Закономірності кристалізації сахарози та лактози залежно від ступеня пересиченості.

Кристалізація — це масообмінний процес утворення твердої фази у ви­гляді кристалів з розчинів, розплавів, газів чи пари.Кристал — це тверде тіло, в якому молекули простих елементів або сполук розміщені в певному порядку і об'єднані між собою завдяки їх молекулярному спорідненню, утворюючи кристалічну решітку.Розчин, концентрація якого менша за рівноважну, називають ненасиченим, а розчин, концентрація якого більша за рівноважну, — пересиченим.Розчинність с0 виражають у відсотках до маси розчину або кількістю частин розчиненої речовини на одну частину розчинника. Наприклад, розчинність цукрози при 20 °С становить 66,92 %, або на одну частину води припадає 2,023 частини цукрози.У харчовій промисловості кристалізація речовин здійснюється здебіль­шого із пересичених розчинів. За допомогою кристалізації одержують цу­кор, глюкозу, лактозу, фруктозу, лимонну кислоту, соду тощо.Концентрація розчину, наприклад цукрового, може бути виражена по-різному, залежно від мети розрахунку:вміст розчиненої речовини — в кілограмах на 1 кг розчинника (кг/кг розчинника);масова концентрація розчиненої речовини — в кілограмах на 1 кг розчину (кг/кг розчину);масова концентрація сухих речовин — у відсотках, що показує, скільки кілограмів сухих речовин міститься в 100 кг розчину;молярна концентрація — у молях на 1 кг розчинника (моль/кг розчинника) і показує, скільки молів розчиненої речовини міститься в 1 кг розчинника;об'ємна концентрація — у кілограмах на 1 м3 розчину (кг/м3 розчину) і показує скільки кілограмів розчиненої речовини міститься в 1 м3 розчину.Насичені та ненасичені розчини при постійних характеристиках системи перебувають у стійкому стані. Пересичені розчини, навпаки, нестійкі, тому легко переходять у стан насичення, при якому спостерігається динамічна рівновага між твердою фазою і розчином внаслідок виділення частинок із твердої фази.У згущеному молоці з цукром лактоза кристалізується,згідно з молекулярно-кінетичною теорією, у двома стадіями:зародження і ріст кристалів.

Зародження центрів кристалізації можна уявити як тепловий рух молекул, що спричиняє утворення молекулярних комплексів. Досягнувши критичних розмірів, молекулярні комплекси стають зародками, які мають здатність виростати до кристалів видимого розміру. Процес виникнення зародків кристалів ґрунтується на дифузії. Головною умовою для зародження центрів кристалізації є пересичення розчину. У неохолодженому згущеному молоці молочний цукор перебуває у стані насиченого розчину. В результаті охолодження продукту знижується критична енергія і швидкість руху розчинених часточок, лактоза переходить із насиченого розчину в перенасичений, а далі — кристалізується.

Із пересичених розчинів лактоза кристалізується: при температурі, нижчій як 93 °С – у α-гідратній формі (з однією молекулою кристалізаційної води), при температурі, вищій як 93 °С, – у безводній β-формі. На практиці лактозу отримують із молочної сироватки. Швидким випаровуванням (висушуванням) молочної сироватки під вакуумом отримують аморфну форму лактози (лактоза, що не утворює кристалів), яка дуже швидко поглинає вологу і переходить у α-гідратну форму лактози. α-лактоза має солодший смак, ніж β-форма, легше окиснюється та має кращу розчинність. Тому у технологічних цілях краще отримувати α-лактозу.