VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Сахарная промышленность является важной экономической отраслью во многих странах мира, в том числе и в России. В структуре питания населения планеты важное место принадлежит именно сахару. Он является важным источником энергии для жизнедеятельности человека, поэтому остается одним из основных компонентов пищи. Основным сырьем для производства сахара в РФ является сахарная свекла.

Одной их важнейших технологических операций сахарного производства является экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки. От того, насколько эффективно осуществляются протекание технологических процессов на данном этапе сахарного производства, зависит грамотная работы всех последующих технологических станций, а также качество и выход готовой продукции.

Поэтому одной из важнейших технологических задач при производстве сахара-песка является поддержание максимальной эффективности работы данного технологического участка, а также своевременное выявление и устранение различных проблем, возникающих в процессе экстрагирования сахарозы. Такими проблема являются: падение рН сока в диффузионном аппарате, интенсивное развитие микрофлоры, высокие потери сахарозы в отжатом жоме, низкая степень извлечения сахарозы из стружки и др.

Современная технология экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки предусматривает противоточную обработку сырья специально подготовленным экстрагентом при температуре процесса 70-72 °С. Такое значение температуры необходимо для денатурации белков и разрушения протоплазмы клеток свекловичной ткани, благодаря чему происходит высвобождение молекул сахарозы из стружки в экстрагент. Данный способ позволяет извлечь до 98 % сахарозы из сырья.

На большинстве сахарных заводов экстрагирование осуществляют в наклонных диффузионных аппаратах. Их достоинством является возможность подогревания стружки непосредственно в аппарате. Проведение диффузионного процесса в аппаратах такой конструкции сопровождается рядом проблем: неравномерный обогрев сокостружечной смеси по длине аппарата, что приводит к снижению степени извлечения сахарозы из стружки, а также интенсивному развитию микроорганизмов внутри аппарата. Как следствие, увеличиваются потери сахарозы на станции экстрагирования, продолжительность процесса.

При экстрагировании сахарозы из свекловичной стружки, наиболее существенными, с точки зрения обеспечения нормальной работы наклонных диффузионных аппаратов, являются физико-химические свойства свекловичной ткани (упругость, твердость и т.д.). При низких значениях этих показателей из-за слипания стружки и дробления ее, происходит увеличение количества брака в сокостружечной смеси, в результате чего происходит уплотнение стружечного слоя. Как следствие уменьшается живое сечение стружечного слоя и затрудняется прохождение экстрагируемой жидкости, что влечет за собой увеличение содержания жома, продолжительности процессов, ухудшение качества получаемого сока вследствие перехода в него несахаров. Максимально эффективное извлечение сахарозы из стружки при высоком качестве диффузионного сока может быть достигнуто при таком режиме диффузионного процесса, когда свекловичная ткань имеет оптимальные показатели прочности, упругости и т.д.

Одно из направлений упрочнения свекловичной ткани при экстракции и ускорении извлечения сахара – химическое воздействие на свекловичную стружку. В качестве такого воздействия можно рассматривать предварительную обработку свекловичной стружки горячими жидкими реагентами (ошпаривание). В качестве реагентов нами предлагается использовать водные растворы сернокислого глинозема Al₂(SO₄₎₃ и хлорной извести.

Растворы реагентов в количестве 10 % к массе стружки нагревали до температуры 70 °С и проводили ошпаривание свекловичной стружки нагретым раствором в течение 1 мин. В качестве экстрагента использовали конденсат, который затем добавляли в количестве 90 % при температуре 70 ^оС. Диффузию проводили при температуре 70 °С в течение 60 мин. После экстрагирования из сокостружечной смеси отделяли диффузионный сок, термостатировали его при температуре 20 ^оС, осуществляли анализ показателей качества полученного сока (табл. 1, 2).

