VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В комплексе мероприятий, направленных на улучшение условий сохранности сахарной свеклы, особое место занимает управление физиологическими и микробиологическими процессами, протекающими в хранящейся массе корнеплодов.

Микроорганизмы в первую очередь развиваются на отмерших клетках, механически поврежденных, подмороженных и увядших участках корнеплодов, затем поражаются живые, но ослабленные клетки. Поэтому важным условием предохранения сырья от порчи является его целостность. Необходимо создать благоприятные условия для защитных реакций в ответ на механические и другие повреждения.

На сахарных заводах для подавления жизнедеятельности микрофлоры на корнеплодах применяют 0,3 %-ый раствор пирокатехина, 18-20 %-ый раствор углеаммиаката (2-2,5 % на 1 т свеклы), препарат ФХ-1(1-1,5 % к массе обрабатываемой свеклы). ФХ-1 представляет собой суспензию свежего фильтрационного осадка плотностью 1,05-1,15 г/см³, обработанного свежей хлорной известью (1,5 % к массе свеклы).

Большое значение имеют температура и влажность, как для прорастания, так и для развития микроорганизмов. Поддержание температуры 1-2 °С, газового состава воздуха в межкорневом пространстве и влажности с помощью принудительного вентилирования кагатов, ликвидация очагов гниения способствуют сохранению корнеплодов сахарной свеклы от гниения, прорастания.

Также большое влияние на сохранность корнеплодов при их хранении оказывает микробиологическая нагрузка на растения во время вегетации, обусловленная технологией возделывания и сортовыми особенностями.

Длительное хранение корнеплодов связано с большими потерями, главной причиной этого является большая поражаемость в период хранения инфекционными заболеваниями, болезнетворными микроорганизмами.

В свеклосахарном производстве важное место занимает процесс извлечения сахарозы из свекловичной стружки в диффузионной установке: в результате жизнедеятельности микроорганизмов сахароза разлагается до редуцирующих веществ и далее – до органических кислот, за счет чего неучтенные потери сахарозы в разных случаях могут составлять от 0,1 до 0,4 % к массе перерабатываемой свеклы.

В период массовой уборки количество выкопанной свеклы в 2-2,5 раза превышает суточную производительность сахарных заводов, следовательно, около 50 % заготовляемого сырья проходит стадию длительного хранения от 20 до 50 и более суток. Как в полевых условиях, так и на свеклоприемных пунктах корнеплоды хранятся на открытых площадках и подвергается негативному воздействию погодных факторов. Кроме того, свекла механизированной уборки характеризуется высоким содержанием балластных примесей, что создает благоприятные условия для микробиологических процессов, в которых участвуют плесневые грибы и бактерии, вызывающие кагатное гниение сырья. При переработке такой свеклы выход сахара резко снижается.

В настоящее время определились два направления по улучшению хранения свеклы – это применение консервантов и использование укрывочных материалов. Такой метод хранения, как применение консервантов, использовали и в довоенное и послевоенное время, при этом был наработан большой арсенал химических препаратов-антисептиков, но по различным причинам, в том числе из-за дефицита, высокой цены или малой эффективности, они не нашли широкого применения [3,1].

Полифункциональный консервант «Кагатник»обладает совокупностью свойств – высокой дезинфицирующей способностью, ингибированием ростовых процессов, способностью замедлять интенсивность дыхания корнеплодов и снижать уровень ферментативной активности инвертазы. Действующим веществом препарата является бензойная кислота - сильное антисептическое средство. «Кагатник» обеспечивает качественное хранение корнеплодов сахарной свеклы в условиях призаводских свеклопунктов. Когда свекла убрана, очищена от избыточного содержания балластных примесей и соответствует физическим показателям для закладки в кагаты, она может быть обработана по следующей технологии - объемное опрыскивание корнеплодов антисептиком в момент их укладки в кагат с помощью опрыскивающего устройства, смонтированного на буртоукладчик. Технология предполагает использование в расчете на тонну укладываемой на среднесрочное или продолжительное хранение корнеплодов 60 мл препарата «Кагатник» при норме расхода рабочего раствора 3 литра. Эту смесь наносят на поверхность укладываемых на хранение корнеплодов и, таким образом, защищают их от возбудителей кагатной гнили. Такая технология позволяет значительно сократить потери массы свеклы, сахарозы, получить высокий биологический и экономический эффект.

