CZ2000936A3 - Method of controlling crystallization of sugars - Google Patents
Method of controlling crystallization of sugars Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2000936A3 CZ2000936A3 CZ2000936A CZ2000936A CZ2000936A3 CZ 2000936 A3 CZ2000936 A3 CZ 2000936A3 CZ 2000936 A CZ2000936 A CZ 2000936A CZ 2000936 A CZ2000936 A CZ 2000936A CZ 2000936 A3 CZ2000936 A3 CZ 2000936A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sucrose
- crystals
- solution
- magnetic field
- crystallization
- Prior art date
Links
Landscapes
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
Způsob krystalizace cukrů z jejich roztoků, který je řízen vlivem magnetického pole aplikovaného před krystalizaci a/nebo v průběhu krystalizace. Magnetické pole ovlivňuje rychlost růstu krystalů, rychlost nukleace, morfologii, krystalitu, velikost a tvar vytvořených krystalů.A method for crystallizing sugars from their solutions, which is controlled due to the magnetic field applied before crystallization and / or during crystallization. It affects the magnetic field crystal growth rate, nucleation rate, morphology, the crystallinity, size and shape of the crystals formed.
Description
Způsob řízení krystalizace cukrůProcess for controlling the crystallization of sugars
Oblast technikyTechnical field
Předkládaný vynález se týká krystalizace cukrů, například sacharózy, a krystalů cukrů získaných tímto způsobem.The present invention relates to the crystallization of sugars, for example sucrose, and sugar crystals obtained by this process.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Cukry jako sacharóza se používají ve velkém měřítku, zvláště v potravinářském průmyslu a v cukrářském průmyslu a konečným stupněm při výrobě cukru je často krystalizace z vodného roztoku, přičemž se potom cukr používá v krystalické formě. Krystalizace cukrů je komplexní proces, který lze jen obtížně řídit a tak není možno často předpovědět velikost a tvar získaných krystalů cukru. Když se požadují krystaly určité velikosti a tvaru, například pro určité aplikace v cukrářském průmyslu, je nesnadné pohodlně a reprodukovatelně vyrobit krystaly v požadované formě.Sugars such as sucrose are used on a large scale, especially in the food and confectionery industries, and the final stage in sugar production is often crystallization from an aqueous solution, whereby the sugar is then used in crystalline form. The crystallization of sugars is a complex process that is difficult to control and so it is often not possible to predict the size and shape of the obtained sugar crystals. When crystals of a certain size and shape are desired, for example, for certain applications in the confectionery industry, it is difficult to conveniently and reproducibly produce crystals in the desired form.
Sacharóza obecně krystaluje v bezvodé formě, ačkoliv bylo ohlášeno i vytváření hemipentahydrátu (C12H220n 2,5H2O) a hemiheptahydrátu (Ci2H220n . 3,5H2O) při krystalizaci při nízkých teplotách (-34 °C) (Young & Jones, J. Phys. Colloid Chem., 53, 1334 20 1350 (1949)). Tato tvorba krystalických hydrátů byla pokládána za problematickou při skladování zmrazeného ovoce, a proto byly prováděny výzkumy s cílem nalézt způsoby, jak jejich tvorbě zabránit (Young a další, Food Research, 16, 20 - 29 (1951)).Sucrose generally crystallizes in anhydrous form, although the formation of hemipentahydrate (C 12 H 22 0n 2.5H 2 O) and hemiheptahydrate (C 12 H 22 0n. 3.5H 2 O) has also been reported at low temperature (-34 ° C) crystallization (Young & Jones, J. Phys. Colloid Chem., 53, 1334-20350 (1949)). This formation of crystalline hydrates was considered to be problematic in the storage of frozen fruits, and research has been conducted to find ways to prevent their formation (Young et al., Food Research, 16, 20-29 (1951)).
Engelsen a Pérez (Carbohydrate Res. 292, 21 - 38 (1996) navrhovali na základě simulace molekulární dynamiky (způsob počítačového modelování) a krystalografických výzkumů komplexu sacharóza/protein, že sacharóza může existovat ve vodném roztoku v hydratované formě, ale tyto závěry zůstaly kontroverzní.Engelsen and Pérez (Carbohydrate Res. 292, 21-38 (1996) suggested, based on molecular dynamics simulation (computer modeling method) and crystallographic investigations of the sucrose / protein complex, that sucrose may exist in aqueous solution in hydrated form, but these conclusions remain controversial .
• · · · • · · · • ·• · · · · · · · · · · ·
Výzkumy týkající se účinků magnetických polí na chemické procesy byly pouze sporadické. Ve třicátých letech bylo navrhováno, že použití magnetického pole by mohlo odstranit vodní kámen z vodovodního potrubí, ale bez vědeckého základu potvrzujícího účinky tohoto způsobu zůstal tento způsob po mnoho let sporný, než byl o přibližně 50 let později experimentálně potvrzen (Donaldson, Tube International, leden 1988, 39 a Grimes, Tube International, březen 1988, 111). Předpokládá se, že účinek magnetických polí na srážení a krystalizaci v anorganických systémech jako je uhličitan vápenatý a fosforečnan zinečnatý spočívá v nukleaci a koagulaci a zdá se, že efekt snížení tvorby vodního kamene nebo dokonce jeho odstranění již vytvořeného vodního kamene je důsledkem změn v rozpustnosti anorganické sloučeniny.Research on the effects of magnetic fields on chemical processes was only sporadic. In the 1930s, it was suggested that the use of a magnetic field could remove scale from water pipes, but without a scientific basis confirming the effects of this method, the method remained controversial for many years before being experimentally confirmed approximately 50 years later (Donaldson, Tube International, January 1988, 39 and Grimes, Tube International, March 1988, 111). The effect of magnetic fields on precipitation and crystallization in inorganic systems such as calcium carbonate and zinc phosphate is believed to be nucleation and coagulation, and the effect of reducing scale formation or even removing scale already formed appears to be due to changes in inorganic solubility compounds.
V případě organických molekul bylo zjištěno, že jestliže byl benzofenon krystalován v silném magnetickém poli, směr podélné osy vytvořených jehliček měl sklon orientovat se kolmo na směr magnetického pole (Katsuki a další, Chemistry Letters, 1996, 607 608). S komplexnější organickou molekulou byl zjištěn podstatný stupeň uspořádání, jestliže byl fibrin ponechán polymerovat v magnetickém poli, a byly navrhovány možné účinky na srážení krve in vivo (Yamagishi a další, J. Phys. Soc., Jpn., 58(7), 2280 - 2283 (1989)). Nedávno bylo také ohlášeno, že použití magnetického pole může ovlivnit poměry selektivity při hydrogenací tuků jako je sezamový olej a sojový olej katalyzované niklem. (Jart, JAOCS, 75(4), 615-617 (1997)).In the case of organic molecules, it has been found that when benzophenone was crystallized in a strong magnetic field, the longitudinal axis direction of the formed needles tended to be oriented perpendicular to the magnetic field direction (Katsuki et al., Chemistry Letters, 1996, 607 608). With a more complex organic molecule, a substantial degree of alignment was found when fibrin was allowed to polymerize in a magnetic field and possible effects on blood coagulation were proposed in vivo (Yamagishi et al., J. Phys. Soc., Jpn., 58 (7), 2280). 2283 (1989)). It has also recently been reported that the use of magnetic fields may affect selectivity ratios in the hydrogenation of fats such as sesame oil and soybean oil catalyzed by nickel. (Jart, JAOCS, 75 (4), 615-617 (1997)).
Byly též ohlášeny experimenty, ve kterých se zdálo, že průchod roztoku sacharózy magnetickým polem snižuje teplotu varu roztoku, ačkoliv pokles teploty varu byl také zaznamenán pro destilovanou a vodovodní vodu. Magnetické pole také ovlivňovalo viskozitu a povrchové napětí roztoku sacharózy, ale různé účinky nebyly úměrné intenzitě magnetického pole (Bisheng a další, Int. Sugar Jnl., 98, 73 - 75 (1996). Bylo také navrhováno, že použití magnetického • · * · · · » · « • · · · · · · ·· ·· · · · . . . ... ....Experiments have also been reported in which the passage of a sucrose solution through a magnetic field appeared to lower the boiling point of the solution, although a decrease in the boiling point was also observed for distilled and tap water. The magnetic field also influenced the viscosity and surface tension of the sucrose solution, but the various effects were not proportional to the intensity of the magnetic field (Bisheng et al., Int. Sugar Jnl., 98, 73-75 (1996). · · · • .... .... .... .... ..... .... .... ....
... ·. .· · ·· ··... ·. . · · ·· ··
- 3 pole může snížit a řídit tvorbu kotelního kamene v odpařovácích při výrobě třtinového cukru (Cole & Clarke, Int. Sugar Jnl., 98, 71 - 72 (1996)). V žádném z těchto dokumentů se neuvádí ani nenavrhuje, že by mohl nastat nějaký vliv na samotné krystaly sacharózy, Chemical Abstracts, díl 122, str. 20. únor 1985, Columbus, Ohio, USA; abstract No. 84104-K, S. Guo a další, popisuje studie vlivu působení magnetického pole na krystalizaci sacharózy (str. 155; sl. 1, XP002090986. FSTA/IFIS AN 76-4-03-14 A. G. Gasparyants a další, „Mass crystalization from Solutions“, XP002090985 & IZVESTIA VĚSTNÍK UCHEBNYCH ZAVEDENU, PISHCHEVAYA TEKHNOLOGIYA, 1975, popisuje krystalizaci sacharózy v roztoku za podmínek střídavého působení magnetického a elektrického pole.- 3 fields can reduce and control scale formation in vaporizers in cane sugar production (Cole & Clarke, Int. Sugar Jnl., 98, 71-72 (1996)). None of these documents disclose or suggest that any effect on the sucrose crystals themselves may occur, Chemical Abstracts, Volume 122, p. February 20, 1985, Columbus, Ohio, USA; abstract 84104-K, S. Guo et al., Describes studies of the effect of magnetic field on sucrose crystallization (p. 155; col. 1, XP002090986. FSTA / IFIS AN 76-4-03-14 AG Gasparyants et al., "Mass crystalization from Solutions ”, XP002090985 & IZVESTIA PUBLIC DEPOSIT JOURNAL, PISHCHEVAYA TEKHNOLOGIYA, 1975, describes the crystallization of sucrose in solution under alternating magnetic and electric field conditions.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Předkládaný vynález se týká způsobu, kterým je možno ovlivnit krystalizaci cukrů takovým způsobem, že se může pohodlně a reprodukovatelně tvořit konkrétní požadovaný krystalický produkt.The present invention relates to a method by which the crystallization of sugars can be influenced in such a way that a particular desired crystalline product can be conveniently and reproducibly formed.
Podle jednoho provedení poskytuje předkládaný vynález způsob řízení krystalizace cukrů z jejich roztoku, který se vyznačuje tím, že se krystalizace provádí pod vlivem magnetického pole. Roztokem je s výhodou vodný roztok, ale vynález je použitelný také na roztoky cukrů v organických rozpouštědlech, jako jsou alkoholy.According to one embodiment, the present invention provides a method for controlling the crystallization of sugars from a solution thereof, characterized in that crystallization is carried out under the influence of a magnetic field. The solution is preferably an aqueous solution, but the invention is also applicable to solutions of sugars in organic solvents such as alcohols.
Předkládaný vynález může být použit na roztoky, s výhodou vodné roztoky jakéhokoliv cukru, přičemž termín „cukr“ se obecně používá pro označení jakéhokoliv ve vodě rozpustného krystalického mono- nebo oligosacharidu. Cukry, na které může být předkládaný vynález použit, jsou zejména mono- a disacharidy, jako je sacharóza, glukóza, fruktóza, laktóza a cukerné alkoholy, jako je sorbitol, mannitol a erythritol. Vynález je zvláště použitelný na sacharózu. Podle předkládaného vynálezu bylo zjištěno, že aplikace magnetického pole • · · · • · • · na roztok cukru před krystalizací nebo s výhodou v průběhu krystalizace ovlivňuje faktory jako je rychlost růstu krystalů, rychlost nukleace, morfologii a krystalinitu a zvláště mohou být podle potřeby ovlivněny velikost a/nebo tvar vyrobených krystalů. Po určení konkrétního typu a orientace magnetického pole a způsobu jeho použití, které vedou ke krystalům s požadovanými vlastnostmi (velikost, tvar apod.) umožňuje použití tohoto pole další výrobu požadovaných krystalů s vysokým stupněm reprodukovatelnosti.The present invention may be applied to solutions, preferably aqueous solutions of any sugar, the term "sugar" generally being used to refer to any water-soluble crystalline mono- or oligosaccharide. The sugars to which the present invention may be used are in particular mono- and disaccharides such as sucrose, glucose, fructose, lactose and sugar alcohols such as sorbitol, mannitol and erythritol. The invention is particularly applicable to sucrose. According to the present invention, it has been found that the application of a magnetic field to a sugar solution prior to crystallization or preferably during crystallization affects factors such as crystal growth rate, nucleation rate, morphology and crystallinity, and in particular may be affected as desired. the size and / or shape of the crystals produced. Having determined the particular type and orientation of the magnetic field and the way it is used, resulting in crystals having the desired properties (size, shape, etc.), the use of this field allows further production of the desired crystals with a high degree of reproducibility.
V případě působení magnetického pole při krystalizací se na vytvořených krystalech pozoruje okamžitý účinek. Jestliže se magnetické pole aplikuje na roztok cukru před krystalizací, stále ještě se pozoruje přetrvávající účinek, jestliže krystalizace probíhá u nenasycených nebo přesycených roztoků s různými rychlostmi. Vliv magnetického pole může být ještě pozorován i v případě, kdy bylo pole na roztok aplikováno několik hodin a možná i několik dnů před krystalizací. Magnetické pole se používá s výhodou v průběhu krystalizace nebo na roztok do jedné hodiny před krystalizací.In the case of the action of a magnetic field during crystallization, an immediate effect is observed on the formed crystals. When the magnetic field is applied to a sugar solution prior to crystallization, a persistent effect is still observed if crystallization occurs in unsaturated or supersaturated solutions at different rates. The effect of the magnetic field can still be observed even if the field was applied to the solution for several hours and possibly several days before crystallization. The magnetic field is preferably used during crystallization or for solution within one hour before crystallization.
