Wasseraktivität in konzentrierten Saccharoselösungen und die Auswirkungen auf das Vorhandensein von Wasser in dem den Kristall umgebenden Sirupfilm

Ein thermodynamisches, ausschließlich chemisches Modell der Wasseraktivität im System Saccharose/Wasser wird vorgeschlagen. Das Modell deckt praktisch den gesamten Bereich von Zusammensetzungen – einschließlich sehr hoher Zuckerkonzentrationen – ab. Es nutzt das Konzept der semi-idealen Lösung, laut dem alle Abweichungen vom idealen Verhalten im System auftretenden chemischen Reaktionen zuzurechnen sind, während physikalische Interaktionen vernachlässigt werden. Das Modell erklärt Saccharose-Hydratisierung und -Clusterbildung ebenso wie Wasserbindungen. Bei all diesen Reaktionen wird davon ausgegangen, dass sich das chemische Gleichgewicht einstellt. Zwei verschiedene Mechanismen der Saccharose-Hydratisierung (lineare und Brückenbildung) sind enthalten. Das Konzept unabhängiger Bindungsplätze, ursprünglich vorgeschlagen von Schönert (1986) wird genutzt, um das Vorhandensein von sowohl Saccharose/Wasser- als auch Saccharose/Saccharose-Interaktionen zu beschreiben. Ein Gleichgewichts-Mischungs-Modell von flüssigem Wasser, einschließlich der Bildung einfacher Wasser-Cluster, wurde integriert, um die Wasser/Wasser-Interaktionen zu erklären. Experimentelle Daten (Dampfdruck, Siedepunkterhöhung, Gleichgewichtsfeuchte, Lösungswärme) von ausgewählten Literaturquellen wurden genutzt, um das Modell zu bewerten und seine Parameter zu bestimmen.

Das vorgeschlagene Modell kann als mathematisches Werkzeug zur Lösung verschiedener praktischer Probleme in der Zucker- und Lebensmittelindustrie genutzt werden, wie z.B. dem Verhalten kristallinen Zuckers bei der Konditionierung und Lagerung, Klebrigkeit, Rekristallisation amorphen Zuckers und dessen Stabilität in Lebens- und Arzneimitteln. Es wird gefordert, dass die treibende Kraft für die Migration des Wassers von den Zuckerkristallen eher in Einheiten der Wasseraktivität als im nominalen Gehalt des Wassers in Lösung definiert werden sollte. Die im Sirupfilm um das Zuckerkristall herum stattfindenden Diffusionsprozesse werden kurz umrissen. Die Schlüsselrolle der Saccharose-Hydratisierung und -Clusterbildung bei der Bestimmung der treibenden Kraft des monomeren Wassers im Sirupfilm wird detailliert diskutiert.