KRISTALLISATIE VAN HONIG EN HET VERHITTEN VAN GEKRISTALLISEERDEN HONIG
(Lezing, gehouden op de Internationale Conferentie der Apis-Club te Aberdeen (14—18 Augustus 1931).
Overdruk uit: „Chemisch Weekblad" Deel 28, No. 49 (1931)
Uitg. D. B. Centen's Uitg. Mij. Amsterdam
door H.W. DE BOER.
Naar de omstandigheden, welke van invloed kunnen zijn op het kristalliseeren van honig, zijn tot dusver weinig onderzoekingen ingesteld. De meeste arbeid in deze richting is waarschijnlijk wel verricht door A. Gubin (A. Gubin, Ueber Honigkristallisation (Aus der Moskauer Bienenzucht-Versuchsstation). Archiv für Bienenkunde 7, 4 Heft, 1926.). De onderzoekingen van Rubin zijn, volgens diens mededeeling, aangevangen in 1925; in het „Archiv für Bienenkunde" van 1926 is een kort overzicht van de door Gubin verkregen resultaten gegeven; de schrijver deelt tevens mede, dat eene uitvoerige beschrijving na het beëindigen der verschillende onderzoekingen zal volgen. Tot dusver is echter Gubin niet op de voorloopig medegedeelde resultaten teruggekomen.
Volgens Gubin is de gewoonlijk spoedig intredende kristallisatie van slingerhonig afhankelijk van het grootere of kleinere aantal „Primakristalle", welke zich in dezen honig bevinden en die het beste met behulp van het polarisatie-microscoop zijn waar te nemen. Deze „Primakristalle" zouden reeds in den honig voorkomen wanneer deze zich nog in de raat bevindt; in jonge raat zouden minder „Primakristalle" voorkomen, dan in oude raat.
Tammann (G. Tammann, Kristallisieren und Schmelzen, Leipzig, 1903.) en zijne leerlingen hebben de kristallisatie van een gesmolten stof in het algemeen bestudeerd. Uit hunne onderzoekingen blijkt, dat dit proces in twee verschillende onderdeelen moet worden gescheiden, n.l.: de vorming van kristallisatiekernen en de kristallisatiesnelheid.
De kristallisatie van oververzadigde oplossingen is bestudeerd door Mare (R. Mare, Z. physik. Chem. 1908, 1909, 1910, 1911, 1912.) en zijne medewerkers; zij vonden, dat de kristallisatiesnelheid in hooge mate afhankelijk is van den graad van oververzadiging en van de aanwezigheid van andere bijgevoegde stoffen.
In de allereerste plaats is door mij nagegaan, of de kristallisatie van honig alleen uitgaat van deze „Primakristalle" van Gubin, dan wel of zich naast deze „Primakristalle" in den gecentrifugeerden honig kristallisatiekernen vormen; tezelfder tijd is nagegaan of de temperatuur, waarbij de honig wordt bewaard, van invloed is op de vorming van deze kristallisatiekernen.
Voor dit doeleinde werd telkens 100 mg. van den te onderzoeken honig geperst tusschen een voorwerpglas en een rond dekglaasje van 22 mm., totdat de honig juist den rand van het dekglaasje had bereikt. Daarna werd een ring van asfaltlak sangebracht, teneinde verdamping te voorkomen. De aldus gemaakte preparaten werden bij verschillende temperaturen bewaard; met behulp van een polarisatie-microscoop werd (bij eene vergrooting van 200 keer) het aantal zichtbaar wordende kristallen geteld. Het resultaat was als volgt:
Gemiddeld aantal kristallen in slingerhonig per microscopisch gezichtsveld.
Tot onzen spijt beschikten wij niet over eene ruimte met eene constante temperatuur van 10° C. Andere honigsoorten gedroegen zich op analoge wijze.
Uit deze onderzoekingen volgt duidelijk, dat het aantal zichtbaar wordende kristallisatiekernen in gecentrifugeerden honig toeneemt en dat deze toename het grootst is bij 5 a 7° C. Bij hooger wordende temperaturen neemt de snelheid van het vormen van kristallisatiekernen af; deze afname is reeds bij 30° C. aanzienlijk.
