Кристаллизация начинается с возникновения зародышей, или центров кристаллизации, вокруг которых происходит рост кристаллов. Облегчают образование зародышей чужеродные поверхности (стенки аппарата, труб, взвешенные пылинки, включение газа и др.). Более крупные зародыши дают начало кристаллам. Образование зародышей может происходить самопроизвольной кристаллизацией.
Оба процесса (образование зародышей и рост кристаллов) протекают одновременно. Если скорость образования зародышей больше скорости их роста, то получается большое количество мелких кристаллов. Если же скорость роста больше скорости образования зародышей, то получается меньшее количество крупных кристаллов.
Можно изменять факторы и регулировать размеры кристаллов. Так, быстрое охлаждение, перемешивание раствора, высокая температура, низкая молекулярная масса кристаллов – факторы, способствующие образованию зародышей и получению мелких кристаллов. Получению крупных кристаллов способствуют медленное охлаждение, неподвижность раствора, низкая температура, высокая молекулярная масса.
Для облегчения образования центров кристаллизации в аппарат вводят «затравку» – мелко измельченный порошок кристаллического вещества, являющийся зародышами кристаллов. Кристаллизация при этом происходит в основном за счет роста внесенных в раствор затравочных кристаллов. Для получения крупных кристаллов число затравочных кристаллов должно быть невелико.
Центры кристаллизации могут быть образованы при воздействии на пересыщенные растворы ультразвука. Количество зародышей будет зависеть от частоты, мощности и времени обработки. Особенно благоприятны волны низкой частоты.
Размеры кристаллов имеют значение для последующей их обработки. Крупные кристаллы легче высушиваются, отстаиваются, отфильтровываются, промываются и удерживают меньше влаги при промывке и фильтровании. Мелкие и крупные кристаллы часто содержат маточник вместе с находящимися в нем примесями. Для получения особо чистых веществ их подвергают перекристаллизации с удалением маточного раствора, промывкой и сушкой полученного продукта.
Во избежание слеживания следует получать более крупные кристаллы либо мелкие кристаллы одинакового размера. Мелкие кристаллы разной величины, особенно кристаллическая пыль, способствуют слеживанию продукта.
Движущей силой кристаллизации является разность концентраций веществ. В пищевых производствах преобладают периодические методы кристаллизации.
Процесс кристаллизации можно представить как два последовательно протекающих процесса: диффузия молекул к кристаллу и их осаждение на поверхности.
В пищевой промышленности используют следующие методы кристаллизации: с частичной отгонкой воды, с охлаждением или нагреванием исходного раствора, комбинированные.