Krystalizace cukrů, zvláště sacharózy, je způsob značné ekonomické důležitosti, který se již velmi mnoho let provádí ve velkém měřítku. Proto je překvapující, že tento způsob je možno ovlivňovat výše popsaným způsobem, zvláště proto, že ve výše uvedené literatuře týkající se použití magnetických polí na roztoky sacharózy se nenavrhoval žádný účinek na krystalizací jako takovou nebo na povahu vytvořených krystalů.The crystallization of sugars, especially sucrose, is a process of considerable economic importance which has been carried out on a large scale for many years. Therefore, it is surprising that this method can be influenced by the method described above, especially since in the above literature concerning the application of magnetic fields to sucrose solutions, no effect on crystallization as such or on the nature of the crystals formed has been suggested.
Magnetické pole používané podle předkládaného vynálezu může být použito jakýmkoli požadovaným způsobem včetně permanentních magnetů, jakéhokoliv typu elektromagnetu (jako jsou pulzní elektromagnety a stejnosměrné elektromagnety) a magnetická pole vytvářená radiovými frekvencemi. Optimální síla pole pro určitý konkrétní účinek a způsob, jakým by mělo být magnetické pole použito, může být v daném případě určeno rutinními experimenty.The magnetic field used in the present invention can be used in any desired manner including permanent magnets, any type of electromagnet (such as pulse electromagnets and direct electromagnets) and magnetic fields generated by radio frequencies. The optimum field strength for a particular effect and the way the magnetic field should be used can be determined by routine experimentation in the present case.
• ·• ·
K tomuto účelu mohou být použita jak homogenní, tak i nehomogenní pole.Both homogeneous and inhomogeneous fields can be used for this purpose.
Účinek různých typů magnetických polí se podrobněji probírá v dále popsané experimentální práci. Obecně však stejnosměrná elektromagnetická pole podporují euhedrální růst (pravoúhlejší krystalická forma) a také zpomalují růst krystalů, zatímco počet růstových center (nukleačních center) stoupá se zvyšující se silou pole. Permanentní magnetická pole snižují počet růstových center se stoupající silou pole.The effect of various types of magnetic fields is discussed in more detail in the experimental work described below. In general, however, DC electromagnetic fields promote euhedral growth (a more rectangular crystalline form) and also slow crystal growth, while the number of growth centers (nucleation centers) increases with increasing field strength. Permanent magnetic fields reduce the number of growth centers with increasing field strength.
Krystalizační způsob podle předkládaného vynálezu se obecně provádí rozpouštěním cukru, například sacharózy v rozpouštědle, s výhodou vodě, a potom se roztok nechá odpařovat, čímž se navozuje krystalizace cukru, a na roztok se po vhodnou dobu před krystalizací a/nebo v průběhu samotné krystalizace aplikuje magnetické pole. Krystalizace se obecně indukuje odpařováním rozpouštědla a může být prováděna při jakékoliv teplotě, při které se rozpouštědlo odpařuje, až do teploty varu rozpouštědla. V případě vodných roztoků je výhodná teplota přibližně 50 °C, ačkoliv mohou být použity nižší teploty i vyšší teploty až do teploty varu roztoku cukru.The crystallization process of the present invention is generally carried out by dissolving a sugar, for example sucrose in a solvent, preferably water, and then allowing the solution to evaporate to induce crystallization of the sugar, and applied to the solution for a suitable time before crystallization and / or during the crystallization itself magnetic field. Crystallization is generally induced by evaporation of the solvent and can be carried out at any temperature at which the solvent evaporates up to the boiling point of the solvent. In the case of aqueous solutions, a temperature of about 50 ° C is preferred, although both lower and higher temperatures up to the boiling point of the sugar solution may be used.
Při práci v laboratorním měřítku popsané dále se krystalizace provádí v Petriho miskách. V komerčním měřítku se může krystalizace provádět v krystalizátoru běžně používaném v cukrovarnickém průmyslu.In the laboratory scale operation described below, crystallization is performed in Petri dishes. On a commercial scale, crystallization can be carried out in a crystallizer commonly used in the sugar industry.
Použití metod jako je diferenciální skanovací kalorimetrie (DSC), skanovací elektronová mikroskopie (SEM), mikroskopie v polarizovaném světle (PLM) a prášková rentgenová difrakce (XRD) ukázalo, že v případě sacharózy jsou vlastnosti vytvořených krystalů v souladu s vlastnostmi směsi tvořené z podstatné části hydráty sacharózy, pravděpodobně směsmi hemipentahydrátu a hemiheptahydrátu, spolu s určitým množstvím bezvodé sacharózy. Protože literatura uvádí, že tyto hydráty se tvoří pouze při nízkých • · • · · · • · ·· . . * · · ♦ · · • · «·· · · · · · ·· ·· ·· ·The use of methods such as differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), polarized light microscopy (PLM) and powder X-ray diffraction (XRD) showed that, in the case of sucrose, the properties of the formed crystals are consistent with those of parts of sucrose hydrates, probably mixtures of hemipentahydrate and hemiheptahydrate, along with some anhydrous sucrose. Because the literature states that these hydrates are formed only at low levels. . * · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
...... .......... ....
..... .· · ·· ··...... · · ·· ··
- 6 teplotách, je překvapující, že podle vynálezu se mohou tvořit při normálních nebo zvýšených teplotách.6 temperatures, it is surprising that according to the invention they can be formed at normal or elevated temperatures.
Podle dalšího provedení poskytuje předkládaný vynález způsob výroby krystalického sacharózového produktu obsahujícího hydrát sacharózy, který zahrnuje krystalizaci vodného roztoku sacharózy pod vlivem magnetického pole.According to another embodiment, the present invention provides a process for producing a crystalline sucrose product comprising sucrose hydrate, which comprises crystallizing an aqueous sucrose solution under the influence of a magnetic field.
Vynález se také týká krystalického sacharózového produktu obsahujícího hydrát sacharózy získatelného způsobem podle vynálezu.The invention also relates to a crystalline sucrose product comprising sucrose hydrate obtainable by the process of the invention.
Jak se zde používá, termín hydrát znamená krystal obsahující navíc vodu, která může být pevně navázána, ale která je detekovatelná například metodou Karla Fischera a která může také ovlivnit křivku DSC.As used herein, the term hydrate means a crystal containing additionally water that can be firmly bound but which is detectable, for example, by the Karl Fischer method and which can also affect the DSC curve.
Skutečnost, že předkládaný vynález umožňuje vyrábět cukry s požadovanou velikostí a/nebo tvarem krystalů pohodlněji a reprodukovatelněji, bude výhodná ve většině použití uvedeného cukru, při kterých se má cukr používat v pevné formě namísto jeho rozpuštění. V cukrářském průmyslu však jsou některé aplikace, při kterých je výhodné vyrábět sacharózu s určitou velikostí krystalů, včetně následujících použití:The fact that the present invention makes it possible to produce sugars of the desired crystal size and / or shape more conveniently and reproducibly will be advantageous in most uses of said sugar in which the sugar is to be used in solid form instead of being dissolved. However, there are some applications in the confectionery industry where it is preferable to produce sucrose with a certain crystal size, including the following uses:
• Při výrobě polev na čokoládové bonbony (jako je výrobek dodávaný pod obchodním názvem SMARTIES®) je důležité, aby mohla mít poleva přitažlivý jasný a blýskavý vzhled. Tento vzhled, který alespoň zčásti závisí na velikosti částic cukru, může být řízen použitím mikrokrystalického cukru, který může být vyroben pohodlně a reprodukovatelně způsobem podle předkládaného vynálezu.• When making chocolate candy toppings (such as the product sold under the SMARTIES® brand name), it is important that the topping has an attractive bright and shiny appearance. This appearance, which at least in part depends on the particle size of the sugar, can be controlled by the use of microcrystalline sugar, which can be produced conveniently and reproducibly by the method of the present invention.
• V jiných cukrářských aplikacích jako je výroba ovocných pastilek, jsou pro povlaky pastilek nutné velké krystaly sacharózy (100 pm až 2 nebo 3 mm) pro své zvláštní vlastnosti • · • · · · · · : · i ’ :·· ····• In other confectionery applications such as the production of fruit pastilles, troches are coatings necessary large crystals of sucrose (100 microns to 2 or 3 mm) to their special properties • • · · · · · · · i '··· ·· ·
- 7 z hlediska textury a odrazivosti světla a tyto krystaly mohou být opět pohodlně vyrobeny způsobem podle předkládaného vynálezu. Způsobem podle vynálezu mohou být vyráběny krystaly sacharózy určitých tvarů pro dosažení zvláštních požadovaných účinků.7 in terms of texture and light reflectance, and these crystals can again be conveniently manufactured by the method of the present invention. According to the process of the invention, sucrose crystals of certain shapes can be produced to achieve particular desired effects.
Možnost vyrábět sacharózu ve formě krystalického hydrátu může být výhodná v jiných oblastech cukrářského průmyslu. Výroba mléčné čokolády například zahrnuje tvorbu tzv. zlomků, které jsou směsí sušeného mléka, sacharózy a kakaového másla. Při výrobě některých takových zlomků se tvoří amorfní sacharóza a zachycuje tuk, což vede ke zvýšení množství tuku potřebného v konečné receptuře čokolády. Mléčný tuk je jednou z nejdražších složek mléčné čokolády a použití krystalické sacharózy, která tento tuk nezachycuje, znamená možnost snížit množství této drahé složky. Snížení množství tuku v čokoládě by také mělo vliv na snížení kalorické hodnoty. Navíc představuje sacharóza přibližně polovinu celkové hmotnosti mléčné čokolády a použití sacharózy ve formě krystalického hydrátu, kdy voda tvoří až 10 % hmotnostních přidané sacharózy by rovněž snížilo kalorickou hodnotu čokolády. Použití krystalické sacharózy vyrobené podle předkládaného vynálezu umožňuje podstatné snížení kalorické hodnoty čokolády bez jakýchkoli nepříznivých vlivů na chuť a jiné vlastnosti čokolády.The ability to produce sucrose as a crystalline hydrate may be advantageous in other areas of the confectionery industry. For example, the production of milk chocolate involves the formation of so-called fractions, which are a mixture of milk powder, sucrose and cocoa butter. In the manufacture of some such fragments, amorphous sucrose is formed and entrains fat, resulting in an increase in the amount of fat needed in the final chocolate recipe. Milk fat is one of the most expensive ingredients of milk chocolate and the use of crystalline sucrose, which does not capture this fat, means the possibility to reduce the amount of this expensive ingredient. Reducing the amount of fat in the chocolate would also have an effect on reducing the caloric value. In addition, sucrose represents about half of the total weight of milk chocolate, and the use of sucrose in the form of a crystalline hydrate where water constitutes up to 10% by weight of added sucrose would also reduce the calorific value of the chocolate. The use of crystalline sucrose produced according to the present invention allows a substantial reduction in the calorific value of the chocolate without any adverse effects on the taste and other properties of the chocolate.
Podle dalšího provedení předkládaného vynálezu se poskytuje použití krystalického hydrátu sacharózy definovaného výše pro výrobu cukrářského produktu, s výhodou čokolády.According to another embodiment of the present invention there is provided the use of the crystalline sucrose hydrate as defined above for the production of a confectionery product, preferably chocolate.
Podle dalšího provedení poskytuje předkládaný vynález cukrářský produkt, s výhodou čokoládu, který obsahuje krystalickou sacharózu definovanou výše.According to another embodiment, the present invention provides a confectionery product, preferably a chocolate, comprising crystalline sucrose as defined above.
• · • · ··· ·· ·· · ··• · · ··· ·· ···
- 8 Laktóza krystalizovaná podle vynálezu může být použita například u čokolády neobsahující sacharózu. Erythritol krystalizovaný podle vynálezu může být použit v nízkokalorické čokoládě.The lactose crystallized according to the invention can be used, for example, in sucrose-free chocolate. Erythritol crystallized according to the invention can be used in low calorie chocolate.
Vynález je ilustrován a dále podložen následující experimentální 5 prací, ve které se odkazuje na výkresy, jejichž stručný popis bude nyní uveden.The invention is illustrated and further supported by the following experimental work, in which reference is made to the drawings, a brief description of which will now be given.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 ukazuje orientaci magnetického pole, na které se io odkazuje v části 1.1 (c) níže.Giant. 1 shows the magnetic field orientation referred to in Section 1.1 (c) below.
Obr. 2 ukazuje v části (a) klínový růst a v části (b) dendritický růst krystalů sacharózy.Giant. 2 shows in part (a) wedge growth and in part (b) dendritic growth of sucrose crystals.
Obr. 3 je schéma výše ukázaného růstu krystalu sacharózy za podmínek permanentního magnetického pole umístěného nad a pod vzorkem.Giant. 3 is a diagram of the above-described sucrose crystal growth under permanent magnetic field conditions located above and below the sample.
Obr. 4 je schéma zařízení složeného z pulzního magnetu a roztoku sacharózy.Giant. 4 is a diagram of a device composed of a pulse magnet and a sucrose solution.
Obr. 5 ukazuje obecné euhedrální tvary krystalů sacharózy získané použitím stejnosměrného pole v případě (iii) níže.Giant. 5 shows the general euhedral shapes of sucrose crystals obtained using a DC field in case (iii) below.
Obr. 6 ukazuje povrchovou texturu krystalizované sacharózy bez přítomnosti magnetického pole pozorovanou s použitím SEM při zvětšení 540 x.Giant. 6 shows the surface texture of crystallized sucrose in the absence of magnetic field observed using SEM at a magnification of 540x.
Obr. 7 ukazuje mikrokrystalický materiál na povrchu krystalu sacharózy krystalovaného v permanentním magnetickém poli 700 G pozorovaný s použitím SEM při zvětšení 470 x.Giant. 7 shows microcrystalline material on the surface of a 700 G permanent magnetic field sucrose crystal observed using SEM at a magnification of 470x.
