng miền Trung miền Nam gặp mật ong kết tinh (thường nhiệt độ cao quanh năm nhiệt độ thấp 20 độ C) b) Nồng độ chất hoà tan: - Các chất protein, muối khoáng, chất béo thực phẩm hòa tan với nước tạo thành dung dịch tương tự keo Để nước đông lại với phân tử nước phải tách khỏi dung dịch - Do có chất hịa tan nhiệt độ nước phải giảm để làm chậm trình tan, tăng lực liên kết phân tử nước với để kết tinh - Ứng dụng: việc lựa chọn dung mơi hỗn hợp dung mơi thích hợp với chất tan Ví dụ: 1M acid sulfuric (H2SO4) N phản ứng acid-base mol acid surfuric cung cấp mol ion H + Nhưng 1M acid sulfuric 1N phản ứng kết tủa sulfate, mol acid sulfuric cung cấp mol ion sulfate Nếu hoà tan calcium carbonate (CaCO 3) lít nước, hợp chất phân li thành ion Ca2+ CO32-, CO32- tiếp tục phân li thành HCO3- H2CO3 Thực tế khơng có CaCO3 cịn lại Vì vậy, ta thêm mol CaCO3 vào dung dịch, dung dịch lại không chứa 1M chất Tuy vậy, ta nói dung dịch chứa 1F CaCO3 - - c) • - Áp suất: Áp suất tinh khiết vật liệu: Đây yếu tố quan trọng tác động đến trình Ảnh hưởng áp suất (đối với chất khí) Theo định luật Henry: Ở nhiệt độ không đổi, lượng chất khí hồ tan thể tích chất lỏng xác định tỉ lệ thuận với áp suất bề mặt chất lỏng Khi áp suất tăng độ tan chất tan tăng lên áp suất giảm độ tan chất khí giảm - Tuy nhiên định luật Henry trường hợp chất khí có độ tan nhỏ điều kiện áp suất không cao d) Môi trường xung quanh trạng thái chất: - Ngoài ra, kết tinh cịn bị ảnh hưởng điều kiện mơi trường xung quanh trạng thái chất Nếu dung dịch trạng thái q bão hịa trình kết tinh diễn - Với dung dịch siêu bão hịa kết tinh khơng thể xảy Lúc này, cần phải cho thể tinh thể hạt để thúc đẩy trình tạo mầm e) Kích thước tinh thể: - Kích thước: làm nhỏ kích thước tiểu phân làm tăng diện tích tiếp xúc với dung mơi làm tăng tốc độ hịa tan chất rắn - Chất rắn tồn dạng kết tinh vô định hình Độ tan dạng vơ định hình lớn độ tan chất dạng tinh thể dạng kết tinh có cấu trúc mạng lưới tinh thể tương đối bền vững nên cần lượng để phá vỡ cấu trúc mà khả hồ tan khó so với dạng vơ định hình - Tuy nhiên dạng tinh thể ổn định so với dạng vô định hình chất rắn dạng vơ định hình có xu hướng chuyển dạng tinh thể Với chất khó tan nên chuyển dạng vơ định hình để tăng độ tan Dược chất khơng ổn định nhứng khó tan dạng tinh thể thêm chất làm tăng độ tan thích hợp Ví Dụ: - Kim cương than chì chất rắn cấu tạo từ - nguyên tử cacbon (C) có cấu trúc tinh thể khác nhau, nên chúng có tính chất khơng giống Kim cương cứng khơng dẫn điện; cịn than chì mềm dẫn điện Chất rắn kết tinh hai dạng : vơ định hình tinh thể: ... chất kết tinh dung dịch bão hoà dung dịch bão hồ - Sự tạo mầm tăng trưởng kích thước tinh thể xem chức động lực học kết tinh dạng siêu bão hồ Q trình kết tinh: • Động lực học q trình kết tinh. .. phương pháp kết tinh có tách dung môi không tách dung môi (hạ nhiệt độ dung dịch) kết tinh chân không - Các q trình kết tinh thực theo phương pháp gián đoạn hay liên tục + + Quá trình gián đoạn... cồng kềnh, tinh thể nhận không đều, thao tác vất vả Quá trình liên tục ứng dụng rộng rãi công nghiệp suất cao, tinh thể nhận đặn a) Kết tinh tách phần dung môi: - Phương pháp áp dụng kết tinh dung