Таблица 1. Качественные показатели диффузионного сока в зависимости от применяемых реагентов

Показатели	Типовая диффузия	Реагенты для предварительной обработки свекловичной стружки
		Al2(SO4)3	Хлорная известь
Чистота, %	84,4	85,6	85,2
рН	6,86	6,76	6,88

После завершения диффузионного процесса проводили преддефекацию диффузионного сока при температуре 55-60 ^оС продолжительностью 15 мин с добавлением суспензии сока I сатурации и известкового молока до рН сока 11,0-11,6, далее тепло-горячую основную дефекацию добавлением известкового молока до рН 12,0-12,2 и обрабатывали диоксидом углерода (I сатурация) при температуре 90 °С до рН 11,0-11,2, отделяли осадок (табл. 2).

Таблица 2 – Сравнительная оценка реагентов для предварительной обработки свекловичной стружки

Показатель	Типовая схема	Реагент для обработки
		Сульфат алюминия	Хлорная известь
Чистота диффузионного сока, %	84,4	85,8	85,6
рН диффузионного сока	6,65	6,7	6,6
Массовая доля белков в диффузионном соке, г/100 г сухих веществ	1,1	0,79	0,81
Скорость отстаивания преддефекованного сока, см/мин	2,85	3,20	2,98
Скорость отстаивания сока I сатурации, см/мин	4,0	5,5	5,0
Объем осадка сока I сатурации, %	40	30	35

Процесс II сатурации проводили при температуре 95 °С с доведением рН сока до 9,0-9,2. В очищенном соке определяли чистоту, цветность, массовую долю солей кальция (табл. 3)

Таблица 3. Показатели сока II сатурации при различных способах подготовки стружки к экстрагированию

Показатели	Типовая диффузия	Реагенты для предварительной обработки свекловичной стружки
		Хлорная известь	Сульфат алюминия
Чистота, %	90,2	91,4	91,7
Цветность, усл. ед.	19,1	18,6	17,9
Массовая доля солей кальция, % CаО	0,048	0,045	0,043

Для выбора рациональной концентрации предлагаемых реагентов их растворы с различной концентрацией при температуре 70 ^оС использовали для предварительной обработки стружки, добавляя в количестве 10 % к массе стружки, выдерживали 1 мин. Далее к пробам добавляли экстрагент при температуре 70 ^оС в количестве 90 % по массе, проводили диффузию в течение 60 мин при перемешивании. Отделяли диффузионный сок от сокостружечной смеси и термостатировали его при температуре 20 ^оС. Анализ качественных показателей полученного диффузионного сока показан в табл. 4, 5.

Таблица 4. Выбор оптимальной концентрации сульфата алюминия

Концентрация сульфата алюминия, %	Показатели диффузионного сока
	Чистота, %	рН	Массовая доля белков, мг/см3
0,01	83,6	6,18	0,77
0,05	84,3	6,15	0,48
0,10	83,8	6,12	0,66
Типовая схема диффузии	82,8	6,41	0,86

Таблица 5. Выбор оптимальной концентрации хлорной извести

Показатели диффузионного сока	Типовая схема диффузии	Концентрация раствора хлорной извести, %
		0,10 %	0,05 %
Чистота, %	82,3	83,8	82,9
рН	6,3	6,33	6,28
Массовая доля белка, %	0,56	0,39	0,44

В результате анализа качественных показателей полученного диффузионного сока установлено, что самые высокие показатели имеет сок, полученный из стружки, обработанной раствором сульфата алюминия с концентрацией 0,05 %, или раствором хлорной извести концентрацией 0,10 %.

Проведены исследования по сравнению эффективности обработки свекловичной стружки растворами различных солей перед экстрагированием. Использовали растворы Al₂(SO₄₎₃ концентрацией 0,05 % и хлорной извести концентрацией 0,10 %

Показатели диффузионного и очищенного сока представлены в табл. 6 и на рис. 1.