Obr. 8 ukazuje ploché povrchy krystalu sacharózy, který rostl v permanentním magnetickém poli s intenzitou 80 G pozorovaný s použitím SEM při zvětšení 65 x.Giant. 8 shows the flat surfaces of a sucrose crystal that grew in a permanent magnetic field at 80 G observed using SEM at a magnification of 65x.
• · ····· ♦· · · · ·• · ····· ♦ · · · · · ·
- 9 Obr. 9 ukazuje vrstevnatý růst krystalu pozorovaný na povrchu krystalu sacharózy, který rostl v poli permanentního magnetu s intenzitou 700 G pozorovaný použitím SEM při zvětšení 170 x.FIG. 9 shows a layered crystal growth observed on the surface of a sucrose crystal that grew in a 700 G permanent magnet field observed using SEM at a magnification of 170X.
Obr. 10 ukazuje povrch krystalu sacharózy, který rostl bez 5 přítomnosti magnetického pole při pozorování PLM a zvětšení 10 x.Giant. 10 shows the surface of a sucrose crystal that grew without the presence of a magnetic field when PLM and 10X magnification were observed.
Obr. 11 ukazuje mikrokrystalický materiál přítomný na povrchu krystalů sacharózy vytvořených ve stejnosměrném elektromagnetickém poli s intenzitou 300 G.Giant. 11 shows the microcrystalline material present on the surface of sucrose crystals formed in a DC 300 G field.
Obr. 12 ukazuje mikrokrystalický materiál přítomný na povrchu io krystalů sacharózy vytvořených v permanentním magnetickém poli s intenzitou 150 G.Giant. 12 shows the microcrystalline material present on the surface and on sucrose crystals formed in a permanent magnetic field with an intensity of 150 G.
Obr. 13 ukazuje ploché povrchy a ostré hrany ukázané na krystalech sacharózy, které rostly ve stejnosměrném elektromagnetickém poli 400 G.Giant. 13 shows flat surfaces and sharp edges shown on sucrose crystals that grew in a 400 G DC electromagnetic field.
Obr. 14 ukazuje plochý povrch a ostré hrany ukázané na krystalech sacharózy, které rostly ve stejnosměrném elektromagnetickém poli 400 G.Giant. 14 shows the flat surface and sharp edges shown on sucrose crystals that grew in a 400 G DC electromagnetic field.
Obr. 15 ukazuje vrstevnatý růst povrchů krystalů sacharózy, které rostly v permanentním magnetickém poli s intenzitou 150 G.Giant. 15 shows a layered growth of sucrose crystal surfaces that grew in a permanent magnetic field with an intensity of 150 G.
Obr. 16 ukazuje vrstevnatý růst povrchů krystalů sacharózy, které rostly ve stejnosměrném elektromagnetickém poli s intenzitou 350 G.Giant. 16 shows a layered growth of sucrose crystal surfaces that grew in a DC electromagnetic field of 350 G.
Obr. 17 ukazuje profil tavení metodou DSC pro kontrolní krystaly sacharózy („žádné pole“).Giant. 17 shows a DSC melting profile for sucrose control crystals ("no field").
Obr. 18 ukazuje profil tavení metodou DSC pro krystaly sacharózy, které rostly v permanentním magnetickém poli s intenzitou 300 G.Giant. 18 shows a DSC melting profile for sucrose crystals that grew in a permanent magnetic field at an intensity of 300 G.
• ·• ·
Obr. 19 ukazuje profil tavení metodou DSC pro krystaly sacharózy, které rostly v permanentním magnetickém poli s intenzitou 600 G.Giant. 19 shows a DSC melting profile for sucrose crystals that grew in a permanent magnetic field with an intensity of 600 G.
Obr. 20 ukazuje schematické znázornění zařízení pro 5 krystalizací laktózy v permanentním magnetickém poli paralelně ze stran.Giant. 20 shows a schematic representation of a device for 5 crystallization of lactose in a permanent magnetic field in parallel from the sides.
Obr. 21 ukazuje schematické znázornění zařízení pro krystalizací laktózy v permanentním magnetickém poli nad a pod vzorkem.Giant. 21 shows a schematic representation of a device for crystallizing lactose in a permanent magnetic field above and below a sample.
io Obr. 22 ukazuje schematické znázornění zařízení pro krystalizací laktózy v pulzním magnetickém poli.FIG. 22 shows a schematic representation of a device for crystallizing lactose in a pulsed magnetic field.
Obr. 23 ukazuje schematické znázornění zařízení pro krystalizací laktózy ve stejnosměrném magnetickém poli.Giant. 23 shows a schematic representation of a device for crystallizing lactose in a DC magnetic field.
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. Statická krystalizace sacharózy1. Static crystallization of sucrose
1.1.0 Experimentální část1.1.0 Experimental part
1.1.1 Předběžné studiePreliminary studies
V Petriho miskách o průměru 5 cm byly připraveny nasycené 20 roztoky sacharózy na topné desce při 50 °C přidáváním sacharózy do nespecifikovaného množství deionizované vody, dokud se již nerozpouštělo větší množství sacharózy. V případech většího přídavku sacharózy bylo ještě přidáno malé množství vody pro převedení sacharózy do roztoku. Roztoky sacharózy v Petriho miskách umístěné v inkubátorech při 50 °C byly ponechány odpařovat a krystalizovat za podmínek různého magnetického pole (a) až (f) uvedených níže.Saturated 20 sucrose solutions on a hot plate at 50 ° C were prepared in 5 cm diameter Petri dishes by adding sucrose to an unspecified amount of deionized water until more sucrose was dissolved. In cases of greater sucrose addition, a small amount of water was added to bring the sucrose into solution. Sucrose solutions in Petri dishes placed in incubators at 50 ° C were allowed to evaporate and crystallize under the different magnetic field conditions (a) to (f) below.
(a) Krystalizující sacharóza nebyla umístěna v magnetickém poli.(a) Crystallizing sucrose was not placed in the magnetic field.
• ·• ·
- 11 (b) Na stranách Petriho misky byly umístěny permanentní magnety s intenzitami pole (i) 300 G na okrajích, 265 G ve středu Petriho misky (ii) 400 G na okrajích, 350 G ve středu Petriho misky (iii) 640 G na okrajích, 540 G ve středu Petriho misky (iv) 760 G na okrajích, 630 G ve středu Petriho misky.- 11 (b) Permanent magnets with field strengths (i) of 300 G at the edges, 265 G at the center of the Petri dish (ii) 400 G at the edges, 350 G at the center of the Petri dish (iii) 640 G at margins, 540 G in the center of the petri dish (iv) 760 G in the edges, 630 G in the center of the petri dish.
(c) Permanentní magnety byly umístěny ve čtvercovém uspořádání kolem Petriho misky s intenzitami pole uvedenými na obr. 1.(c) The permanent magnets were placed in a square configuration around a Petri dish with the field strengths shown in Figure 1.
(d) Permanentní magnety byly umístěny nad a pod Petriho miskou s intenzitou pole 60 G.(d) Permanent magnets were placed above and below a Petri dish with a field strength of 60 G.
(e) Pulzní magnetické pole působící střídavě ve dvou směrech, přičemž Petriho miska je umístěna nad středem.(e) A pulsed magnetic field acting alternately in two directions, with the Petri dish positioned above the center.
(f) Stejnosměrné elektromagnety s póly umístěnými na obou stranách Petriho misky s intenzitami pole (i) 100 G na okrajích, 50 G ve středu Petriho misky (ii) 320 G na okrajích, 140 G ve středu Petriho misky (iii) 500 G na okrajích, 195 G ve středu Petriho misky (iv) 600 G na okrajích, 220 G ve středu Petriho misky.(f) DC electromagnets with poles placed on both sides of a Petri dish with field strengths (i) 100 G at the edges, 50 G at the center of the Petri dish (ii) 320 G at the edges, 140 G at the center of the Petri dish (iii) 500 G at margins, 195 G in the center of the Petri dish (iv) 600 G in the edges, 220 G in the center of the Petri dish.
Po krystalizaci roztoků sacharózy byla zaznamenána vizuální pozorování a krystaly byly shromážděny a usušeny.After crystallization of the sucrose solutions, visual observations were recorded and the crystals were collected and dried.
1.1.2 Výzkum za řízených podmínekResearch under controlled conditions
Experimenty byly prováděny ve stejném uspořádání jako výše, přičemž při přípravě vzorků před jejich umístěním v inkubátorech byly použity následující změny.The experiments were performed in the same configuration as above, using the following changes to prepare the samples before placing them in the incubators.
(a) V Petriho miskách bylo umístěno 10 ml deionizované vody, • · ··· ·· ·· ·(a) 10 ml deionized water was placed in petri dishes,
- 12 (b) do vody bylo přidáno 4,66 g sacharózy (kolem 80 % nasycení) a miska byla zahřívána na topné desce při 50 °C 2 hod až do úplného rozpuštění, (c) vzorky byly připraveny bez možnosti přístupu prachu cizích materiálů přikrytím Petriho misek v průběhu rozpouštění sacharózy.- 12 (b) 4.66 g of sucrose (about 80% saturation) was added to the water and the dish was heated on a hot plate at 50 ° C for 2 hours until completely dissolved, (c) samples were prepared without the possibility of foreign material dust by covering Petri dishes during the dissolution of sucrose.
Každý experiment byl třikrát opakován a byla zaznamenána vizuální pozorování.Each experiment was repeated three times and visual observations were recorded.
1.2.0 Výsledky a diskuseResults and discussion
1.2.1 Výsledky předběžných studií statického růstu krystalů sacharózyResults of preliminary studies of static growth of sucrose crystals
Hlavním cílem experimentu bylo vytvořit řízené prostředí, které by mohlo dovolit odpařování vody z vodných roztoků sacharózy, tj. pomalou krystalizaci sacharózy, a zjistit účinky různých magnetických polí na proces růstu krystalů.The main objective of the experiment was to create a controlled environment that could allow water evaporation from aqueous sucrose solutions, ie slow crystallization of sucrose, and to determine the effects of different magnetic fields on the crystal growth process.
Jako nádoby pro růst krystalů byly využity Petriho misky o průměru 5 cm, protože jejich velikost dovolila odpaření a růst krystalů v průběhu přibližně 2 dnů. Roztoky pro předběžné pokusy byly připraveny v Petriho miskách v neodměřeném množství deionizované vody. Jako prostředek pro řízení teploty byly použity inkubátory a pro usnadnění odpařování byly opatřeny větrákem, kterým byl uváděn vzduch uvnitř inkubátoru do cirkulace.Petri dishes with a diameter of 5 cm were used as vessels for crystal growth because their size allowed evaporation and crystal growth over approximately 2 days. Preliminary experiments were prepared in Petri dishes in an unmeasured amount of deionized water. Incubators were used as temperature control means and provided with a fan to facilitate evaporation to circulate air inside the incubator.
Studie odpařování ukázaly, že přesycení vedlo ke katastrofickému ztuhnutí ve formě malých pravoúhlých krystalů, které vytvořily během dvou hodin film podél rozhraní roztok/vzduch. Nižší nasycenost obecně vedla k růstu krystalů v charakteristickém kruhovém vějířkovitém uspořádání. Růst začíná od místa nukleace a pokračuje kruhově směrem od středu, přičemž se tvoří jednotlivé klíny krystalů s většími plochami růstu krystalů (viz obr. 2(a)). V některých případech se mohou tvořit jemnější jehličkovité krystaly, které se • · · · • · •·· ·· ·· ·Evaporation studies have shown that supersaturation led to catastrophic solidification in the form of small rectangular crystals that formed a film along the solution / air interface within two hours. Lower satiety generally led to crystal growth in a characteristic circular fan-like configuration. Growth starts from the nucleation site and continues circularly from the center, forming individual wedge crystals with larger crystal growth areas (see Figure 2 (a)). In some cases, finer needle-shaped crystals may form and become
- 13 budou označovat jako dendritické a u kterých jehličky nevycházejí z místa nukleace, ale z místa růstu v určité vzdálenosti od středu (viz obr. 2(b)).Protože z různých nasyceností byly získány různé formy, výzkumy pokračovaly za řízených podmínek.These will be referred to as dendritic and in which the needles do not originate from the nucleation site but from the growth site at a certain distance from the center (see Fig. 2 (b)) Since different forms were obtained from different saturations, investigations continued under controlled conditions.
1.2.2 Vizuální pozorování řízených studiíVisual observations of controlled studies
1.2.2(a) Kontrolní krystaly sacharózy nebo „bez přítomnosti pole“1.2.2 (a) Sucrose control or "field-free" crystals
Krystaly sacharózy rostly bez přítomnosti magnetického pole a obecně se vytvořily v průběhu 24 hodin. Nejčasnější centra nukleace vedla k největším kruhovým průměrům růstu, který převažoval zejména na povrchu roztoku sacharózy. Průměrně se vyskytovalo pět center nukleace se třemi většími, která převažovala na povrchu roztoku sacharózy. Menší růsty krystalů, které budou označovány jako sekundární nukleace, se tvoří ve zbylém roztoku kolem větších oblastí růstu krystalů až do té doby, kdy již nezbyde žádné rozhraní roztok sacharózy/vzduch. Povrchy krystalů byly obecně nerovnoměrné, neuspořádané a robustní, zvláště v případech, kdy došlo k setkání krystalizace z různých center nukleace, a byly ve formě klínového růstu.Sucrose crystals grew in the absence of magnetic field and generally formed within 24 hours. The earliest nucleation centers led to the largest circular growth averages, which were predominantly on the surface of the sucrose solution. On average, there were five nucleation centers with three larger ones, which prevailed on the surface of the sucrose solution. Smaller crystal growths, which will be referred to as secondary nucleation, are formed in the remaining solution around larger areas of crystal growth until no more sucrose / air solution remains. The crystal surfaces were generally uneven, disordered, and robust, especially in cases where crystallization from different nucleation centers occurred and were in the form of wedge growth.