Verder is door mij nagegaan, hoe de kristallisatiesnelheid van eene bepaalde honigsoort is bij verschillende temperaturen. De kristallisatiesnelheid van honig werd bepaald op twee verschillende manieren:
1e. door het meten van de gemiddelde grootte der kristallen, die ontstaan uit de kristallisatiekernen in honig, bewaard bij verschillende temperaturen;
2e. door het enten van 50 g. honig, daarna bij verschillende temperaturen te revvaren, met 100 mgr. fijn gekristalliseerden honig en het bepalen van het in meerdere of mindere mate doorschijnend zijn van deze aldus behandelde honigmonsters na eenige dagen.
Gemiddelde grootte van de kristallen, afkomstig uit de kristallisatiekernen in honig, na 14 dagen:
Doorschijnendheid van geënten honig, bewaard bij verschillende temperaturen (na 48 uur).
De gemiddelde afmeting der kristalsterren in den honig, bij 15° C. bewaard, bleek het grootst te zijn; de geënte honig, bij 15° C. bewaard, vertoonde na 2 dagen, vergeleken met die, waarvan de bewaring bij hoogere en lagere temperaturen geschiedde, de grootste ondoorzichtigheid.
Uit het constateeren van eene maximale vorming van kristallisatiekernen bij ± 5 a 7° C. en het aanwezig zijn van eene maximum kristallisaliesnelheid bij ± 15° C. kunnen reeds belangrijke verschijnselen, die zich voordoen bij de kristallisatie van honig, worden verklaard. Het is nl. reeds meermalen opgevallen, dat honig, welke bij,.afwisselende temperaturen wordt bewaard, sneller kristalliseert dan dezelfde honig, waarvan de bewaring bij eene meer gelijkmatige temperatuur geschiedt.
Gubin vermeldt, dat door direct zonlicht eene snellere kristallistie optreedt; andere onderzoekers deelen mede, dat honig onder den invloed van direct zonlicht zich op dezelfde wijze gedraagt als honig, welke in het donker wordt bewaard; weer anderen, dat in het zonlicht geplaatste honig langer vloeibaar blijft. Al deze meeningsverschillen zijn te verklaren uit het feit, dat de maximale vorming van kristallisatiekernen en de maximale kristallisatiesnelheid in sterke mate afhankelijk zijn van de temperatuur en bijna 10° C. uit elkaar liggen. Koelt in het warme zonlicht geplaatste honig des nachts niet af, dan zal, aangezien zich weinig kristallisatiekernen vormen, de totale kristallisatie vertraagd schijnen. Worden betrekkelijk koele dagen gevolgd door nog koudere nachten, dan treden èn vele kristallisatiekernen op èn de kristallisatiesnelheid zal groot zijn, zoodat de totale uitkristallisatie zeer versneld schijnt. Wordt de honig in het koude jaargetijde blootgesteld aan het zoo goed als geen warmte gevend schrale zonlicht, dan zal de honig zich op dezelfde wijze gedragen als honig, welke in het donker bij ongeveer dezelfde gemiddelde temperatuur wordt bewaard.
Het is een bekend feit, dat sommige honigsoorten gemakkelijk kristalliseeren, andere echter zeer langzaam of in het geheel niet.
Door het stuifmeelonderzoek kan men met vrij groote zekerheid uitmaken van welke honiggevende planten de honigsoorten, welke zich in dit opzicht zoo verschillend gedragen, afkomstig zijn; koolzaadhonig kristalliseert zeer snel; klaverhonig kristalliseert matig; heidehonig kristalliseert.langzaam (althans zuivere heidehonig, welke niet veel stuifmeel van andere in den nazomer Moeiende planten bevat).
In het navolgende staatje zijn de analyses van eenige honigsoorten vermeld, welke zijn gerangschikt naar haar uitkristalliseeringsvermogen.
Honig is te beschouwen als eene oververzadigde glucose-oplossing, waarin stoffen (niet-suikers, n.l. dextrinen en eiwitstoffen) voorkomen, welke de kristallisatie min of meer tegengaan. We zouden in dit verband deze stoffen als remmende stoffen kunnen beschouwen. Het kristallisatievermogen van een honig is nu zoowel afhankelijk van het glucosegehalte als van het gehalte aan niet-suikers, in zooverre, dat het hoogere glucosegehalte het uitkristalliseeren bevordert en het hoogere niet-suikergehalte het uitkristalliseeren tegengaat. We kunnen dit als volgt uitdrukken: het kristallisatievermogen KV = g/r waarin g = het glucosegehalte en r = het gehalte aan niet-suikers (remmende stoffen).