Хорошие результаты показывает совмещенное применение «Кагатника» с укрывочными материалами [2,4].

Наибольшее практическое применение в последнее время получили полимерные материалы. Применение укрывочных материалов уменьшает отрицательное воздействие на сахарную свеклу погодного фактора в процессе ее хранения, но не всегда способствует снижению интенсивности развития микробиологических процессов, возникающих в укрытых кагатах из-за высокого содержания механически поврежденных, увядших корнеплодов и др.

Для подавления фитопатологической микрофлоры перед укладкой на хранение корнеплоды обрабатывают различными фунгицидными препаратами с помощью специального оборудования, что делает этот технологический прием затратным.

Кроме того, срок действия препаратов составляет 15-25 суток, а длительность хранения сахарной свеклы может достигать 50 суток и более. Таким образом, обработка корнеплодов при укладке в кагат не обеспечивает поддержание эффекта действия препарата в течение всего срока хранения.

Изучалась возможность придания дополнительных консервирующих свойств полимерному укрывочному материалу путем модификации антимикробным препаратом для защиты сахарной свеклы от неблагоприятного воздействия факторов внешней среды и подавления микробиологических процессов при хранении. Для исследования была выбрана трехслойная полиэтиленовая пленка, позволяющая поддерживать близкий к оптимальному влажностный и газовый режим в среде корнеплодов путем ограничения доступа кислорода и повышения концентрации углекислого газа и паров воды. В качестве препаратов-модификаторов – препараты нового поколения Биопаг, АМД-1 и АМД-2, которые способны в малых дозах эффективно бороться с фитопатогенными микроорганизмами и при переработке гранул полимера в материал не подвергаться декструкции.

В опыте изучали интенсивность дыхания, каталитическую активность основных ферментов, а также изменение основных показателей качества и сохранности корнеплодов в процессе хранения.

В результате опыта установлено снижение потерь при хранении сахарной свеклы под полимерным укрывочным материалом с антимикробными препаратами [5, 6].

При переработке свеклы микробиологическая зараженность отдельных аппаратов и линий свеклосахарного производства значительно ухудшает качество полупродуктов и готового сахара, а также значительно изменяет параметры их работы: усиливает разложение сахарозы, образование органических кислот, повышает цветность и пенообразующую способность сока, и образование газов. В связи с этим на сахарных заводах следует постоянно поддерживать заданное санитарное состояние производства и проводить дезинфекционную обработку отдельных участков технологического процесса, особенно на стадии экстрагирования сахара из свекловичной стружки.

Свекловичная стружка и сок являются хорошей питательной средой для развития тех микроорганизмов, которые в процессе обмена веществ потребляют сахарозу.

Для сахарного производства характерны в основном следующие группы микроорганизмов:

- молочнокислые бактерии - Lactobacillus, Carnobacterium, Leuconostoc mesenteroids, Saccharococcus thermophilus, Enterococcus, Pediococcus, Lactococcus, Streptococcus, Vagococcus, Bacillus stereothermophillus, Clostriudium thermohydrosulfuricum;

- дрожжи - Saccharomyces sp. (esp.S. cerevisiae), Zygosaccharomyces, Candida;

- плесени - Aspergillus, Penicillium, Geotrichum, Mucor, Rhizopus, Phoma Betae Botrytis.

Попадая в сахаросодержащую среду, микроорганизмы используют сахарозу как энергетический материал.

Среди неспорообразующих бактерий наиболее распространены бактерии рода Leuconostoc. Этот опасный контаминант при размножении потребляет сахарозу, образуя вокруг себя капсулу из декстрансодержащей слизи. Защитная оболочка позволяет этим бактериям выдерживать температуру до 90 °С.

Не меньший вред наносят молочнокислые бактерии. Например, бактерии рода Lactobacillus разлагают сахара с образованием молочной, уксусной, муравьиной кислот и углекислого газа.

Некоторые микроорганизмы в процессе жизнедея­тельности выделяют аммиак, что приводит к повышению окраски растворов сахара.