1.2.2(b) Permanentní magnetická pole1.2.2 (b) Permanent magnetic fields
Obecné formy krystalů sacharózy získané při studiích v permanentním magnetickém poli byly podobné jako u situace „bez přítomnosti pole“, tj. vytvářely se kruhové obrazy růstu, přičemž rozdíly byly nepatrné.The general forms of sucrose crystals obtained in permanent magnetic field studies were similar to those in a "no field" situation, ie circular growth images were generated, with slight differences.
1.2.2(b) (i) 300 G na okrajích, 265 G ve středu Petriho misky1.2.2 (b) (i) 300 G at the edges, 265 G at the center of the Petri dish
Nejslabší permanentní pole mělo podobný počet center nukleace, tj. v průměru 6 nebo 7. Největší kruhové růstové obrazce • ·The weakest permanent field had a similar number of nucleation centers, ie an average of 6 or 7. The largest circular growth patterns • ·
- 14 pocházely ze tří center nukleace a vyskytovaly se také průměrně tři až čtyři menší růstové obrazce ze sekundárních nukleací. Nejznatelnější vizuální rozdíl byl v jemné struktuře, která tvořila kruhové obrazce růstu. Krystaly měly velmi jasný vzhled a byly tvořeny mnoha jemnými klíny, které rostly v přesných přímkách z místa nukleace. Hranice obrazců kruhového růstu tvořily téměř rovné čáry a nevyskytovaly se neorganizované oblasti. Obecně byl růst krystalů uspořádanější a měl jemnější strukturu.- 14 came from three nucleation centers and there were also an average of three to four smaller growth patterns from secondary nucleations. The most noticeable visual difference was in the subtle structure that formed circular patterns of growth. The crystals had a very clear appearance and were formed by many fine wedges that grew in exact lines from the nucleation site. The boundaries of the circular growth patterns were almost straight lines and there were no disorganized areas. In general, crystal growth was more ordered and had a finer structure.
1.2.2(b) (ii) 400 G na okrajích, 350 G ve středu Petriho misky1.2.2 (b) (ii) 400 G at the edges, 350 G at the center of the Petri dish
Použití o něco silnějšího permanentního pole vedlo v průměru k vytvoření menšího počtu center nukleace, tj. v průměru pět. Ve většině případů vycházel růst krystalů sacharózy ze čtyř center nukleace, která převažovala na povrchu roztoku sacharózy. Navíc k jemnější struktuře růstu krystalů sacharózy pozorovaných v případě slabšího permanentního pole byly také pozorovány některé ploché čiré klíny. Hranice mezi kruhovými růstovými obrazci byly opět téměř přímky a obecně rostly krystaly sacharózy za těchto podmínek magnetického pole uspořádaněji než v situaci „bez přítomnosti pole“.The use of a slightly stronger permanent field resulted in an average number of nucleation centers, ie an average of five. In most cases, the growth of sucrose crystals came from the four nucleation centers that prevailed on the surface of the sucrose solution. In addition to the finer structure of sucrose crystal growth observed in the case of a weaker permanent field, some flat clear wedges were also observed. Again, the boundaries between the circular growth patterns were almost straight, and generally the sucrose crystals grew more organized under these magnetic field conditions than in a "no field" situation.
1.2.2(b) (iii) 640 G na okrajích, 540 G ve středu Petriho misky1.2.2 (b) (iii) 640 G at the edges, 540 G at the center of the Petri dish
Při růstu krystalů za podmínek silnějšího permanentního magnetického pole byl pozorován menší počet center nukleace (v průměru čtyři). Protože se však nevyskytovala sekundární centra nukleace, růst krystalů vycházel z přibližně čtyř center nukleace, což vedlo k větším průměrům růstu. Růst krystalů sacharózy byl v centrech nukleace jemný, ale krystaly se při pokračování růstu směrem od centra stávaly širší, ploché, čiré klíny. Na povrchu plochých klínů byl vidět neúplně vrstvený růst krystalů, takže tyto klíny se jevily jakoFewer nucleation centers (on average four) were observed when crystals were growing under stronger permanent magnetic field conditions. However, as there were no secondary nucleation centers, crystal growth was based on approximately four nucleation centers, resulting in larger growth rates. The growth of sucrose crystals was subtle in nucleation centers, but the crystals became wider, flat, clear wedges as they continued to grow away from the center. On the surface of the flat wedges there was an incomplete layered crystal growth, so that these wedges appeared to be
• ·• ·
opakní. Hranice byly opět velmi stejnoměrné a obrazce růstu byly uspořádanější než v podmínkách „bez přítomnosti pole“.opaque. Again, the boundaries were very uniform and the patterns of growth were more orderly than under 'no field' conditions.
1.2.2(b) (iv) 760 G na okrajích, 630 G ve středu Petriho misky1.2.2 (b) (iv) 760 G at the edges, 630 G at the center of the Petri dish
V podmínkách růstu krystalů sacharózy v silnějším permanentním poli bylo opět pozorováno méně center nukleace (v průměru dvě). Při růstu krystalu těsně u centra nukleace byly krystaly sacharózy jemné ale dendritické. Některé měly vzhled překrývajících se klínů. Růst dále od centra nukleace vedl k velkým dobře vytvořeným klínům s viditelným vrstevnatým růstem. Hranice cirkulárního růstu byly ve formě do sebe zapadajících klikatých čar, které ukazovaly na tvoření krystalových dvojčat a byly pravidelné a ploché. Sekundární nukleace byla omezena na velmi malou plochu a v průměru byla tvořena růstem z pouze jednoho nebo dvou center. Výsledné krystaly sacharózy ze sekundárních center nukleace byly uspořádané a jemné. Souhrnem lze říci, že růstové obrazce vedly ve většině případů k velmi uspořádaným a velkým klínům s určitými důkazy dendritického růstu.Again, fewer nucleation centers (two on average) were observed under sucrose crystal growth conditions in a stronger permanent field. With crystal growth close to the nucleation center, the sucrose crystals were fine but dendritic. Some had the appearance of overlapping wedges. Growth further from the nucleation center led to large well formed wedges with visible layered growth. The boundaries of circular growth were in the form of interlocking zigzag lines that pointed to the formation of crystal twins and were regular and flat. Secondary nucleation was limited to a very small area and was, on average, formed by growth from only one or two centers. The resulting sucrose crystals from the secondary nucleation centers were aligned and fine. In summary, growth patterns led in most cases to very ordered and large wedges with some evidence of dendritic growth.
1.2.2(c) Permanentní magnetická pole ve čtvercovém uspořádání kolem vzorku1.2.2 (c) Permanent magnetic fields in a square configuration around the sample
Čtvercová orientace permanentních magnetů vedla ke krystalům s více jehličkovitým tvarem. Růst byl dendritický a proto nebyly pozorovány klínovité tvary. V průměru se vyskytovaly dva velké sferulitické růsty a tři nebo čtyři menší. Jak se začal zvětšovat průměr sferulitického růstu, začínal růst větší počet jehliček a většina měla šířku 2 až 3 mm a proměnnou délku. Hranice mezi sferulitickými růsty se podobají propojeným klikatým čarám (růst dvojčat) a jsou dobře uspořádané a ploché. Celkový dojem je, že dochází • · · · • « ··· ·· ·· ·The square orientation of the permanent magnets led to crystals with a more acicular shape. The growth was dendritic and therefore no wedge shapes were observed. On average, there were two large spherulitic growths and three or four smaller ones. As the diameter of the spherulitic growth began to increase, more needles began to grow and most had a width of 2-3 mm and a variable length. The boundaries between spherulitic growths resemble interconnected zigzag lines (twin growth) and are well ordered and flat. The overall impression is that it is happening • · · · · «··· ·· ·· ·
- 16 k uspořádanějšímu růstu krystalů než v situaci „bez přítomnosti pole“, protože krystaly jsou čiré a dobře vytvořené.- 16 more orderly crystal growth than in a field-free situation because the crystals are clear and well formed.
1.2.2(d) Permanentní magnetické pole nad a pod vzorkem1.2.2 (d) Permanent magnetic field above and below the sample
Růst krystalů byl opět jemný a měl uspořádaný vzhled, přičemž krystaly se skládaly hlavně z jemných klínů nebo jehliček. Navíc se zdálo, že u větších klínů dochází k přednostnímu růstu v jednom směru (viz obr. 3).The crystal growth was again fine and ordered, with the crystals mainly consisting of fine wedges or needles. In addition, larger wedges seemed to preferentially grow in one direction (see Figure 3).
Navíc se vytvořila v průměru tři centra nukleace, což znamená snížení oproti případu „bez přítomnosti pole“. V některých případech byla pozorována určitá sekundární nukleace, která však byla omezena na velmi malé oblasti růstu. Hranice cirkulárních růstů měly vzhled vzájemně se propojujících klikatých čar (růst dvojčat) a byly uspořádané. Jemné, téměř jehličkovité klíny byly velmi čiré, ale velké klíny byly opakní v důsledku neúplných vrstev krystalového růstu. V souhrnu lze říci, že krystaly sacharózy rostoucí za těchto podmínek vedly k uspořádanějším krystalům, ale byl ukázán růst přednostně v jednom směru. Obr. 3 znázorňuje výše uvedený růst krystalů sacharózy za podmínek permanentního magnetického pole umístěného nad a pod vzorkem.In addition, an average of three nucleation centers has been created, which is a reduction compared to the "no field" case. Some secondary nucleation has been observed in some cases, but has been limited to very small areas of growth. Circular growth boundaries had the appearance of interconnecting zigzag lines (twin growth) and were ordered. Fine, almost needle-like wedges were very clear, but large wedges were opaque due to incomplete layers of crystal growth. In summary, sucrose crystals growing under these conditions led to more ordered crystals, but growth was shown to be preferentially in one direction. Giant. 3 shows the above growth of sucrose crystals under permanent magnetic field conditions located above and below the sample.
1.2.2(e) Pulzní magnetické pole1.2.2 (e) Pulse magnetic field
Pulzní magnet je vložen do pravoúhlého plastikového zařízení ukázaného na obr. 4.The pulse magnet is inserted into the rectangular plastic device shown in Fig. 4.
Petriho miska o průměru 5 cm byla umístěna na horní část magnetické jednotky, protože byla příliš velká pro vložení do normálně používaného čtvercového otvoru. Primární nukleace se v několika případech vyskytovala převážně na pravé straně Petriho misky, ale růst na této straně byl pomalý. Po sekundární nukleaci na levé straně následovala zvýšená rychlost růstu. Většina výsledné krystalizaceA 5 cm diameter petri dish was placed on top of the magnetic unit because it was too large to fit into a normally used square hole. Primary nucleation occurred in several cases mainly on the right side of the Petri dish, but growth on this side was slow. Secondary nucleation on the left was followed by an increased growth rate. Most of the resulting crystallization
- 17 sacharózy vycházela z levé strany z průměrně tří nebo čtyř center nukleace ve velkých kruhových klínovitých vějířích. Ty byly uspořádanější než v situaci „bez přítomnosti pole“ a měly ostřejší okraje. Na pravé straně se vyskytovalo v průměru čtyři nebo pět velmi malých jemných kruhových klínovitých růstů.- 17 sucrose originated on the left from an average of three or four nucleation centers in large circular wedge-shaped fans. They were more organized than in a field-free situation and had sharper edges. On the right side there were on average four or five very small fine circular wedge-shaped growths.
Tento výsledek nebyl vždy reprodukovatelný a tak byl experiment ještě několikrát opakován. Při jedné příležitosti se nevytvořila na pravé straně žádná nukleace, pouze velký klínovitý růst z centra nukleace na levé straně. Dva další experimenty ukázaly malé kruhové růstové obrazce, v průměru deset, u kterých docházelo k jemnému dendritickému růstu.This result was not always reproducible and the experiment was repeated several times. On one occasion there was no nucleation on the right side, only a large wedge-shaped growth from the nucleation center on the left. Two other experiments showed small circular growth patterns, an average of ten, with slight dendritic growth.
1.2.2(f) Stejnosměrná elektromagnetická pole1.2.2 (f) DC electromagnetic fields
Obecné formy krystalů sacharózy získaných ze studií stejnosměrného elektromagnetického pole byly oproti situaci „bez přítomnosti pole“ změněny v silnějších polích tím způsobem, že obecně převažoval euhedrální růst.The general forms of sucrose crystals obtained from DC electromagnetic field studies have been altered in stronger fields compared to the "no field" situation in that euhedral growth generally prevailed.
1.2.2(f) (i) 100 G na okrajích, 50 G ve středu Petriho misky1.2.2 (f) (i) 100 G at the edges, 50 G at the center of the Petri dish
Krystaly sacharózy pod vlivem podmínek stejnosměrného elektromagnetického pole měly v průměru tři větší cirkulární růsty, které převažovaly na většině povrchu roztoku sacharózy. Tyto růsty s jemnými klíny vykazovaly malé množství dendricity a měly velmi uspořádaný vzhled. Navíc byly přítomny přibližně tři nebo čtyři menší cirkulární růsty, které byly jemnější ale hůře uspořádané s některými neorganizovanými oblastmi. Hranice cirkulárních růstů byly do sebe zapadající klikaté čáry a byly uspořádané. Celkově je možno uvést, že krystaly sacharózy byly jemné a uspořádanější než v situaci „bez přítomnosti pole“.Sucrose crystals under the influence of DC electromagnetic field conditions had on average three larger circular growths that prevailed on most of the surface of the sucrose solution. These fine wedge growths showed a small amount of dendricity and had a highly ordered appearance. In addition, approximately three or four smaller circular growths were present which were finer but worse aligned with some unorganized regions. Circular growth boundaries were interlocking zigzag lines and arranged. Overall, the sucrose crystals were fine and more orderly than in a field-free situation.