Analyse van eenige honigsoorten.
(1)pollen:Vaccinum Oxycoccus.
(2)pollenCynoglossum officinale (voor het grooste deel)
Volgens bovenstaand overzicht blijkt, dat honingen, welke een KV hebben van -2. zeer snel uitkristalliseeren, terwijl honingen met een KV van ± 5 en lager, -.iet of zeer langzaam kristalliseeren.
Ook speelt de grootere of kleinere viscositeit van den honig bij het uit-kristalliseeren waarschijnlijk een rol. Indien in den honig een „Primakristal" of een kristallisatiekern uitgroeit tot een groep van kristallen, dan worden deze kristallen omringd door een laagje vloeistof, waarin het glucosegehalte is gedaald en het gehalte aan remmende stoffen is verhoogd.
Al is het niet geheel zeker, dat door de diffusie in den honig, bij dik vloeibaar honingen de aanvulling van het glucosegehalte uit den honig in de omgeving langzamer zal geschieden, dan bij honingen met eene kleinere viscositeit, de diffusie van de remmende stoffen (eiwitstoffen in colloidale oplossing en dextrinen) zal waarschijnlijk in een honig als heidehonig, welke zich soms meer als een „gel" dan als een „sol" voordoet, zeer gering zijn; vooral in honingen met een hooge viscositeit zullen de gevormde glucose-kristallen spoedig omgeven zijn door een laagje moederloog met een hoog gehalte aan remmende stoffen; het kristallisatievermogen KV = g/r zal in dit laagje vloeistof zoo klein kunnen worden, dat verdere kristallisatie onmogelijk is.
Hierdoor kunnen wederom in de praktijk geconstateerde onregelmatigheden in de kristallisatie worden verklaard. Sommige honigsoorten n.l. zetten de kristallisatie wel in, doch deze kristallisatie zet zich om schijnbaar onverklaarbare redenen niet verder voort. Indien deze honig wordt doorgeroerd, blijkt volledige uit-kristallisatie dikwijls wel te willen volgen.
Indien we echter aannemen, dat de gevormde kristallen omgeven waren door een honiglaagje, waarin door het ophoopen van remmende stoffen verdere kristallisatie niet mogelijk was en dat door het het roeren van den honig:
1e. deze, de kristallen omgevende, honiglaagjes zijn verbroken;
2e. de gelijkmatigheid in de samenstelling van de geheele hoeveelheid honig is hersteld en
3e. door het roeren en breken der kristallen een grooter aantal kristallisatiekernen gelijkmatig over den honig is verdeeld, waardoor eene gelijkmatige uitkristallisatie op kan treden, wordt het bedoelde verschijnsel wel beter verklaarbaar.
We zullen thans bespreken, wat er geschiedt, indien gekristalliseerde honig wordt verhit.
Op de Internationale Conferentie der Apis-Club te Londen (1930) deelde ik U reeds mede, hoe de afbraak der diastatische fermenten plaats heeft bij honig (H.W. de Boer. Het gedrag der diastatische fermenten in honig bij verhitting. Zhem. Weekblad 27, 646 (1930).). Dit dooden der diastatische fermenten staat waarschijnlijk niet in verband met het vraagstuk, dat ik thans voor U bespreek, n.l. het kristalliseeren van honig; we zullen dus thans op deze diastatische fermenten niet terugkomen.
In de eerste plaats zal het mogelijk kunnen zijn, dat bij verhitting van honig de grof chemische samenstelling eene wijziging ondergaat, welke van invloed zou kunnen zijn op de kristallisatie. Van eenige honigmonsters werden daarom voor en na verhitting gedurende 6 uur bij 70° C. het saccharose-, glucose- en het fructose-gehalte bepaald, met de volgende resultaten:
Hieruit volgt, dat de mogelijkheid van eene vermindering van het saccharose-gehalte en eene verandering in de verhouding tusschen glucose en fructose door verhitting wel moeten worden aangenomen; of de hoeveelheid en de eigenschappen der remmende stoffen door de verhitting zijn veranderd, is door mij nog niet nagegaan.