Подавление жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате возможно за счет действия температуры, химических реагентов или совместного их действия. Наибольшего эффекта подавления жизнедеятельности микроорганизмов можно было бы достичь поддерживая температуру ~ 74 °С в течение всего процесса экстрагирования. Однако такую высокую температуру нельзя выдерживать в процессе экстракции с технологической точки зрения, так как в этом случае в соке увеличивается содержание пектиновых веществ, которые отрицательно влияют на фильтрацию. Поэтому на сахарных заводах в диффузионные аппараты вводят дезинфицирующие средства.

В качестве дезинфицирующего средства для подавления жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионных аппаратах в сахарной промышленности широко применяют формалин. Количество добавляемого формалина и частота его добавления устанавливаются исходя из микробиологической зараженности диффузионного сока. Расход формалина колеблется от 0,015 до 0,100 % к массе свеклы.

Однако применение формалина в качестве дезинфицирующего средства в последнее время вызывает нарекания со стороны медиков и потребителей жома, используемого в качестве корма животных. Кроме того, формалин отрицательно влияет на окружающую среду и здоровье человека, так как он активный аллерген и может вызывать сильное токсическое действие на слизистые оболочки человека. Наличие повышенного содержания формалина в жоме может привести к его порче из-за подавления молочнокислых бактерий, играющих важную роль при хранении жома. В силу указанных причин отношение к формалину, как дезинфицирующему средству в сахарной промышленности, существенно меняется.

Применение на сахарных заводах РФ в настоящее время формалина в качестве дезинфицирующего средства обусловлено более низкой его ценой по сравнению с другими препаратами. Однако эти затраты касаются только стоимости применяемого препарата без учета потерь сахара и других технологических аспектов.

Считается, что затраты на дезинфицирующие средства составляют примерно 10-15 % от стоимости сахара, теряемого в результате его микробиологического разложения. Поэтому правильный выбор и применение дезинфицирующих средств является эффективным мероприятием по снижению неучтенных потерь сахарозы.

К наиболее распространенным дезинфицирующим средствам окислительного характера относятся хлор и хлорсодержащие препараты. Их бактерицидное действие заключается во взаимодействии кислорода и хлора с ненасыщенными соединениями ферментной системы клетки микроорганизмов. Дезинфицирующая способность этих препаратов обусловлена количеством активного хлора, которое может быть получено при действии кислоты на препарат. В сахарном производстве из неорганических хлорсодержащих препаратов широко применяются хлорная известь и гипохлорит натрия.

Известен способ обеззараживания диффузионного сока, предусматривающий добавление к свекловичной стружке соединения магния, преимущественно MgO или 4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O в количестве 0,08 г Mg²⁺ на 100 г стружки, с последующей ее экстракцией, подкисленной до pH 5,8-6,2 водой.

Для реализации указанного способа требуется большой расход дорогостоящего реагента - магния, что для завода суточной производительности 3,0 тыс. т переработки свеклы составит 2,4 т в сутки.

В качестве антимикробного компонента может использоваться соединения полигуанидина.

В качестве соединений полигуанидина используют хлорид полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) - «БИОПАГ», фосфат ПГМГ - «ФОСФОПАГ», цитрат ПГМГ, хлорид поли-(4,9-диоксадодекан гуанидина) (ПДДГ) - «ЭКОСЕПТ», фосфат ПДДГ - «ЭКОСЕПТ».

Используемые высокоактивные соединения полигуанидина обладают широким спектром биоцидной активности: антибактериальной, фунгицидной. Они малотоксичны, обладают пролонгированным эффектом и не являются аллергенами.

Водный раствор соединения полигуанидина имеет концентрацию 0,5-1,5 %. В случае, если концентрация раствора будет менее 0,5 %, снижается эффект дезинфекции. Увеличение количества полигуанидина выше 1,5 % не приводит к увеличению положительного эффекта и поэтому нецелесообразно.