• » · · · · • · • · ·• »· · · · · · · · · · · ·
1.2.2(f) (ii) 320 G na okrajích, 140 G ve středu Petriho misky1.2.2 (f) (ii) 320 G at the edges, 140 G at the center of the Petri dish
Bylo pozorováno více větších center nukleace (průměrně pět), přičemž za těchto podmínek růstu krystalů sacharózy se vytvořily také přibližně tři nebo čtyři menší kruhové růsty. V očekávaných kruhových obrazcích růstu se obecně vyskytuje větší stupeň dendricity a více nepravidelných uspořádání. Na většině klínů je velmi dobře vidět vrstevnatý růst a krystaly mají převážně více jehličkovitý tvar v důsledku zvýšené dendricity. V souhrnu lze říci, že došlo ke zvýšení nukleace, ale růst je nepravidelnější než v případě slabšího pole, ačkoliv krystaly jsou více uspořádané než v případě „bez přítomnosti pole“.More large nucleation centers (average of five) were observed, and approximately three or four smaller circular growths were also formed under these sucrose crystal growth conditions. Generally, a greater degree of dendricity and more irregular arrangements occur in the expected circular growth patterns. Layer growth is very well seen on most wedges and the crystals are predominantly more acicular in shape due to increased dendricity. In summary, there has been an increase in nucleation, but the growth is more irregular than in the case of a weaker field, although the crystals are more ordered than in the case of "no field presence".
1.2.2(f) (iii) 500 G na okrajích, 195 G ve středu Petriho misky1.2.2 (f) (iii) 500 G at the edges, 195 G at the center of the Petri dish
Silnější stejnosměrná elektromagnetická pole vedla k většímu počtu center nukleace (v průměru šest) s třemi nebo čtyřmi menšími růsty, ale za zmínku stojí tvar získaných krystalů. Centra nukleace nebyla bodová jako ve všech předchozích případech, ale šlo o pravoúhlé krystaly. Růst z těchto pravoúhlých tvarů byl také pravoúhlý s plochými okraji, jak je ukázáno na obr. 5, a který se normálně nazývá euhedrální. Krystaly měly robustnější vzhled a patrně došlo ke zlepšení krystalinity . Konce pravoúhlého růstu měly čtvercový tvar a hranice mezi kruhovými růsty byly přímé, což ukazuje na to, že nedochází ke tvorbě krystalových dvojčat. Navíc byl růst krystalů pomalejší a trval pro krystalizaci na rozhraní povrch roztoku sacharózy/vzduch přibližně dvojnásobnou dobu. V souhrnu lze uvést, že stejnosměrné magnetické pole změnilo morfologii sacharózy, rychlost růstu a krystalinita .Stronger DC electromagnetic fields have led to more nucleation centers (six on average) with three or four smaller growths, but the shape of the obtained crystals is worth mentioning. The nucleation centers were not point-like as in all previous cases, but they were rectangular crystals. The growth of these rectangular shapes was also rectangular with flat edges, as shown in Figure 5, and which is normally called euhedral. The crystals had a more robust appearance and apparently improved crystallinity. The ends of the rectangular growth were square in shape and the boundaries between the circular growths were straight, indicating that no crystal twins were formed. In addition, crystal growth was slower and took about twice the time to crystallize at the surface area of the sucrose / air solution. In summary, the DC magnetic field has changed the sucrose morphology, growth rate and crystallinity.
• · · · • ·• · · · ·
9 ·9 ·
999 ·· ·· *999 ·· ··
- 19 1.2.2(f) (iv) 600 G na okrajích, 220 G ve středu Petriho misky- 19 1.2.2 (f) (iv) 600 G at the edges, 220 G at the center of the Petri dish
Účinky tohoto posledního stejnosměrného elektromagnetického pole byly za těchto silnějších podmínek zdůrazněny. Ve většině případů bylo pozorováno kolem deseti nebo jedenácti center nukleace, přičemž převažoval euhedrální růst. Navíc se zdálo, že růstová rychlost byla ještě pomalejší než v případě (f) (iii), přičemž krystalizace na celém povrchu roztoku sacharózy trvala přibližně tři dny. Souhrnem lze uvést, že zvýšená intenzita stejnosměrného elektromagnetického pole snížila rychlost růstu, zvýšila rychlost io nukleace, změnila morfologii a zvýšila krystalinita .The effects of this last DC electromagnetic field were emphasized under these stronger conditions. In most cases, around ten or eleven nucleation centers were observed, with euhedral growth predominating. In addition, the growth rate appeared to be even slower than in (f) (iii), with crystallization over the entire surface of the sucrose solution taking about three days. In summary, the increased intensity of the DC electromagnetic field has decreased the rate of growth, increased the rate of nucleation, changed morphology and increased crystallinity.
Výsledky jsou shrnuty v následující tabulce:The results are summarized in the following table:
Tabulka 1.2Table 1.2
• 9 · · « · • » * « ♦ · ··• 9 · * * * ·
- 20 Tabulka 1.2 - pokračování- 20 Table 1.2 - continued
1.3.0 Závěr1.3.0 Conclusion
Tyto předběžné výsledky ukazují, že růst krystalů sacharózy 5 v klidu může být ovlivněn vnějšími magnetickými poli.These preliminary results show that the growth of the sucrose 5 crystals at rest can be influenced by external magnetic fields.
Zdá se, že magnetická pole změnila charakteristiky krystalů jako je rychlost růstu, rychlost nukleace, morfologie a krystalinita .Magnetic fields appear to have changed crystal characteristics such as growth rate, nucleation rate, morphology and crystallinity.
········
- 21 1.4.0 Další výzkumy statické krystalizace sacharózy v magnetických polích- 21 1.4.0 Further investigations of static crystallization of sucrose in magnetic fields
Diferenciální skanovací kalorimetrie (DSC) byla prováděna na přístroji Perkin Elmer DCS7. Prášková rentgenová difrakce (XRD) byla prováděna na difraktometru Philips PW 1710 s použitím záření Cu Ka. Skanovací elektronová mikroskopie (SEM) byla prováděna na přístroji Cambridge 5250 stereoscan. Titrace Karl Fischer (KF) byly prováděny na tritrátoru Orion Research lne. Turbo 2 Titrator.Differential scanning calorimetry (DSC) was performed on a Perkin Elmer DCS7. Powder X-ray diffraction (XRD) was performed on a Philips PW 1710 diffractometer using Cu K alpha radiation. Scanning electron microscopy (SEM) was performed on a Cambridge 5250 stereoscan. Karl Fischer (KF) titrations were performed on an Orion Research Inc tritrator. Turbo 2 Titrator
Pro zjištění podrobnější struktury vytvořených krystalů sacharózy byla použita skanovací elektronová mikroskopie (SEM) jak bylo uvedeno výše při zvětšení přibližně 50 x až 500 x. Zde jsou také vidět některé značné rozdíly v povrchové textuře krystalů.Scanning electron microscopy (SEM) was used as described above at a magnification of approximately 50 x to 500 x to determine the more detailed structure of the formed sucrose crystals. There are also some considerable differences in the surface texture of the crystals.
Kontrolní vzorky „bez přítomnosti pole“ měly velmi nepravidelnou povrchovou texturu tvořenou kuličkami sacharózy na povrchu. Byly přítomny špatně krystalizované shluky a povrch měl téměř amorfní texturu (viz obr. 6).The field-free control samples had a very irregular surface texture consisting of sucrose beads on the surface. Poorly crystallized clusters were present and the surface had an almost amorphous texture (see Figure 6).
Všechny vzorky sacharózy krystalované v magnetickém poli vykazovaly naopak velké množství mikrokrystalického materiálu (viz obr. 7). Tyto krystaly jsou dobře vytvořené a mají hrany a velmi ploché povrchy. Navíc mají velké krystaly velmi ploché hladké povrchy s určitými úhly ploch růstu, jak je ukázáno v obr. 8. Tyto povrchy také vykazovaly vrstevnatý růst krystalů, který se při pohledu prostým okem jevil jako opakní (nebo kalný) (viz obr. 9).In contrast, all sucrose samples crystallized in the magnetic field showed a large amount of microcrystalline material (see Fig. 7). These crystals are well formed and have edges and very flat surfaces. In addition, large crystals have very flat smooth surfaces with certain angles of growth areas, as shown in Fig. 8. These surfaces also exhibited layered crystal growth that appeared opaque (or cloudy) when viewed with the naked eye (see Fig. 9).
Mikroskopie v polarizovaném světle (PLM) při zvětšení desetkrát ukázala podobné vlastnosti krystalů sacharózy. Kontrolní vzorky „bez přítomnosti pole“ měly hrudkovou nepravidelnou povrchovou strukturu ukázanou v obr. 10, zatímco vzorky krystalované v magnetických polích obsahovaly větší množství přítomného mikrokrystalického materiálu, jak je ukázáno na obr. 11 a 12. Ploché pravidelné povrchy jsou ukázány na obr. 13 a 14 a opět vrstevnatý růst na obr. 15 a 16.Microscopy in polarized light (PLM) at a magnification of ten times showed similar properties of sucrose crystals. The "field-free" control samples had a lumpy irregular surface structure as shown in Figure 10, while samples crystallized in magnetic fields contained a larger amount of microcrystalline material present, as shown in Figures 11 and 12. Flat regular surfaces are shown in Figure 13 and 14 and again the layered growth in FIGS. 15 and 16.
t· ···· • 9 · · • · · · • * * *t · ···· 9 · · ·
4. « » · • » * ·5. «» · • »
9« 9*9 «9 *
- 22 Diferenciální skanovací kalorimetrie (DSC) poskytuje profil tání krystalů sacharózy. Za normálních okolností jsou krystaly sacharózy bezvodé (tj. neobsahují vodu) a tají kolem 180 až 192 °C. Záznam DSC pro bezvodou sacharózu je ukázán na obr. 17. Existují údaje v literatuře (uvedené výše) týkající se tvorby hydratované sacharózy, ale tento produkt se tvořil výlučně při teplotách -30 až 0 °C.Differential Scanning Calorimetry (DSC) provides a melting profile of sucrose crystals. Normally, the sucrose crystals are anhydrous (i.e., water-free) and melt around 180-192 ° C. The DSC record for anhydrous sucrose is shown in Figure 17. There is literature data (above) regarding the formation of hydrated sucrose, but this product was formed exclusively at temperatures of -30 to 0 ° C.
V každém případě krystalizace sacharózy popisované v předkládané přihlášce v prostředí magnetického pole se objevují na křivce DSC dva nebo tři další jevy s druhou teplotou tání kolem 150 °C a v některých případech fází třetího tání okolo 170 °C navíc k normálnímu vrcholu tání sacharózy při 180 až 192 °C. Tyto jevy jsou ukázány na obr. 18 a 19.In any case, the sucrose crystallization described in the present application in a magnetic field environment appears on the DSC curve with two or three additional phenomena with a second melting point of about 150 ° C and in some cases a third melting phase of about 170 ° C. to 192 ° C. These phenomena are shown in Figures 18 and 19.
Dvě možná vysvětlení pro přítomnost dalších vrcholů na DSC by mohla být (1) tvorba hydrátů sacharózy, nebo (2) nová krystalická fáze sacharózy.Two possible explanations for the presence of other peaks on the DSC could be (1) the formation of sucrose hydrates, or (2) the new crystalline phase of sucrose.
Hmotnostní procento obsahu vlhkosti krystalů sacharózy bylo měřeno titracemi podle Karl Fischera. Dodávaná krystalická sacharóza měla obsah vlhkosti kolem 0,02 % hmotnostních, zatímco kontrolní vzorky (tj. bez přítomnosti magnetického pole) měly obsah vlhkosti kolem 0,06 % hmotnostních. Nejvýznamnější změna v obsahu vlhkosti nastala pro krystal sacharózy rostoucí v permanentním magnetickém poli (síla pole přibližně 380 Gaussů), kdy nastal patnáctinásobný přírůstek obsahu vody krystalu sacharózy, takže celkový obsah vody byl přibližně 1 % hmotnostní.The weight percent moisture content of sucrose crystals was measured by Karl Fischer titrations. The supplied crystalline sucrose had a moisture content of about 0.02% by weight, while the control samples (ie, without the presence of a magnetic field) had a moisture content of about 0.06% by weight. The most significant change in moisture content occurred for a sucrose crystal growing in a permanent magnetic field (field strength of approximately 380 Gauss), with a 15-fold increase in the water content of the sucrose crystal, so that the total water content was approximately 1% by weight.
Existují tři možná vysvětlení pro další zvýšení množství vody: (1) povrchová voda, která je slabě navázána na povrch krystalu sacharózy, (2) „oblasti“ zachycené vody (vodní inkluze) uvnitř krystalu, které by opět byly slabě navázány na krystal sacharózy, nebo (3) molekuly vody zahrnuté do krystalové mřížky sacharózy, které jsou velmi pevně drženy v molekulární struktuře sacharózy.There are three possible explanations for further increasing the amount of water: (1) surface water that is weakly bound to the surface of the sucrose crystal, (2) the "areas" of captured water (water inclusion) within the crystal that would again be weakly bound to the sucrose crystal or (3) water molecules included in the sucrose crystal lattice that are very tightly held in the molecular structure of sucrose.
······
• 4 ř- 4 « · «* 4 tě 4 • 4• 4-- 4 · · * tě tě 4 • 4
- 23 Pro odstranění možností podle odstavců (1) a (2) byly rozdrcené krystaly sacharózy vyrobené podle vynálezu sušeny nad oxidem fosforečným 40 hodin, aby byla odstraněna jakákoli slabě navázaná voda. Výsledný záznam DSC sušeného krystalu sacharózy ukázal vrcholy tání při teplotách 150 °C a 180 °C, což dokazuje, že odstranění slabě navázané vody nezměnilo profil tání krystalu sacharózy.To eliminate the possibilities of paragraphs (1) and (2), the crushed sucrose crystals produced according to the invention were dried over phosphorus pentoxide for 40 hours to remove any weakly bound water. The resulting DSC record of the dried sucrose crystal showed melting peaks at 150 ° C and 180 ° C, demonstrating that removal of weakly bound water did not alter the melting profile of the sucrose crystal.