Рис. 1. Сравнение показателей диффузионного сока, полученного различными способами: 1 - типовая диффузия; 2 – с предварительной обработкой 0,05 % раствором сульфата алюминия; 3 - с предварительной обработкой 0,10 % раствором хлорной извести

Таблица 6. - Сравнительная оценка способов подготовки стружки к экстрагированию

Показатели	Типовая схема диффузии	Реагенты для предварительной обработки стружки
		Сульфат алюминия, 0,05 % раствор	Хлорная известь, 0,10 % раствор
Диффузионный сок
Чистота, %	82,5	84,4	83,1
Массовая доля белков, %	0,39	0,32	0,38
Очищенный сок
Чистота, %	91,2	92,4	91,8
Цветность, усл.ед.	16,0	14,2	15,2
Соли кальция, % СаО	0,048	0,033	0,039

В результате проведенного исследования установлено, что обработка стружки раствором сульфата алюминия с концентрацией 0,05 %, позволяет достичь лучших показателей по сравнению с раствором хлорной извести с концентрацией 0,10 %.

Тепловая обработка свекловичной стружки растворами солей Al₂(SO₄₎₃ концентрацией 0,05 % и хлорной извести концентрацией 0,10 % приводит к постепенному равномерному прогреванию свекловичной ткани и денатурации белков, что повышает коэффициент массоотдачи свекловичной ткани, увеличивая ее проницаемость. Омывающий поверхность свекловичной стружки раствор сульфата аммония снижает растворимость белковых и пектиновых веществ, повышая прочность и упругость свекловичной стружки. Стабилизируется рН среды, что уменьшает переход несахаров из свекловичной стружки в диффузионный сок в процессе экстрагирования сахарозы. Совмещение тепловой и химической обработки позволяет стабилизировать коллоиды свекловичной ткани и подогреть свекловичную стружку до оптимальной температуры диффузионного процесса 70-72 °С до поступления в диффузионный аппарат, повысить ее структурно-механические свойства.

Использование предварительной тепловой обработки свекловичной стружки позволяет повысить эффективность протекания диффузионного процесса, блокировать переход веществ белково-пектинового комплекса из свекловичной стружки в диффузионный сок, за счет чего их содержание в диффузионном соке снижается; снизить цветность очищенного сока на 15,1 %, содержание солей кальция на 31,3 % в сравнении с типовым способом; по-высить чистоту очищенного сока на 1,2 %, что соответствует увеличению выхода сахара-песка на 0,3 %.

Список литературы

1. Водное хозяйство сахарных заводов: Учебное пособие [Текст] / В. А. Голыбин, В. М. Фурсов, Ю. И. Зелепукин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук; Воронеж. гос. технол. акад. – 2-е изд., исправл. и доп.– Воронеж, 2009.–124 с.

2. Выбор оптимальных параметров предварительной обработки свекловичной стружки перед экстрагированием [Текст] / Н.Г. Кульнева, М.В. Журавлев, А.И. Шматова, И.С. Воронина // Новое в технике и технологии функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений: Материалы III Международной научно-технической конференции / Воронеж.гос.ун-т.инж.технол. – Воронеж: ВГУИТ, 2013. – С.340-342.

3. Колесников В. А. Теплосиловое хозяйство сахарных заводов [Текст] /В. А. Колесников, Ю. Г. Нечаев М. : Пищевая промышленность, - 1980. – 392 с.

4. Разработка способа обработки свекловичной стружки перед экстрагированием / Н.Г. Кульнева, М.В. Журавлев, Е.В. Авилова, И.С. Воронина // Российская наука глазами молодых исследователей: опыт и инновации [Текст] : Материалы Всероссийской студенческой научно-практической конференции – Мичуринск, 2013. – С.134 -138.

5. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства [Текст]. - 2-е изд., исправл. и доп. - М.: Колос, 1999. - 495 с.

6. Заяц Ю. А., Мартынюк В. Д. Повышение эффективности тепловой обработки свекловичной стружки // Тепло- и массообменные процессы в пищевой промышленности. – Киев: КТИПП, 1990. – С. 76-85

Код для цитирования: Скопировать