In de tweede plaats moeten wij onder oogen zien, dat het niet onmogelijk is, dat in honig meer dan één modificatie van glucose, bijv. zoowel a- als b-glucose aanwezig zou kunnen zijn. B-glucose gaat in waterige oplossing langzaam in a-glucose over en wel bij hoogere temperaturen sneller dan bij lagere temperaturen. Indien in verhitten honig meer a-glucose voorkomt, dan in onverhitten honig, dan zal eene enting met kristallen van a-glucose eene snellere uitkristallisatie in dien honig teweeg brengen.
Bij het verhitten van honig worden de gevormde kristallen weer opgelost; omtrent de minimum temperaturen, waarbij dit geschiedt, kan het volgende worden medegedeeld:
Volgens Fiehe (J. Fiehe, Beitrag zur Kenntnis deutscher Honige. Z. Unters Lebensm. 52, 244 1923.) verdwijnen de kristallen in den honig bij verwarming gedurende 100 uur bij 37° C.
Volgens Gubin is de laagste temperatuur, waarbij volledige oplossing van de kristallen plaats grijpt, + 35° C, doch eischen verschillende honigsoorten hoogere temperaturen, terwijl in de praktijk de temperatuur niet lager dan 45° C. moet bedragen.
Door mij is in verband hiermede nagegaan, bij welke temperaturen en na welken tijd verschillende honigsoorten schijnbaar geheel vloeibaar worden, d.w.z. met het bloote oog bekeken, geheel helder schijnen en geen kristallen meer vertoonen.
Verschillende honigsoorten gedragen zich dus inderdaad verschillend bij deze betrekkelijk lage temperaturen. Het blijkt, dat een honigsoort, zooals heidehonig, welke betrekkelijk langzaam kristalliseert, het snelst weer oplost; bij koolzaadhonig, welke zeer gemakkelijk kristalliseert, duurt de oplossing der kristallen het langst.
Het is echter bovendien noodig, het gedrag der kristallen in honig bij verhitting bij hoogere temperaturen na te gaan, aangezien voor deze verhitting in de praktijk hoogere temperaturen gebruikt worden en zooals we aanstonds zullen zien, inderdaad ook noodig zijn, om een spoedige herkristallisatie te voorkomen.
Wanneer honig in een gesloten vat (dus zonder uitdamping) verhit wordt, zal indien alle kristallen oplossen, welke na afkoeling weer zouden kunnen dienen als kristallisatiekern en geen nieuwe kristallisatiekernen ontstaan, de honig daarna gedurende onbepaalden tijd vloeibaar blijven.
Indien echter het oplossen der kristallen onvolledig plaats heeft gehad, zal de honig weer kristalliseeren en wel des te sneller, naarmate meer nog onopgelost kristallen aanwezig waren; deze onopgeloste kristallen, die weer dienen als kristallisatiekernen, behoeven met het bloote oog niet zichtbaar te zijn; de honig kan dus na verhitting geheel helder schijnen, terwijl toch nog talrijke kristallisatiekernen aanwezig zijn.
Door mij is daarom nagegaan, hoe honig zich na verhitting bij verschillende temperaturen, wat betreft de her-kristallisatie, gedraagt.
In de bovenstaande teekeningen is het resultaat dezer proeven schematisch aangegeven; het gearceerde gedeelte wijst aan, in hoeverre de kristallen, welke weer ontstonden, op den bodem van het glas (reageerbuis) zakten, daar aangroeiden t r eene aaneengesloten massa vormden; losse, nog zwevende kristallen in de vloeistof en enkele niet aaneengegroeide kristallen op den bodem, zijn door eene stippeling aangegeven.
We zien hieruit duidelijk, dat eene verhitting van 45° C. zelfs gedurende 24 uur niet voldoende is, om her-kristallisatie te voorkomen; reeds na één maand zijn wederom enkele kristallen zichtbaar, die na 3 maanden zijn bezonken op den bodem en daar blijkbaar langzaam aangroeien.