Pro identifikaci povahy této vody byla u vzorku provedena protonová NMR v pevné fázi. Bezprostřední údaje po rozdrcení vzorku ukázaly široký vrchol, který ukazuje na slabě navázanou vodu z inkluzní vody, například sacharózového sirupu v okolí přibližně 5,5 ppm. Vzorek rozdrcený několik dnů předem by podle očekávání neobsahoval vodní inkluze, ale ukázal ostřejší vrchol při přibližněA solid phase proton NMR was performed on the sample to identify the nature of this water. Immediate data after crushing the sample showed a broad peak indicating weakly bound water from inclusion water, such as sucrose syrup, around 5.5 ppm. The sample crushed several days in advance would not be expected to contain water inclusions, but showed a sharper peak at approximately
5,5 ppm. To ukazuje na vodu navázanou uvnitř krystalu sacharózy.5.5 ppm. This indicates water bound within the sucrose crystal.
Výsledky výzkumů obsahu vlhkosti proto potvrzují domněnku o získání nového hydrátu sacharózy při 50 °C.The results of the moisture content studies therefore confirm the assumption of obtaining a new sucrose hydrate at 50 ° C.
Rentgenová prášková difrakce (XRD) krystalů sacharózy vyrobených podle vynálezu ukázala komplexní difrakční obraz při porovnání s údaji rentgenové práškové difrakce z literatury pro hemipentahydrát sacharózy a hemiheptahydrát sacharózy. Difrakční obrazy ukázaly při porovnání se standardní sacharózou mnohem širší vrcholy, které ležely mimo střed, s mezirovinnými vzdálenostmi d mnohem většími a menšími než jsou hodnoty pro standardní sacharózu, a měly větší intenzitu. Difrakční obrazy vzorků byly v souladu s přítomností směsi dvou hydrátů a bezvodé sacharózy. Proto je pravděpodobnější, že aplikací magnetických polí na krystalizující vzorky byly vyrobeny hydráty sacharózy.The X-ray powder diffraction (XRD) of the sucrose crystals produced according to the invention showed a complex diffraction pattern compared to the X-ray powder diffraction data from the literature for sucrose hemipentahydrate and sucrose hemiheptahydrate. Diffraction images showed much wider off-center peaks compared to standard sucrose, with inter-plane distances d much greater and less than those for standard sucrose, and greater intensity. The diffraction patterns of the samples were consistent with the presence of a mixture of two hydrates and anhydrous sucrose. Therefore, it is more likely that sucrose hydrates have been produced by applying magnetic fields to the crystallizing samples.
• · · · • · ·· · · « · ·«·· • · ··· ···· • ···«· ····· ··· · · · ···· ····· ·· · ·· ··· · · · · • · · · · · · · · · · · · ·· · ·· ··
- 24 2. Dynamické výzkumy krystalizace sacharózy s použitím magnetických polí2. Dynamic investigations of sucrose crystallization using magnetic fields
Byl prováděn výzkum umožňující až osminásobný průtok roztoku sacharózy magnetickým polem. Po každém průchodu byl odebrán alikvot roztoku a ponechán normálně krystalizovat za podmínek řízené teploty při 50 °C. Obecné vizuální rozdíly ve vytvořených krystalech sacharózy byly podobné jako rozdíly pozorované za statických podmínek.Research has been conducted to allow up to eight times the flow of sucrose solution through the magnetic field. After each pass, an aliquot of the solution was removed and allowed to crystallize normally under controlled temperature conditions at 50 ° C. The general visual differences in the formed sucrose crystals were similar to those observed under static conditions.
Obecně podporují stejnosměrná elektromagnetická pole euhedrální růst (tj. pravoúhlejší forma) a zdá se, že zpomalují růst krystalů při zvýšení počtu center růstu (tj. nukleace) se zvyšující se intenzitou pole. Permanentní magnetická pole patrně snižují počet center růstu se zvyšující se intenzitou pole a získané krystaly jsou krystaličtější ve srovnání s kontrolní situací „bez přítomnosti pole“.In general, DC electromagnetic fields promote euhedral growth (i.e., a more rectangular form) and appear to slow crystal growth as the number of growth centers (i.e. nucleation) increases with increasing field strength. Permanent magnetic fields appear to reduce the number of growth centers with increasing field strength, and the crystals obtained are more crystalline than the "no field" control situation.
Měření diferenciální skanovací kalorimetrií ukazují stejný profil tavení jako u statických vzorků sacharózy potvrzující tvorbu hydrátů sacharózy.Differential scanning calorimetry measurements show the same melting profile as for static sucrose samples confirming the formation of sucrose hydrates.
3. Předběžné studie statické krystalizace laktózy3. Preliminary studies of static crystallization of lactose
Krystalizace laktózy byla zkoumána za statických podmínek v přítomnosti a nepřítomnosti magnetických polí. První pozorování ukazují, že působením magnetických polí dochází ke změně krystalových forem. Krystaly vytvořené pod vlivem magnetického pole mají bílý vzhled a povrchovou texturu ve srovnání s čirými, lesklými bílými povrchy pozorovanými u kontrolních krystalů získaných bez přítomnosti pole.Lactose crystallization was investigated under static conditions in the presence and absence of magnetic fields. The first observations show that the magnetic fields change crystal forms. Crystals formed under the influence of a magnetic field have a white appearance and surface texture as compared to the clear, shiny white surfaces observed in control crystals obtained in the absence of the field.
• · · · ·· · ·· · ···· • · ··· ···· • ····· ····· ··· ··· · · · · ····· · · · · · ··· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ···
- 25 4. Další studie krystalizace laktózy- 25 4. Further studies on lactose crystallization
4.0 Experimentální část4.0 Experimental part
Byl připraven 20% nenasycený roztok monohydrátu oc-laktózy (340,00 g, 0,944 mol), který byl uchováván v inkubátoru při 50 °C. Pro přípravu byla použita deionizovaná voda a láhev s rozpouštědlem byla zakryta pro zabránění kontaminaci cizími materiály. Tento zásobní roztok byl pečlivě udržován mimo jakákoli magnetická pole.A 20% unsaturated solution of α-lactose monohydrate (340.00 g, 0.944 mol) was prepared and stored in an incubator at 50 ° C. Deionized water was used for the preparation and the solvent bottle was covered to prevent contamination with foreign materials. This stock solution was carefully kept away from any magnetic fields.
ml nenasyceného roztoku laktózy bylo podle obecného postupu odpařováno v Petriho miskách bez víček při 50 °C io v inkubátoru. U dna inkubátoru byl umístěn podnos se silikagelem pro absorpci jakékoli nadbytečné vlhkosti, aby se zajistilo, že krystalizace není ovlivněna vlhkostí přítomnou v prostředí inkubátoru.ml of unsaturated lactose solution was evaporated according to the general procedure in capless petri dishes at 50 ° C in an incubator. A tray of silica gel was placed at the bottom of the incubator to absorb any excess moisture to ensure that crystallization was not affected by the moisture present in the incubator environment.
Petriho misky s obsahem roztoku laktózy byly vystaveny působení různých magnetických polí o různých intenzitách, které se podrobněji popisují dále.Petri dishes containing lactose solution were exposed to different magnetic fields of different intensities, which are described in more detail below.
4.1 Studie v řízeném prostředí4.1 Studies in controlled environments
Přesně byl připraven zásobní roztok monohydrátu a-laktózy, který byl uchováván v inkubátoru při 50 °C. Na roztoku byla prováděna řada devíti experimentů, přičemž každý experiment byl třikrát opakován.A stock solution of α-lactose monohydrate was accurately prepared and stored in an incubator at 50 ° C. A series of nine experiments were performed on the solution, each experiment being repeated three times.
4.1.1 Kontroly4.1.1 Checks
Pomocí pipety byl přenesen roztok laktózy (10 ml) do Petriho 25 misky o průměru 5 cm, přičemž před vložením do inkubátoru byla miska uzavřena víčkem. Roztok byl v inkubátoru udržován při 50 °C až do následujícího dne, kdy byla krystalizace ukončena.Using a pipette, the lactose solution (10 ml) was transferred to a 5 cm diameter Petri 25 dish, with the lid closed before placing in the incubator. The solution was kept in the incubator at 50 ° C until the next day when crystallization was complete.
• · · · • ·• · · · ·
4.1.2 Neislabší permanentní pole paralelně po stranách4.1.2 The weakest permanent field parallel to the sides
Permanentní magnetická pole byla vložena paralelně na dřevěném podstavci. Petriho miska o průměru 5 cm obsahující 10 ml roztoku laktózy byla umístěna ve středu mezi magnety na další prázdné Petriho misce (použité jako podstavec pro zvýšení). Intenzity pole byly měřeny na okrajích misky, kde dosáhly přibližně 300 G a ve středu misky, kde bylo naměřeno přibližně 265 G. Roztok byl ponechán přes noc krystalizovat.Permanent magnetic fields were placed in parallel on a wooden pedestal. A 5 cm diameter petri dish containing 10 ml of lactose solution was placed centrally between the magnets on another empty Petri dish (used as a pedestal for elevation). Field intensities were measured at the edges of the dish where they reached approximately 300 G and in the center of the dish where approximately 265 G was measured. The solution was allowed to crystallize overnight.
4.1.3 Permanentní pole střední intenzity paralelně po stranách4.1.3. Permanent medium intensity field parallel to the sides
Permanentní magnetická pole byla vložena paralelně na dřevěném podstavci. Petriho miska o průměru 5 cm obsahující 10 ml roztoku laktózy byla umístěna ve středu mezi magnety na další prázdné Petriho misce (použité jako podstavec pro zvýšení). Intenzity pole byly měřeny na okrajích misky, kde dosáhly přibližně 640 G a ve středu misky, kde bylo naměřeno přibližně 540 G. Roztok byl ponechán přes noc krystalizovat.Permanent magnetic fields were placed in parallel on a wooden pedestal. A 5 cm diameter petri dish containing 10 ml of lactose solution was placed centrally between the magnets on another empty Petri dish (used as a pedestal for elevation). The field intensities were measured at the edges of the dish to reach approximately 640 G and at the center of the dish where approximately 540 G was measured. The solution was allowed to crystallize overnight.
4.1.4 Neisilnější permanentní pole paralelně po stranách4.1.4 Non-stronger permanent field parallel to the sides
Kolem magnetů použitých v experimentu 3 byly umístěny další dva magnety, čímž byla zvýšena intenzita polí na přibližně 760 G na okrajích misky a přibližně 630 G ve středu. Ve středu mezi magnety byla na prázdnou Petriho misku jako podstavec umístěna Petriho miska o průměru 5 cm obsahující 10 ml roztoku laktózy. Roztok byl udržován přes noc pro krystalizaci. Uspořádání použité v experimentech 2 až 4 je schematicky ukázáno na obr. 20.Around the magnets used in Experiment 3, two more magnets were placed, increasing the field strength to about 760 G at the edges of the dish and about 630 G at the center. A 5 cm diameter petri dish containing 10 ml of lactose solution was placed on an empty Petri dish in the center between the magnets. The solution was kept overnight for crystallization. The arrangement used in experiments 2-4 is schematically shown in Figure 20.
··· ··· ···· ····· ·· · · · ····· ··· ···· ····· ·· ·
- 27 4.1.5 Permanentní pole nad a pod miskou paralelně- 27 4.1.5 Permanent field above and below the bowl in parallel
Dřevěný blok s uspořádáním nejsilnějšího permanentního pole byl otočen na stranu a Petriho miska s roztokem laktózy (10 ml) byla umístěna do středu mezi paralelní magnety na zvýšeném odstavci.The wooden block with the strongest permanent field arrangement was turned to the side and a petri dish with a lactose solution (10 ml) was placed centrally between the parallel magnets on the raised paragraph.
Naměřené intenzity pole byly u vzorku přibližně 630 G. Roztok byl potom ponechán přes noc krystalizovat. Použité uspořádání je schematicky ukázáno na obr. 21.The field strengths measured for the sample were approximately 630 G. The solution was then allowed to crystallize overnight. The arrangement used is shown schematically in FIG. 21.
4.1.6 Pulzní pole io Pulzní magnet protékaný vodou byl umístěn na stranu a na jeho horní část byla vyváženě položena Petriho miska obsahující roztok laktózy. Roztok byl potom ponechán přes noc krystalizovat. Uspořádání je schematicky ukázáno na obr. 22.4.1.6 Pulse field io The pulse magnet flowing through the water was placed to the side and a petri dish containing a lactose solution was placed on its top in a balanced manner. The solution was then allowed to crystallize overnight. The arrangement is shown schematically in FIG. 22.
4.1.7 Nejsilnější stejnosměrné elektromagnetické pole4.1.7 The strongest DC electromagnetic field
Do inkubátoru byl vložen stejnosměrný elektromagnet, přičemž propojovací vodiče a hadičky vycházely postranním otvorem v inkubátoru. Systém oběhu vody byl nastaven tak, aby se stejnosměrný magnet nepřehříval. Intenzita pole elektromagnetu bylaA DC solenoid was inserted into the incubator, with connecting wires and tubing extending through the side opening in the incubator. The water circulation system has been set so that the DC magnet does not overheat. The field strength of the electromagnet was
600 až 220 Gaussů a Petriho miska obsahující roztok laktózy (10 ml) byla umístěna na zvýšený podstavec mezi dva póly magnetu. Roztok byl ponechán přes noc krystalizovat.600-220 Gauss and a petri dish containing a lactose solution (10 ml) was placed on an elevated pedestal between the two poles of the magnet. The solution was allowed to crystallize overnight.
4.1.8 Nejslabší stejnosměrné elektromagnetické pole4.1.8 Weakest DC electromagnetic field
Naměřená intenzita pole elektromagnetu byla 50 až 100 Gaussů a Petriho miska s obsahem roztoku laktózy (10 ml) byla umístěna na zvýšeném podstavci mezi dvěma póly magnetu. Roztok byl ponechán přes noc krystalizovat.The measured field strength of the electromagnet was 50-100 Gauss and a petri dish containing a lactose solution (10 ml) was placed on an elevated pedestal between the two poles of the magnet. The solution was allowed to crystallize overnight.