Механизм действия полигуанидинов на микроорганизмы можно представить следующим образом:

а) гуанидиновые поликатионы адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности бактериальной клетки, блокируя тем самым дыхание, питание, транспорт метаболитов через клеточную стенку бактерий;

б) макромолекулы полигуанидина диффундируют через стенку клетки, вызывая необратимые структурные повреждения на уровне цитоплазматической мембраны, нуклеотида, цитоплазмы;

в) полигуанидины связываются с кислотными фосфолипидами, белками цитоплазматической мембраны, что приводит к ее разрыву;

г) результатом этого является блокада гликолитических ферментов дыхательной системы, потеря патогенных свойств и гибель микробной клетки.

Кроме того, при получении диффузионного сока в диффузионном аппарате в результате действия микроорганизмов могут образовываться газы (CO₂, CH₄, H₂). Газы создают опасность взрыва в диффузионном аппарате. Применение дезинфицирующих растворов на основе соединений полигуанидина устраняют возможность возникновения газов.

Для того чтобы избежать проблемы, связан­ные с присутствием в сахаре и проме­жуточных технологических продуктах его переработки микроорганизмов, разработано ис­пользование ультрафиолетового излучения и озона.

Озон - наиболее мощный и самый быстрый на сегодня и, что очень значимо, коммерчески доступный асептик и оксидант, уничтожающий практически все биологические, органические и неорганические загрязнители. Основные пре­имущества его применения для обработки вод­ных растворов и суспензий при производстве сахара содержатся в самой природе этого ве­щества. Действие озона основано на высокой окислительной способности, обусловленной легкостью отдачи им активного атома кисло­рода (0₃=0₂+0).

Действие озона в совокупности с ультрафи­олетовым облучением приводит к фактически полному уничтожению микрофлоры, присут­ствующей в исходном сырье и развивающейся во время технологического процесса. Среди причин бактерицидного эффекта озона чаще всего отмечается нарушение целостности оболочек бактериальных клеток, вызываемое окис­лением фосфолипидов и липопротеидов. В ходе исследований также определено, что капсулированные вирусы более чувствительны к действию озона, чем некапсулированные. Это объясняется тем, что капсула, представляющая собой слизистый слой, содержащий полисаха­риды и полипептиды, легко разрушается озоном.

Уникальное действие озона состоит в том, что он не только уничтожает микрофлору, но и при взаимодействии с продуктами жизнедея­тельности микроорганизмов, разрушает их. Озон фактически полностью разлагает декстран. Увеличение скорости фильтрации при раз­ложении озоном декстрана и левана - важная составляющая эффективности действия реагента.

Способ с применением озона предусматривает ополаскивание мытых корнеплодов свеклы водой, содержащей бактерицидный агент. После ополаскивания корнеплоды измельчают в стружку. Свекловичную стружку подают в диффузионный аппарат. Экстракцию осуществляют питательной водой, обработанной бактерицидным агентом. В качестве последнего используют озон. Воду для ополаскивания корнеплодов насыщают озоном до концентрации его в воде 10-20 г/м³. Обработку питательной воды осуществляют путем ее насыщения озоном до концентрации 5-15 г/м³. Диффузионный сок отводят из аппарата на дальнейшие технологические операции. Способ обеспечивает улучшение качества диффузионного сока, снижает неучтенные потери сахарозы путем обеспечения стерильных условий протекания процесса экстракции.

Известен способ получения диффузионного сока, предусматривающий экстракцию свекловичной стружки питательной водой в диффузионном аппарате, введение в процессе экстракции бактерицидного агента, в качестве которого используют озоновоздушную смесь с содержанием озона 6-14 мг/л воздуха и вводят его в количестве 2-30 объема/объема час сокостружечной массы, при этом процесс ведут при 60-70 ^oС в течение 40-60 мин.

Недостатком этого способа является то, что он не предусматривает предварительной инактивации микроорганизмов на поверхности свекловичной стружки и в питательной воде до их подачи в диффузионный аппарат. При этом введение озона непосредственно в сокостружечную массу приводит к разрушению ранее сформировавшихся высокомолекулярных декстранов, леванов и красящих соединений, что повышает количество редуцирующих веществ (РВ) в соке, снижая тем самым его качество.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ получения диффузионного сока, предусматривающий ополаскивание мытых корнеплодов свеклы водой, содержащей бактерицидный агент - хлорную известь, измельчение корнеплодов в свекловичную стружку, экстракцию последней в диффузионном аппарате питательной водой, обработанной бактерицидным агентом - сернистым газом в сульфитаторе, введение в процессе экстракции в диффузионный аппарат формалина, проведение экстракции при температуре 70-75 ^oС в течение 60-70 мин и отвод диффузионного сока из аппарата.