Eene verhitting van 20 uur bij 50° C. houdt dezen honig gedurende 1 maand geheel vloeibaar; na 2 maanden zijn echter zelfs in den gedurende 24 uur verhitten honig weer zwevende kristallen ontstaan, die na 3 maanden op den bodem van het glas zijn gezakt. Verhitting bij 55° C. schijnt aanvankelijk meer afdoende. aangezien na 1 maand in het glas, waarin de honig 8 uur lang verhit is geweest. nog geen nieuwe kristalvorming heeft plaats gehad; na 2 maanden zijn echter kristallen te voorschijn gekomen tot in den honig, die 14 uur bij 55° C. is verhit, terwijl na 3 maanden alleen die honig nog geheel helder is, welke 24 uur is verhit geweest.
Bij 60° C. krijgen we de eerste practisch afdoende resultaten van de verhitting te zien; na 1 maand zijn alle 12 glaasjes nog geheel helder; na 2 maanden blijkt verhitting gedurende 4 uur afdoende, terwijl ook na 3 maanden in dezen honig, gedurende 4 uur verhit, nog geene kristallen zichtbaar zijn.
Bij 65° C. blijkt eene verhitting van 2 uur voldoende te zijn; ook na 3 maanden is nog geen spoor van her-kristallisatie zichtbaar (deze proef en de volgende proeven zijn niet op de teekening aangegeven).
Bij 70° C. blijkt eene verhitting van 1 uur niet geheel voldoende, die van 2 uur wel; bij 75° C. is eene verhitting van 1 uur voldoende; bij 80° C. is eene verhitting van 1/2 uur niet geheel voldoende om den honig 3 maanden vloeibaar te houden. Bij 85° C. is 10 minuten voldoende; bij 90° C. is zelfs eene verhitting van niet langer dan 5 minuten in staat, om alle kristallen zoo grondig op te lossen, dat binnen 3 maanden geen her-kristallisatie plaats heeft.
Wij waren in staat, na het beëindigen dezer proeven den, op bovengenoemde wijze verhitten, honig een maand later nog eens gade te slaan. In allen honig, welke na 3 maanden nog vloeibaar was, waren evenmin na 4 maanden kristallen zichtbaar geworden.
Hadden bovenvermelde proeven ten doel, om na te gaan, hoe lang honig practisch moet worden verhit bij verschillende temperaturen, om te bereiken, dat geen her-kristallisatie plaats heeft binnen 3 à 4 maanden, bij de beschouwing der resultaten van deze proeven komt de vraag bij ons op, of in den aldus verhitten honig alleen de kristallisatiekernen in grootere of kleinere mate zijn vernietigd, dan wel of bovendien de kristallisatiesnelheid is veranderd.
Teneinde dit laatste te kunnen nagaan, werden wederom voldoende hoeveelheden van een bepaalde honigsoort gedurende 2 tot en met 24 uur verhit bij 45, 50, enz. tot en met 80° C. (bij de hoogere temperaturen tot en met 12 of tot en met 6 uur).
Na verhitting werden de aldus behandelde monsters gegoten in, aan de eene zijde rechthoekig omgebogen, glazen buizen van ± 25 c.M. lengte en ± 8 m.M. wijdte.
Daarna werden alle buizen aan het eene einde geënt met eene kleine hoeveelheid gekristalliseerden honig; na.2 maanden werd nagegaan, over welke lengte de honig was.uitgekristalliseerd, hetgeen door bevestiging der buizen op een ondergrond, welke niet millimeterpapier was bedekt, gemakkelijk in millimeters was af te lezen. De bereikte resultaten zijn hier beneden in 2 groepen weergegeven.
De eerste groep betreft den honig, verhit bij 45, 50 en 55° C.; van de, gedurende den kortsten tijd n.l. 2, 4 en 6 uur, ingezette proeven waren enkele niet afleesbaar, daar de honig in zijn geheel en niet vanaf de plaals van enting uitkristalliseerde (aangezien blijkbaar veel kristallisatiekernen overgebleven waren). Alhoewel de kristallisatie in sommige buizen onregelmatig plaats heeft, kan na 24 uren bij geen der 3 genoemde temperaturen cene duidelijke afneming der kristallisatiesnelheid worden geconstateerd. Echter moet bij alle drie temperaturen tusschen 14- en 20-urige verhitting, eene duidelijke, schijnbaar onverklaarbare, toename der kristallisatie-sneilheid werden genoteerd, die even snel weer afneemt; deze tijdelijke toename is het grootst bij 45° C. Ook daarvoor zit reeds een waarneembaar gelijktijdig rythme in de toppen en dalen van deze curven.