• · · · • · · ·• · · · · · · · · · · ·
- 28 4.1.9 Stejnosměrné elektromagnetické pole střední intenzity- 28 4.1.9 Medium intensity DC electromagnetic field
Naměřená intenzita pole elektromagnetu byla 160 až 420 Gaussů a Petriho miska obsahující roztok laktózy (10 ml) byla umístěna na zvýšený podstavec mezi dvěma póly magnetu. Roztok byl ponechán přes noc krystalizovat. Uspořádání použité v experimentech 7 až 9 je schematicky ukázáno na obr. 23.The measured field strength of the electromagnet was 160 to 420 Gauss, and a petri dish containing a lactose solution (10 ml) was placed on an elevated pedestal between the two poles of the magnet. The solution was allowed to crystallize overnight. The arrangement used in experiments 7 to 9 is schematically shown in Fig. 23.
4.2 Výsledky a diskuse4.2 Results and discussion
4.2.0 Úvod4.2.0 Introduction
Účelem studií byl výzkum účinků použitých polí na krystalizaci laktózy za statických podmínek v prostředí regulované teploty a vlhkosti. Dvacetiprocentní nenasycený roztok byl použit proto, aby ke krystalizaci nedocházelo příliš rychle a aby byl umožněn optimální účinek aplikovaných polí na roztok laktózy.The purpose of the studies was to investigate the effects of applied fields on the crystallization of lactose under static conditions in a controlled temperature and humidity environment. A 20% unsaturated solution was used to prevent crystallization from occurring too quickly and to allow an optimal effect of the applied fields on the lactose solution.
Pro zjištění morfologie, velikosti a vlastností roztoků laktózy krystalizovaných pod vlivem pole bylo použito následujících pěti metod:The following five methods were used to determine the morphology, size and properties of field-crystallized lactose solutions:
1. vizuální pozorování1. visual observation
2. diferenciální skanovací kalorimetrie2. differential scanning calorimetry
3. prášková rentgenová difrakce3. X-ray powder diffraction
4. skanovací elektronová mikroskopie4. scanning electron microscopy
5. titrace podle Karl Fischera5. Karl Fischer titration
Krystaly laktózy byly vyjmuty z Petriho misek a byla provedena vizuální pozorování, přičemž nebyly zaznamenány žádné změny v křehkosti nebo pevnosti, a krystaly byly vloženy pro usušení do Bůchnerovy nálevky na sintrované sklo. Krystaly byly potom uchovávány ve zkumavkách na vzorky při pokojové teplotě před provedením dalších čtyř metod.The lactose crystals were removed from the petri dishes and visual observations were made with no changes in brittleness or strength observed, and the crystals were placed for drying in a Buchner funnel on a sintered glass. The crystals were then stored in sample tubes at room temperature before performing the other four methods.
• · · · • · · · • ··· ···· • · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
- 29 4.2.1 Vizuální pozorování- 29 4.2.1 Visual observation
Vizuální pozorování prováděná pouhým okem jsou shrnuta v následující tabulce.Visual observations made to the naked eye are summarized in the following table.
Tabulka 4.2.1Table 4.2.1
• ·• ·
- 30 První pozorovatelná změna byla změna barvy. Kontroly se zdály být sklovitě šedé, zatímco vzorky krystalizované pod vlivem vloženého pole měly „bělejší“ vzhled. Vzorky vystavené permanentnímu poli paralelně na stranách (experimenty 2(1) až 4(3)) byly z vizuálního hlediska podobné kontrolám kromě mírné změny barvy a zvýšené křehkosti. Experimenty prováděné pomocí permanentního magnetu umístěného nad a pod vzorkem (experimenty 5(1) až 5(3)) a pomocí pulzního magnetu s průtokem vody (experimenty 6(1) až 6(3)) poskytovaly ještě křehčí krystaly s hrubější texturou. Stejnosměrné elektromagnetické pole (experimenty 7(1) až 9(3)) vedly k velmi křehkému a práškovitému krystalu.The first observable change was a change in color. Controls appeared glassy gray, while samples crystallized under the influence of the embedded field had a "whiter" appearance. Samples exposed to the permanent field in parallel on the sides (Experiments 2 (1) to 4 (3)) were visually similar to controls except for slight color change and increased brittleness. Experiments conducted using a permanent magnet placed above and below the sample (experiments 5 (1) to 5 (3)) and a pulse magnet with water flow (experiments 6 (1) to 6 (3)) yielded even more fragile crystals with a coarser texture. The DC electromagnetic field (experiments 7 (1) to 9 (3)) resulted in a very brittle and powdery crystal.
Výsledky ukazují, že krystalinitu monohydrátu α-laktózy se zlepší a dosáhne se dobře vytvořených diskrétních krystalů a méně amorfní sklovité laktózy. Zvýšená míra křehkosti by mohla být připisována uspořádanější struktuře, což následně vede k lepšímu rozštěpování krystalu, navíc k méně amorfním sklovitým hrudkám uvnitř krystalu.The results show that the crystallinity of α-lactose monohydrate is improved and well-formed discrete crystals and less amorphous glassy lactose are achieved. The increased brittleness could be attributed to a more structured structure, which in turn leads to better crystal splitting, in addition to less amorphous glassy lumps within the crystal.
4.2.2 Diferenciální skanovací kalorimetrie (DSCDifferential Scanning Calorimetry (DSC)
DSC poskytuje termální analýzu laktózových krystalů za řízeného zahřívání, čímž se získá profil tavení. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce, kde se udává teplota tání ve stupních Celsia pro každý ze tří vzorků v každém experimentu.DSC provides thermal analysis of lactose crystals under controlled heating to obtain a melting profile. The results are shown in the following table, which gives the melting point in degrees Celsius for each of the three samples in each experiment.
• · · ·• · · ·
Tabulka 4.2.2Table 4.2.2
Výsledky z literatury ukazují, že monohydrát α-laktózy má teplotu tání při -143 °C až -147 °C a -209 °C, kdy souběžně s tavením dochází k rozkladu, a β-laktóza má teplotu tání -236 °C. Většina získaných experimentálních výsledků odpovídá teplotě tání alaktózy, zatímco u menšího počtu vzorků byl získán vrchol tání při vyšší teplotě při -219 °C, což je znakem β-laktózy. Většina experimentů ukázala konkrétně dva vrcholy tání, jeden při 142 °C io a druhý při -152 °C, což ukazuje na α-laktózu. Některé vzorky vystavené permanentnímu poli střední intenzity (experiment 3(3)), pulznímu poli (experimenty 6(1) a 6(3)) a DC poli (experimenty 7(2), 7(3), 8(1), 8(2) a 9(3)) ukázaly vyšší teplotu tání při -219 °C navíc k teplotě tání při -140 °C, což ukazuje na přítomnost β-laktózy v krystalu. Tato pozorování mohou být vysvětlena mutarotačními vlastnostmi laktózy a zvláště skutečností, že monohydrát a-laktózy přechází mutarotací na formu β-laktózy až do dosažení rovnováhy, při ··· · · · · · · · ····· ·· · · · ··The results from the literature show that α-lactose monohydrate has a melting point of -143 ° C to -147 ° C and -209 ° C, which decomposes in parallel with melting, and β-lactose has a melting point of -236 ° C. Most of the experimental results obtained correspond to the melting point of alactose, whereas in a smaller number of samples a melting peak was obtained at a higher temperature at -219 ° C, a feature of β-lactose. In particular, most experiments showed two melting peaks, one at 142 ° C and the other at -152 ° C, indicating α-lactose. Some samples exposed to medium intensity permanent field (experiment 3 (3)), pulse field (experiments 6 (1) and 6 (3)) and DC field (experiments 7 (2), 7 (3), 8 (1), 8 (2) and 9 (3)) showed a higher melting point at -219 ° C in addition to the melting point at -140 ° C, indicating the presence of β-lactose in the crystal. These observations may be explained by the mutarotation properties of lactose and, in particular, by the fact that α-lactose monohydrate is converted by mutarotation to the β-lactose form until equilibrium is reached, at ··
- 32 které je vyšší koncentrace β-laktózy. Vzorek ukazuje, že v některých případech krystalizuje β-laktóza spolu s α-laktózou, protože se naměří vyšší teploty tání -219 °C.- 32 which is a higher concentration of β-lactose. The sample shows that β-lactose crystallizes together with α-lactose in some cases because higher melting points of -219 ° C are measured.
4.2.3 Rentgenová difrakce (XRD)4.2.3. X-ray diffraction (XRD)
Charakteristické mezirovinné vzdálenosti d různých forem krystalů laktózy jsou uvedeny v následující tabulce:The characteristic inter-plane distances d of the different forms of lactose crystals are given in the following table:
Tabulka 4.2.3Table 4.2.3
io 1 A = 0,1 nmλ 1 A = 0.1 nm
Podrobné údaje XRD nejsou uvedeny, ale vytvořené obrazy byly nejpravděpodobněji monohydrát α-laktózy, přičemž charakteristické vrcholy odpovídaly pozorovaným vrcholům. Charakteristické vrcholy z jiných struktur laktózy dobře nekorelovaly s pozorovanými obrazy, a to vylučuje možnost, že struktura nalezených krystalů by mohla být struktura β-formy α-anhydridu nebo směs obou izomerů.Detailed XRD data are not shown, but the images produced were most likely α-lactose monohydrate, with characteristic peaks consistent with the observed peaks. Characteristic peaks from other lactose structures did not correlate well with the observed images, and this excludes the possibility that the structure of the crystals found could be the β-form of the α-anhydride or a mixture of both isomers.
Vzhledem ke standardním krystalickým formám je možno učinit závěr, že všechny vzorky jsou pravděpodobně monohydrát a-laktózy.Considering standard crystalline forms, it can be concluded that all samples are likely to be α-lactose monohydrate.
• · · ·• · · ·
Výsledky však přesně neodpovídají hodnotám uvedeným v literatuře, kde jsou mezirovinné vzdálenosti d poněkud větší nebo menší než by se očekávalo. Například u experimentu 1(1) byla získána vzdálenost d 6,91 Á namísto 7,08 Á a pro experiment 1(2) byla získána hodnota 7,23 Á (opět namísto 7,0 Á). Jako další příklady je možno uvést experiment 3(1), kde byla získána hodnota 5,37 Á namísto 5,41 Á a experiment 4(2), kde byla získána hodnota 5,51 Á namísto 5,41 Á. Je třeba zdůraznit, že tyto rozdíly byly pozorovatelné pouze pro hodnoty v okolí oblasti 7,08 Á a 5,41 Á, zatímco další výsledky se jeví jako dobře korelující s hodnotami uvedenými v literatuře.However, the results do not exactly match those reported in the literature where the inter-plane distances d are somewhat greater or less than expected. For example, in Experiment 1 (1), a distance d of 6.91 Å was obtained instead of 7.08 Å, and for Experiment 1 (2) a value of 7.23 Å was obtained (again instead of 7.0 Å). Further examples are Experiment 3 (1) where 5.37 Å was obtained instead of 5.41 Å and Experiment 4 (2) where 5.51 Å was obtained instead of 5.41 Å. It should be emphasized that these differences were only observed for values around 7.08 Å and 5.41 Å, while other results appear to correlate well with those reported in the literature.
Rozdíly v mezirovinných vzdálenostech d by mohly ukazovat na změnu mezirovinných vzdáleností v důsledku inkorporace vody do krystalu laktózy, ačkoliv v tomto případě by se dalo očekávat, že vzdálenosti d by ve všech případech byly větší namísto kolísání kolem skutečné hodnoty. Není možno vyloučit možnost nepřesnosti vybavení rentgenové práškové difrakce.Differences in the inter-plane distances d could indicate a change in the inter-plane distances due to the incorporation of water into the lactose crystal, although in this case it would be expected that the distances d would in all cases be greater instead of fluctuating around the actual value. The possibility of inaccuracy of the X-ray powder diffraction equipment cannot be excluded.
4.2.4 Skanovací elektronová mikroskopie (SEM)4.2.4 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Roztok laktózy krystalizoval na dvou různých rozhraních, kterými byly:The lactose solution crystallized on two different interfaces, namely:
• rozhraní roztok/sklo, kde byl roztok laktózy ve styku s Petriho miskou • rozhraní roztok/vzduch, kde byl roztok laktózy ve styku se vzduchem a je obecně amorfní.• solution / glass interface where the lactose solution was in contact with the petri dish • solution / air interface where the lactose solution was in contact with the air and is generally amorphous.
Tyto oblasti byly zkoumány stejně jako třetí oblast:These areas were examined in the same way as the third area:
• krystaly roztoku, kde roztok laktózy krystalizoval mezi uvedenými dvěma rozhraními.Solution crystals wherein the lactose solution crystallized between the two interfaces.
Jednotlivé obrázky SEM nejsou ukázány.Individual SEM images are not shown.
• · ··· ··· ··· ····· ·· · ·· · ·• · ··· ··· ··· ····· ·· · ·· · ·
- 34 4.2.4.1 Rozhraní roztok/sklo- 34 4.2.4.1 Solution / glass interface
Ve všech případech, kdy docházelo ke krystalizaci v magnetickém poli, bylo na rozhraní roztok/sklo méně amorfního materiálu, který byl lépe definován a ostrohrannější ve srovnání s kontrolami. Experiment 1 se skládal z vločkovitých vrstev špalíčkovitých krystalů, kde se povrch jevil jako zcela texturovaný. Experiment 2 ukázal delší, plošší a krystaličtější struktury než krystaly pozorované v experimentu 1, rostoucí ve směru siločar pole. Krystaly pozorované v experimentu 4 byly dobře definované s ostrohrannými tvary a obsahovaly snížené množství amorfního materiálu ve svém okolí než kontroly. Experiment 5 poskytoval „špalíčkovité“ krystaly s velkými plochými povrchy a růst se jevil jako téměř vrstevnatý. Definovanější, oddělenější, ploché, ostrohranně tvarované krystaly byly pozorovány v experimentu 7 a navíc bylo ve srovnání s kontrolami pozorováno více vločkovitých vrstev a méně amorfního materiálu. Experimenty 8 a 9 ukázaly podobné výsledky jako v experimentu 7.In all cases where crystallization occurred in the magnetic field, there was less amorphous material at the solution / glass interface that was better defined and more acute compared to controls. Experiment 1 consisted of flocculent layers of block crystals where the surface appeared to be completely textured. Experiment 2 showed longer, flatter and more crystalline structures than the crystals observed in Experiment 1, growing in the direction of field lines. The crystals observed in Experiment 4 were well defined with sharp-edged shapes and contained a reduced amount of amorphous material in their vicinity than controls. Experiment 5 provided "block" crystals with large flat surfaces, and the growth appeared almost layered. More defined, more separate, flat, sharp-shaped crystals were observed in experiment 7, and more flake layers and less amorphous material were observed compared to controls. Experiments 8 and 9 showed similar results as in Experiment 7.