Недостатком известного способа является то, что используемые бактерицидные агенты не обеспечивают инактивацию ферментов, вызывающих образование красящих веществ, что приводит к интенсивному окрашиванию сока, а также не обеспечивают необходимой стерильности проведения процесса и предотвращения пенообразования в диффузионном аппарате.

Эффективным является способ проведения процесса экстрагирования сахарозы, предусматривающий применение анолита при измельчении свеклы в стружку и воды для экстрагирования. В процессе измельчения используют анолит с рН 3,2…3,8, а в качестве экстрагента – католит с рН 6,0…6,5. Анолит и католит получают обработкой суспензии бентонитовой глины в диафрагменном электролизере.

Обработка стружки анолитом ингибирует клеточное дыхание свекловичной массы и подавляет активность сопутствующей микрофлоры. Эффективность этого воздействия такова, что позволяет обходиться без операции ошпаривания стружки и проводить экстрагирование при более низкой температуре (62…68 °С).

Обработка стружки анолитом ингибирует клеточное дыхание свекловичной массы и подавляет активность сопутствующей микрофлоры.

Была изучена эффективность использования в качестве химического реагента для подготовки экстрагента анолита с кислой реакцией среды, полученного в результате электрохимической активации водной суспензии фосфогипса.

По данным проведённых исследований химического состава фосфогипса установлено наличие в нём фосфора, остатков серной кислоты, фтора и кальция, присутствие которых в ионной форме в экстрагенте способно придать последнему полифункциональные свойства:

- ионы фосфорной и серной кислот обеспечивают повышение эффекта очистки соков и буферности растворов;

- ионы кальция способствуют закреплению в поверхностном слое стружки пектиновых веществ и веществ коллоидной степени дисперсности, а также увеличивают модуль упругости свекловичной стружки;

- ионы фтора обладают антисептическим действием;

- ионы фосфорной кислоты способствуют повышению кормовой ценности свекловичного жома.

Известно эффективное антисептическое воздействие ионов фтора на микроорганизмы. Это подтвердили микробиологические исследования проб диффузионного сока. Так, общая обсеменённость проб сока, полученного с использованием анолита, в 5-7 раз меньше, чем в контрольных образцах.

Учитывая это, использование анолита, полученного из суспензии фосфогипса, при подготовке экстрагента не противоречит диффузионному способу обессахаривания свекловичной стружки. Раствор анолита может также применяться для подкисления жомопрессовой воды при возврате последней в качестве части экстрагента [7].

Список использованных источников

1. Бугаенко И.Ф. Повышение эффективности сахарного производства. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2008. - 180 с.

2. Подпоринова Г.К. К вопросу о сохранности корнеплодов в кагатах.- Сахарная свекла. – 2010.- № 7. – С. 35-37.

3. Сапронов Н.М. Результаты хранения корнеплодов под укрывочным материалом с антимикробными свойствами. - Сахарная свекла. – 2012. - № 7. – С. 33-36.

4. Смирнов М.А. Препарат «Кагатник» в производственных испытаниях. - Сахарная свекла. – 2012. - № 7. – С. 30-32.

5. Спичак В.В. «Биопак» для обработки диффузионного сока. – Сахар. – 2012. - № 2. – С. 38-40.

6. Шалаева А.В. полиэтиленовая пленка с антимикробными свойствами. – Пищевая промышленность. – 2011. - № 1. – С. 22-23.

7. Патент на изобретение №: 2445374 «Способ дезинфекции диффузионного сока, получаемого из свекловичной стружки». Автор: Ефимов К. М., Дитюк А. И., Сапронов Н. М., Бердников А. С. Патентообладатель: Региональная общественная организация - Институт эколого-технологических проблем. Дата публикации: 20.03.2012. Начало действия патента: 10.12.2010.

Код для цитирования: Скопировать