De tweede groep curven betreft de verhitting bij 60° C, 65° C, 70° C, 75° C. en 80° C. Deze curven beginnen alle, (behalve die van 70° C.) duidelijk hooger dan die van de eerste groep en geven, afgezien van hun onregelmatig verloop, eene zeer duidelijke afname van de kristallisatiesnelheid te zien, welke afname des te duidelijker wordt, naarmate de honig langer verhit is geweest. Een gelijktijdig rythme in de toppen en dalen van deze curven is in het begin waarneembaar. Het zal niet gemakkelijk blijken, het verloop van deze curven afdoende te verklaren, daar we hier waarschijnlijk te doen hebben met eene combinatie van, de kristallisatiesnelheid bevorderende, zoowel als remmende, factoren.
Factoren, welke de kristallisatiesnelheid na verhitting bevorderen, zouden kunnen zijn:
1e. eene blijvende verminderde viscositeit;
2e. het aanwezig zijn van twee der modificaties van glucose en het overgaan van de eene modificatie in de andere;
3e. eene vermindering van het saccharosegehalte.
Factoren, welke de kristaliisatiesnelheid na verhitting vertragen, zouden kunnen zijn:
1e. eene vermindering van het glucosegehalte;
2e. het vernietigen van alle kristallisatiekernen, aangezien bij het enten op een bepaalde plaats, de aanwezigheid van zeer kleine kristallisatiekernen door de geheele vloeistof de kristallisatiesnelheid vanuit de plaats van enting in gunstigen zin kan beïnvloeden.
Ik laat verder voorloopig in het midden, in hoeverre door verhitting de structuur en de eigenschappen der in den honig voorkomende dextrinen en eiwitstoffen zouden kunnen veranderen, of deze veranderingen de kristaliisatiesnelheid kunnen verhoogen, of verlagen en of de dextrinen en de eiwitstoffen zich in dit opzicht op dezelfde wijze, dan wel weer op verschillende wijzen gedragen.
Samenvatting:
In allen slingerhonig komen voor de zoogenaamde „Frimakrisialle" van Gubin ; de kristallisatie wordt echter niet alleen door deze primakristallen veroorzaakt; wanneer wij honig eenigen tijd bewaren, vinden wij naast deze primakristallen vele andere kristallisatiekernen. Bij 5° - 7° C. worden de meeste kristallisatiekernen gevormd. De kristaliisatiesnelheid van honig is het grootst bij ± 15° C. (in niet-verhitten honig). Vele eigenaardige feiten en schijnbaar tegenstrijdige waarnemingen kunnen verklaard worden uit het feit, dat de vorming van de kristallisatiekernen, zoowel als de kristaliisatiesnelheid in hooge mate afhangen van de temperatuur en van het feit, dat de grootste snelheid van het ontstaan van kristallisatiekernen en de grootste kristaliisatiesnelheid bijna 10° C. uit elkaar liggen. Door een nieuwe grootheid in te voeren, voorstellende het kristallisatievermogen, KV = g/r, kunnen wij uit de chemische samenstelling van een zekere honigsoort, het grootere of kleinere vermogen om te kristalliseeren verklaren.
Temperaturen beneden 60° C. zijn niet geschikt voor het blijvend vloeibaar maken van gekristalliseerden honig gedurende aanzienlijken tijd (3 of 4 maanden), bij verhitting gedurende 24 uur. De geschiktste temperaturen voor dat doel zijn : 60°, verhitten gedurende tenminste 4 uur (ten hoogste 5a6 uur) en 65°, verhitten gedurende tenminste 2 uur (ten hoogste 3 a 4 uur). Wanneer de honig verhit wordt, worden niet alleen de glucosekristallen, welke de honig bevat en die bij e.v. her-kristallisatie als kristallisatiekernen op zouden kunnen treden, vernietigd, maar ook was, wanneer de verhitting plaats vond bij temperaturen van 60° C. en hooger, na afkoeling en opzettelijke enting, eene vermindering van de kristallisatie-snelheid waarneembaar.