4.2.4.2 Rozhraní roztok/vzduch4.2.4.2. Solution / air interface
Rozhraní roztok/vzduch ukazuje u všech magnetických polí ve srovnání s kontrolou krystaličtější, vláknitý materiál, který je téměř amorfní s krystalickými oblastmi. Experiment 1 ukázal, že amorfní materiál má určitou formu ve tvaru vějířků. U experimentu 2 bylo pozorováno méně amorfního materiálu, jak bylo naznačeno krystaličtějšími oblastmi na povrchu. V experimentu 6 vznikaly dlouhé, vláknité útvary na povrchu a ve srovnání s kontrolou měly vzorky určitou texturu a dobře vytvořené vláknité krystaly. Uspořádané špalíčkovité krystaly na povrchu ukazující podobným směrem na prodloužené ose byly pozorovány v experimentu 7 a povrch nebyl amorfní jako tomu bylo u kontrol. Experiment 8 ukázal krystaly s dlouhými vějířkovitými útvary, které se zdály být vláknité. Neamorfní, • · · · ale jehličkovité nebo vláknité krystaly byly pozorovány v experimentu 9.The solution / air interface shows a more crystalline, fibrous material that is almost amorphous with crystalline regions for all magnetic fields compared to control. Experiment 1 showed that the amorphous material has some form in the shape of a fan. In Experiment 2, less amorphous material was observed, as indicated by more crystalline areas on the surface. In Experiment 6, long, fibrous formations were formed on the surface, and compared to the control, the samples had some texture and well formed fibrous crystals. Aligned block crystals on the surface showing a similar direction on the elongated axis were observed in experiment 7 and the surface was not amorphous as in the controls. Experiment 8 showed crystals with long fan-like formations that appeared fibrous. Non-amorphous but acicular or fibrous crystals were observed in experiment 9.
« 4 « · · · · · ·«4« · · · · · ·
4 4 • · 4 · · · • · · · · · ·4 4 · 4 · · · · · · · · · · · · · · · · ·
- 35 4.2.4.3 Krystaly vytvořené z roztoku- 35 4.2.4.3 Crystals formed from solution
U všech vzorků v magnetickém poli, zvláště u vzorků v DC polích byly v roztoku pozorovány protažené, destičkovité krystaly. V experimentu 1 se ukázaly krystaly s pravidelným, kubickým tvarem s plochými povrchy a ostrými hranami, pokryté amorfním materiálem. Experiment 2 poskytl krystaly méně definované než kontroly se io zakulacenými hranami pokryté amorfním materiálem. Dobře definované a ostrohranné tvary s převažujícími vrstvami byly pozorovány v experimentu 4 a zdálo se také, že obsahují méně amorfního materiálu než u kontrol. Experiment 6 ukázal, že krystaly jsou lépe tvarovány s ploššími a ostrohrannějšími povrchy než krystaly v případě kontrol. Experiment 7 poskytoval krystaly, které byly delší a vrstevnatější s menším množstvím amorfního materiálu než v případě kontrol. Experimenty 8 a 9 ukázaly opět tvorbu vrstev s protaženými a dobře vytvořenými krystaly.Elongated, platelet-like crystals were observed in all samples in the magnetic field, especially those in the DC fields. In experiment 1, crystals with a regular, cubic shape with flat surfaces and sharp edges, covered with amorphous material, were shown. Experiment 2 gave crystals less defined than controls with rounded edges coated with amorphous material. Well defined and angular shapes with predominant layers were observed in experiment 4 and also appeared to contain less amorphous material than controls. Experiment 6 showed that crystals are better shaped with flatter and more acute surfaces than crystals in the case of controls. Experiment 7 produced crystals that were longer and more layered with less amorphous material than the controls. Experiments 8 and 9 again showed layer formation with elongated and well formed crystals.
Obecně byly krystalizací roztoků pod vlivem magnetického pole získány definovanější krystaly s menším množstvím amorfního povlaku. Navíc byla ve vzorcích krystalizovaných pod vlivem magnetických polí pozorována tvorba protažených krystalů ve srovnání s náhodnější formou krystalů viditelnou v kontrolních experimentech.In general, more crystallized crystals with less amorphous coating were obtained by crystallizing the solutions under the influence of magnetic field. In addition, the formation of elongated crystals was observed in samples crystallized under the influence of magnetic fields as compared to the more random form of crystals visible in the control experiments.
4.2.5 Titrace podle Karl Fischera (KF)4.2.5. Karl Fischer titration (KF)
Očekávaný obsah vlhkosti monohydrátu α-laktózy je 4,9997 % hmotnostních. Každý vzorek byl třikrát titrován a byly vypočteny střední obsahy v procentech hmotnostních a standardní odchylky. Údaje pro jednotlivé vzorky nejsou uvedeny.The expected moisture content of α-lactose monohydrate is 4.9997% by weight. Each sample was titrated three times and the mean percentages by weight and standard deviation were calculated. Data for individual samples not shown.
• · ···· · · ·« • · · · · · · • · · · · · ·• · ···· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Experiment 1 (kontrola) ukázal střední hodnoty od 5,34 % hmotnostních do 5,42 % hmotnostních se standardní odchylkou ±0,10% hmotnostních. Pokud by byly střední hodnoty obsahů vody v procentech hmotnostních (s uvážením standardní odchylky) v tomto rozmezí, výsledky měření obsahu vlhkosti nejsou považovány jako významně odlišné. Obecně je pravidlem rozšířit limity na dvě standardní odchylky.Experiment 1 (control) showed mean values from 5.34 wt% to 5.42 wt% with a standard deviation of ± 0.10 wt%. If the mean values of the water contents in percent by weight (taking into account the standard deviation) are within this range, the results of the moisture content measurement are not considered to be significantly different. In general, the rule is to extend the limits to two standard deviations.
Výsledky z titrací ukazují, že u vzorků krystalizovaných ve stejnosměrných polích dochází ke zvyšování obsahu vlhkosti kolemThe titration results show that samples crystallized in DC fields increase the moisture content around
7,5 až 11 % hmotnostních ve srovnání s kontrolami a permanentní pole (nad a pod) ukazují přírůstek obsahu vlhkosti ~7 % hmotnostních. Jiné vzorky neměly významně vyšší obsah vlhkosti.7.5-11% by weight compared to controls, and permanent fields (above and below) show an increase in moisture content of ~ 7% by weight. Other samples did not have a significantly higher moisture content.
Navíc k měření další vody v molekule laktózy potvrzují výsledky práškové rentgenové difrakce, že ve všech případech se získá krystalická forma a-monohydrátu.In addition to measuring additional water in the lactose molecule, X-ray powder diffraction results confirm that in all cases a crystalline form of α-monohydrate is obtained.
4.2.6 ZávěryConclusions
Je zřejmé, že magnetická pole ovlivňují krystalizaci laktózy a souhrn všech výsledků je ukázán v následující tabulce 4.2.6. Prášková rentgenová difrakce a titrace KF ukazují, že krystalová forma se použitím polí nemění a zůstává jako monohydrát oc-laktózy. Krystalinitu laktózových krystalů se zvýšila, tj. byly produkovány dobře tvarované, křehčí a práškovité krystaly v přítomnosti magnetických polí v roztoku laktózy v průběhu krystalizace. Výsledky SEM ukázaly tvorbu vrstev a různou morfologii, přičemž krystaly byly delší a pravidelné namísto nerovnoměrných bloků, jak je vidět u kontrol. Amorfní obsah krystalů se při použití magnetického pole snižoval. Titrace podle Karl Fischera ukazují přítomnost další vody v krystalu laktózy, jestliže se roztok vystaví působení magnetických polí. Voda může být silně vázána v krystalové mřížce nebo slabě vázána jako inkluze vody. Prášková rentgenová difrakce nevyloučila žádnou z těchto možností.Obviously, the magnetic fields affect the crystallization of lactose, and a summary of all results is shown in Table 4.2.6 below. X-ray powder diffraction and KF titration show that the crystal form does not change using fields and remains as α-lactose monohydrate. The crystallinity of the lactose crystals increased, ie well-formed, brittle and powdered crystals were produced in the presence of magnetic fields in the lactose solution during crystallization. SEM results showed layer formation and different morphology, with crystals longer and regular instead of uneven blocks, as seen in the controls. The amorphous crystal content was reduced using a magnetic field. Karl Fischer titrations show the presence of additional water in the lactose crystal when the solution is exposed to magnetic fields. Water may be strongly bound in the crystal lattice or weakly bound as water inclusions. X-ray powder diffraction did not rule out any of these possibilities.
• · · · · · * • ·· ·· ·· · • · · · · · ·• · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
- 37 Tabulka 4.2.6- 37 Table 4.2.6
•« · · · · · · · · • · · · · · * · · « · · * · « · · » · ··«·· ·· · ·· ··«· •« * * * «« «« «•« ««
• * f · · » i*»· • r »·· ·<·· • · » · * · ·*··<• * f · i * r · · · · <* * <<<
··· ··· · · » « • · · ·« ·· * » · · *··· ··· · · «•» »»
9909 •9 0900 «99909 • 9 0900
0«0 «
9 0 0 » 4 09 0 0 »3 0
0 9 0 »0 *00 0 0 »0 * 0
-40 KF = titrace Karl Fischer (% hmotnostních) ct-l m = monohydrát a-laktózy-40 KF = Karl Fischer titration (% by weight) ct-1 m = α-lactose monohydrate
5. Výroba mléčné čokolády5. Production of milk chocolate
Následuje (pod názvem „starý předpis“) recept pro mléčnou čokoládu podle Jacksona v publikaci „Industrial Chocolate Manufacture and Use“, Blackies, 1988, str. 254, tabulka 13.5 spolu s modifikovaným receptem (pod názvem „s hydrátem sacharózy“), který používá hydrátu sacharózy s obsahem 10 % hmotnostních vody.Following (under the name “old prescription”) Jackson's milk chocolate recipe in “Industrial Chocolate Manufacture and Use”, Blackies, 1988, p. 254, Table 13.5, along with a modified recipe (under the name “with sucrose hydrate”) uses sucrose hydrate containing 10% by weight of water.
Čokoláda může být vyrobena běžnými způsoby, například jak se uvádí ve výše uvedené referenční publikaci. Hodnoty pro kalorie/gram jsou vypočteny na následujícím základě: tuk 9 cal/g (55,7 J/g), uhlohydráty a proteiny = 4 cal/g (24,7 J/g) a za předpokladu přítomnosti přibližně 2,5 % hmotnostních vlákniny.Chocolate may be made by conventional methods, for example as disclosed in the above reference publication. Calorie / gram values are calculated on the following basis: fat 9 cal / g (55.7 J / g), carbohydrates and proteins = 4 cal / g (24.7 J / g) and assuming the presence of approximately 2.5% by weight of pulp.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2000936A CZ2000936A3 (en) | 1998-09-12 | 1998-09-12 | Method of controlling crystallization of sugars |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2000936A CZ2000936A3 (en) | 1998-09-12 | 1998-09-12 | Method of controlling crystallization of sugars |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2000936A3 true CZ2000936A3 (en) | 2000-10-11 |
Family
ID=5469948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2000936A CZ2000936A3 (en) | 1998-09-12 | 1998-09-12 | Method of controlling crystallization of sugars |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2000936A3 (en) |
-
1998
- 1998-09-12 CZ CZ2000936A patent/CZ2000936A3/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6579375B2 (en) | Crystallization of sugars | |
US6444044B1 (en) | Crystallization of sugars | |
Eanes | Amorphous calcium phosphate: thermodynamic and kinetic considerations | |
Freeman | The role of polarity in the development of the hydrozoan planula larva | |
KR20230161522A (en) | Production of novel beta-lactoglobulin preparations and related methods, uses, and food products | |
Dhanaraj et al. | Growth and defect characterization of L-arginine phosphate monohydrate | |
Bodenstaff et al. | The prospects of protein nanocrystallography | |
Khan et al. | Heterogeneous nucleation of calcium oxalate crystals in the presence of membrane vesicles | |
Nancollas | The mechanism of biological mineralization | |
Pokroy et al. | Narrowly distributed crystal orientation in biomineral vaterite | |
Grases et al. | Uric acid calculi: types, etiology and mechanisms of formation | |
Schoeppler et al. | Crystallization by amorphous particle attachment: on the evolution of texture | |
Wijayasinghe et al. | Crystallization behavior and crystal properties of lactose as affected by lactic, citric, or phosphoric acid | |
Wang et al. | The crystal structure and chemical state of aluminum-doped hydroxyapatite by experimental and first principles calculation studies | |
CZ2000936A3 (en) | Method of controlling crystallization of sugars | |
Nanev | On the vitality of the classical theory of crystal nucleation; crystal nucleation in pure own melt; atmospheric ice and snow; ice in frozen foods | |
Da et al. | Opposite effects of cations in enhancing and suppressing nucleation in the pathological crystallization of gout | |
Hicklin et al. | Combining microscopy and physical techniques in the study of cocoa butter polymorphs and vegetable fat blends | |
KR100511338B1 (en) | Calcium phosphate colloids, dots, islands, thin films or granules and its preparation | |
MXPA00002380A (en) | Crystallisation of sugars | |
Lee et al. | Transmission electron microscope study of arsenic precipitates in GaAs: Morphology and orientation relationship with the matrix | |
SK8899A3 (en) | Frozen food with antifreeze peptides | |
Izrael et al. | X-ray topographic study of growth defects in triglycine sulphate crystals in relation to their growth conditions | |
Yaoi et al. | Effects of solution stirring on protein crystal growth | |
SK9499A3 (en) | Frozen food with antifreeze peptides |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic |