Dies mag die geeignete wissenschaftliche Disziplin sein oder auch nicht, um diese Frage zu stellen, aber ich werde es versuchen. Gerne lade ich auch Chemiker ein, sich einzubringen.
Es ist wieder an der Zeit, Zuckerahorne im Nordosten der USA anzuzapfen. Was wir im Wesentlichen über Wasserhähne aus den Bäumen ziehen, ist eine Zuckerlösung, die durch Umkehrosmose und Verdampfung Ahornsirup produziert. Aber es gibt eine alte Tradition, die mir etwas Sorgen bereitet. Wenn Eimer aufgehängt werden (eine aussterbende Methode des Sammelns, normalerweise verwenden große Betriebe Schläuche), wird der Saft gesammelt, wenn der Tag wärmer wird. Nachts und besonders in sehr kalten Nächten gefrieren große Teile des Saftes. Ich habe bemerkt, dass viele ältere Saftproduzenten das Eis wegwerfen, manchmal eine beträchtliche Menge, und sagen, dass das, was übrig bleibt, konzentrierteres Zuckerwasser und das Eis reines Wasser ist.
Aber ich bin mir nicht sicher, ob ich das glaube. Zunächst einmal ist der meiste Saft eine 2- bis 6-prozentige Zuckerlösung, was bedeutet, dass Sie bei 2 % ungefähr 43 Gallonen Saft benötigen, um 1 Gallone Sirup herzustellen. Sirup ist definiert als > oder = 66 % Zucker (Saccharose). Und ich habe gesehen, wie Saft durch Umkehrosmose (der dann etwa 10% Zucker enthält) lief und nach einer Nacht unter Null einfrierte.
Mit dieser aufgeblähten Einführung lauten meine Fragen wie folgt: Angenommen, Sie haben 1 Liter reines Wasser, vs. 2% Saft, vs. 10% Saft (Lösung, nehme ich an), bei welchen Temperaturen beginnt jede Lösung zu gefrieren.
Zweitens, wenn eine dieser Lösungen gefriert, gefriert dann zunächst nur reines Wasser? Oder ist das Eis tatsächlich eine Mischung aus Saccharose und reinem Wasser? Und wenn es reines Wasser von Saccharose trennt und eine konzentriertere Lösung bildet, bei welcher Temperatur oder Zeit (wieder unter der Annahme von 1 Liter und einem konstanten atmosphärischen Druck) beginnt die konzentriertere Lösung zu gefrieren?
Schließlich enthalten viele Eimer und der Saft viele Partikel. Dies kann von Insekten über Holzspäne bis hin zu Staub, Schmutz und Korrosion reichen. Obwohl es wie ein separates Thema erscheint, kann dies auch die Gefrierraten beeinflussen und sollte bei dem Versuch, diese Frage zu beantworten, berücksichtigt werden.
Der Punkt ist folgender: Wir wollen die wertvolle Saccharose, die der Baum liefert, nicht wegwerfen, aber wir wollen Wasser effizienter aus der Lösung entfernen, um Sirup zu bilden. Hilft das Wegwerfen von Eis, das sich über Nacht in den Eimern bildet, bei dieser Effizienz, oder werfen wir tatsächlich wertvolle Saccharose weg, die zu Sirup verarbeitet werden könnte?
Hilft das Wegwerfen von Eis, das sich über Nacht in den Eimern bildet, bei dieser Effizienz, oder werfen wir tatsächlich wertvolle Saccharose weg, die zu Sirup verarbeitet werden könnte.
Es gibt eine einfache Testmethode: Nehmen Sie eine Probe des weggeworfenen Eises, schmelzen Sie es, messen Sie das Volumen , verdampfen Sie es, bis nur noch Feststoffe übrig sind, wiegen Sie die Feststoffe und berechnen Sie den Prozentsatz des gelösten Feststoffs. .
Dies gibt Ihnen ein einfacheres (und genaueres) Maß dafür, wie viel Sie genau wegwerfen als theoretische Berechnungen, und es ist Sirup-Zapfsaison, daher sollte es sehr bequem sein, das Experiment durchzuführen.
Ich vermute, dass etwas Zucker am Eis haftet (entweder an der Oberfläche oder in Zwischentaschen eingeschlossen, die sich während des Gefrierens aufgrund von Ausfällungen von gelösten Stoffen bilden), und dieser Zucker wird dabei verloren gehen. Ob es jedoch mit dem zusätzlichen Energieaufwand, der ansonsten erforderlich wäre, um das verworfene Eis zu verdampfen, wirtschaftlich konkurrenzfähig ist, hängt entscheidend vom Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen ab , und der Marktpreis von Ahornsirup.
Wenn Sie nach dem Verdampfen einer Eisprobe eine Nummer erhalten, können Sie diese gerne posten. es wäre leicht zu berechnen, ob es sich um einen kostenpositiven oder kostennegativen Prozess handelt.
Jedes Mol Saccharose in einem Kilogramm Wasser würde den Gefrierpunkt von Wasser gemäß dem Blagdenschen Gesetz (das bei niedrigen Konzentrationen gültiger ist) um 1,85 Grad C senken.
Das Molekulargewicht von Saccharose beträgt 342 Gramm/Mol.
2 % Saccharose sollten also bei etwa -0,1 °C gefrieren und 10 % Saccharose bei -0,5 °C.
Das fraktionierte Einfrieren von Trauben erhöht die Zuckerkonzentration bei der Herstellung von Eisvien (Eiswein). Bei Ahornsirup ist es wahrscheinlich ähnlich. Sicherlich würden Sie etwas Zuckergehalt verlieren, wenn Sie das Eis wegwerfen. Das Eis ist kein reines Wasser, es hat nur eine geringere Zuckerkonzentration als die flüssige Phase.
Ich habe dies mit einem Refraktometer gemessen. In diesem Jahr lag mein Zuckergehalt für Saft bei etwa 3%. Ich habe das Eis isoliert und seinen Zuckergehalt gemessen und er ist definitiv niedriger (ca. 2%), also ist immer noch eine gute Menge Zucker im Eis. Eine interessante Anekdote ist, dass die amerikanischen Ureinwohner ihren Ahornsirup auf diese Weise herstellten, indem sie jeden Morgen das Eis zur Reinigung abschöpften.
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Emilio Pisanty
Tortuga Torben