Белорусский государственный концерн пищевой промышленности

Белорусский государственный концерн пищевой промышленности
«Белгоспищепром»
Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по продовольствию»
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель Председателя
концерна «Белгоспищепром»
___________ Н.В. Антихевич
«____»______________2008 г.
КАЧЕСТВО САХАРА И ПУТИ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
(рекомендации)
СОГЛАСОВАНО
РАЗРАБОТАНО
Начальник управления
координации и развития
сахарной и кондитерской
отраслей
Генеральный директор РУП
«Научно-практический центр
Национальной академии наук
Беларуси по продовольствию»,
докт. техн. наук
__________ В.Л. Командиров
«____»___________2008 г.
_______________ З.В. Ловкис
«____»______________2008 г.
Начальник
научно-
исследовательской
лаборатории сахарного производства
_______________ Н.И. Липская
«____»______________2008 г.
Минск 2008
В соответствии с Планом проведения научно-исследовательских работ
в 2008 г. (договор № 18и-07 от 20.03.2007 г.) проведены исследования качества сахара-песка, производимого на сахарных предприятиях республики, и
подготовлены рекомендации по его повышению.
Рекомендации подготовлены сотрудниками Республиканского унитарного предприятия «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию» в составе: Липская Н.И., Турбан Т.И
Под редакцией начальника научно-исследовательской лаборатории сахарного производства Н.И. Липской.
2
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение производства сахара в мире, в том числе в Республике Беларусь, связано одновременно с возрастающими требованиями к его качеству.
Имея отличные вкусовые качества и высокую калорийность, сахар является одним из самых важных продуктов питания человека. Сахар улучшает
вкус многих продуктов и блюд.
Наряду с этим потребители сахара должны быть уверены в том, что сахар при обычных условиях его использования имеет высокое качество, не является вредным для здоровья продуктом.
Качество – одна из самых сложных и разнообразных по своей сути категорий. Она имеет физическую и техническую сущность, поскольку товар
содержит материю, измененную работой человека, а также экономическую,
так как содержит значительную часть материального мира.
В рыночных условиях качество – основа финансового успеха любого
предприятия, так как основным девизом рыночных отношений является – к
бизнесу через качество.
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ САХАРА
СО СТОРОНЫ ОСНОВНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Требования к качеству сахара как продукту питания человека
Сахар, как продукт питания человека, должен соответствовать требованиям международного стандарта ФАО/ВОЗ «Сахар. Стандарт Кодекса 2121999» (Поправка 1-2001):
· содержание сахарозы, ºS, не менее 99,7;
· массовая доля редуцирующих веществ, %, не более 0,04;
· содержание кондуктометрической золы, %, не более 0,04;
· цветность, ед. ICUMSA, %, не более 60;
· массовая доля влаги, %, не более 0,10;
3
· содержание двуокиси серы, мг/кг, не более 15;
· содержание мышьяка, мг/кг, не более 1;
· содержание меди, мг/кг, не более 2;
· содержание свинца, мг/кг, не более 2.
Основные требования к качеству сахара в зависимости от условий его
дальнейшей переработки следующие:
величина рН сахара-песка – не менее 6,8 и не более 7,4;
буферность раствора сахара-песка должна быть минимальной, близкой
к буферной емкости чистой сахарозы;
гранулометрический состав: размеры кристаллов от 0,63 до 1,0 мм; содержание мелких кристаллов (0,25-0,315 мм) – не более 4 %, содержание сахарной пыли (размер кристаллов менее 0,25 мм) – не более 1 %;
полная растворимость 5 г сахара-песка при температуре 25 ºС – не более 8-10 мин.
Раствор сахара должен быть термоустойчивым, не содержать микроорганизмов, легко фильтроваться и не пениться.
Требования, предъявляемые к качеству сахара при производстве напитков Кока-кола, Пепси-кола, кондитерских изделий, алкоголь содержащих напитков, продуктов детского питания по ряду показателей значительно выше,
чем предусмотрено действующим ГОСТ 21-94.
Требования к качеству сахара, используемому для
приготовления напитков
Высокие требования к качеству сахара, используемому для приготовления напитков, обусловлены необходимостью «защиты» напитка от постороннего запаха (запаха мелассы), перебивающего часто вкусоароматическое
направление самого напитка, от посторонних включений в напитке (хлопья,
тонкий осадок и др.), от мутности и опалесценции уже приготовленного напитка. Производители напитков, выдвигая повышенные требования к саха4
ру, стремятся не допустить изменения цвета и вкуса готового продукта, а
также преждевременное ухудшение его качества вследствие жизнедеятельности микроорганизмов (изменения внешнего вида, выпадения осадка, изменения органолептических показателей).
Предприятия, вырабатывающие напитки длительного хранения (длительность хранения 1-3 месяца), а также напитки с добавлением сокосодержащих компонентов, руководствуются следующими критериями для оценки
сахаров, имеющих различное происхождение (из сахарной свеклы или из
сахара-сырца тростникового), согласно таблицы 1.
Таблица 1 – Показатели качества сахара, полученного из сахара-сырца и
свеклы и используемого для производства напитков длительного хранения
Показатель
Требования к
Требования к качеству сахара, получен- качеству сахара,
ного из сахара-сырца полученного из
сахарной свектростникового
лы
Цветность сахара в растворе,
ед. ICUMSA, не более
Мутность, ед. ICUMSA, не более
Зола кондуктометрическая, % к
массе, не более
Содержание сахарозы по прямой
поляризации, %, не менее
Влажность, % к массе, не более
60
70
35
20
0,035
0,015
99,7
0,04
99,7
0,04
10
нет
10
нет
Без постороннего
вкуса, запаха,
без видимых загрязнений
Без постороннего вкуса, запаха,
без видимых загрязнений
Нерастворимые примеси, мг/кг, не
более
Образование флокулл при подкислении
Вкус, запах, внешний вид
5
Сахар, используемый для приготовления напитков длительного хранения (1 год), должен соответствовать требованиям, предъявляемым компанией
Кока-кола к этому продукту, согласно таблицы 2.
Таблица 2 – Требования к качеству сахара фирмы Кока-Кола
Показатель
Требование
1
2
Не менее 99,9
Чистота, %
Влажность, %
Менее 0,04
Зола, % (по электропроводности)
Не более 0,015
Содержание:
взвешенных частиц, мг/кг
Не более 2
SO2 , мг/кг
Менее 6,0
Отсутствие постороннего
Запах
запаха
Отсутствие постороннего
привкуса
Привкус
Запах при подкислении
Отсутствует
Цветность, ед. RBU
Не более 35
Мутность
Отсутствует
Флок-потенциал
Должен пройти тест
Содержание токсичных элементов:
Мышьяк, мг/кг
Менее 1
Медь, мг/кг
Менее 2
Свинец, мг/кг
Менее 0,5
Железо, мг/кг
Не более 3
Мезофильные бактерии, шт. на 10 г
Менее 200
Дрожжи
Менее 10
Грибы
Менее 10
Содержание Талофлока (при использовании этой технологии), мг/кг, не более
6
2
Требования к качеству сахара, используемому для
приготовления кондитерских изделий
Технологические качества сахара с точки зрения пригодности его для
приготовления сахарного и инвертного сиропов, используемых в производстве карамели, определяются не только показателями, устанавливаемыми
действующим ГОСТ 21-94 «Сахар-песок. Технические условия», но и дополнительными показателями качества, имеющими большое значение при производстве кондитерских изделий.
Эти дополнительные требования следующие:
- цветность сахара-песка, ед. ICUMSA – не более 104;
- цветность сахара-песка после нагревания до 175 оС в растворе (испытание на нагрев), ед. ICUMSA – не более 250.
- мутность раствора сахара-песка, ед. ICUMSA – не более 20;
- содержание нерастворимых веществ, % – не более 0,02;
- содержание солей кальция, % – не более 0,004;
- величина рН сахара-песка – не менее 6,8 и не более 7,4. Измерения рН
проводят в растворе 50 %-ной концентрации, с применением стеклянного
электрода. При этом удельная электропроводность дистиллированной воды
не должна превышать 1,8 мкСм / см;
- гранулометрический состав: размеры кристаллов от 0,63 до 1,0 мм;
содержание мелких кристаллов (0,25-0,315 мм) – не более 4 %; содержание
сахарной пыли (размер кристаллов менее 0,25 мм) – не более 1 %;
- полная растворимость 5 г сахара-песка при температуре 20 оС – в течение не более 8-10мин;
- раствор сахара должен быть термоустойчивым, не содержать микроорганизмов, легко фильтроваться и не пениться.
Сахар-песок для производства напитков и кондитерских изделий проверяют на содержание флоккулированных осадков – хлопьев.
Хлопья в подкисленных растворах свекловичного сахара образуются в
результате действия двух основных факторов:
взаимодействия отрицательно и положительно заряженных компонентов с образованием микрочастиц коллоидной дисперсности;
последующей коагуляции микрочастиц в хлопья.
7
Компонентами с отрицательным зарядом может быть олеаноловая кислота, любой из сапонинов, содержащий глюкуроновую кислоту, или полисахарид из клеточных стенок свеклы, содержащий уроновую кислоту.
Положительно заряженным компонентом может быть белок или пептид
с изоэлектрической точкой выше рН подкисленных растворов (2,5-3,0).
Показатель рН20 растворов сахара колеблется в пределах 4 – 8,2. Разные
значения рН20 растворов сахара свидетельствуют о наличии в нем определенных несахаров. Часто рН20 сахара выше 10 соответствует его повышенной
зольности. Такой сахар осложняет производство напитков и кондитерских
изделий.
Очень высокий рН20 сахара свидетельствует о наличии в сахаре СаСО3,
который попадает в готовую продукцию вследствие неудовлетворительной
фильтрации и разрыхления накипи вакуум-аппаратов.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА САХАРА
Качество сахара в сахаропроизводящих странах регламентируется
стандартами этих стран, требованиями фирм и компаний, которые должны
быть не ниже государственных и международных стандартов.
Действующий в настоящее время в Республике Беларусь ГОСТ 21-94
на сахар-песок включает в себя требования к органолептическим и физикохимическим показателям сахара. Он содержит также показатели безопасности для здоровья людей, регламентирующие содержание посторонних вредных примесей, а именно токсичных элементов (ртути, мышьяка, свинца, кадмия), пестицидов, радионуклидов.
В настоящее время в разработке находится национальный стандарт на
сахар – СТБ «Сахар. Технические требования», который с учетом международных стандартов будет содержать более высокие требования к качеству сахара и новые его показатели.
Международные стандарты на сахар регламентируют практически те
же показатели, что и ГОСТ 21-94. Однако ряд показателей отличается, что
видно из данных таблицы 3, в которой приведены показатели качества сахара
согласно ГОСТ 21-94, стандартов ISO и ЕС.
8
Таблица 3 – Требования стандартов к сахару
Показатели*
Поляризация
(мин.), %
Редуцирующие
вещества, %
Зола, %
Влажность, %
Цветность, ед.
ICUMSA
SO2, мг/кг
Мышьяк, мг/кг
Медь, мг/кг
Свинец, мг/кг
ISO
сахар А сахар В
белый на промпереработку
99,7
99,5
сахар А
белый
экстра
ЕС
сахар В
белый
сахар С
полубелый
ГОСТ
21-94
99,7
99,7
99,5
99,75
0,04
0,10
0,04
0,04
0,10
0,05
0,04
0,10
60
0,10
0,10
150
0,0108
0,10
22,5
0,04
0,10
45
0,10
0,10
-
0,04
0,14
104
15
1
2
2
70
1
2
2
15
-
15
-
15
-
0,5
1,0
1,0
Примечание: В таблице указаны максимальные значения, кроме поляризации.
Требования к качеству сахара как товарной продукции
в странах Европейского Союза
В странах Европейского Союза (ЕС) применяется комплексная обобщенная оценка качества сахара. Критерии качества, кроме показателей в абсолютных единицах, содержат показатели в баллах.
Сумму баллов определяют по трем основным показателям:
· цветность сахара в растворе,
· цветность сахара в кристаллическом виде по отношению к стандартным Брауншвейгским образцам сахара,
· содержание кондуктометрической золы.
Одному баллу соответствует содержание золы, равное 0,0018 %, цветность сахара в растворе 7,5 ед. ICUMSA, или 0,5 ед. эталона Брауншвейгской
шкалы.
9
Кроме баллов также учитываются содержание сахарозы (поляризация),
влажность, содержание редуцирующих веществ.
В рамках режима сахарного рынка стран Европейского Союза белые
сахара делятся на 4 категории (Директива Комиссии ЕЭС №1280\71 и
793\72). Сахар, отнесенный к 1-3 категории, должен иметь следующие основные свойства: безвредный для здоровья, сухой, свободной сыпучести, однородного гранулометрического состава. Сахар 4 категории – это тот, который не отнесен к 1-3 категориям.
Стандартное качество сахара определяется условиями 2 категории согласно таблицы 4.
Таблица 4 – Критерии сахара 1-3 категорий
Категория
Показатель
1
2
3
Общая сумма баллов
mах 8
mах 22
-
Цветность сахара, измеренная в
растворе, баллов
mах 3
mах 6
-
Цветность сахара в кристаллическом виде, баллов
mах 4
mах 9
mах 12
Содержание золы, баллов
mах 6
mах 15
-
Поляризация, оZ
міn 99,7
міn 99,7
міn 99,7
Содержание влаги, %
mах 0,06
mах 0,06
mах 0,06
Содержание инвертного сахара, %
mах 0,04
mах 0,04
mах 0,04
Примечание: Следует учитывать, что сахар, чтобы соответствовать определенной категории, не может иметь максимальные значения по всем
основным показателям (цветность в растворе и в кристаллическом виде,
содержание золы). Сумма баллов не должна превышать указанных для
данной категории значений.
Категория сахара в ЕС определяет и торговое его название. В соответствии с этим различают следующие виды сахаров: рафинированный сахар,
белый сахар и полубелый сахар.
10
Согласно Директивы BGBL 1, c.502 от 8 марта 1976 года, сахар, который поступает от предприятий в торговую сеть, по показателям качества
должен соответствовать следующим требованиям:
Таблица 5 – Требования к рафинированному сахару
Название показателя
Значение показателя
Поляризация, оZ
міn 99,7
Содержание инвертного сахара, %
mах 0,04
Содержание влаги, %
mах 0,1
Общее количество баллов
mах 8
Рафинированный сахар. Это сахар 1 категории. Он должен иметь величину поляризации не ниже 99,7 %, содержание редуцирующих веществ не
более 0,04 %, влажность, не более 0,1 %. Суммарное число баллов не выше 8,
при этом на золу может приходиться не более 6 баллов.
Таблица 6 – Требования к белому сахару
Название показателя
Значение показателя
Поляризация, оZ
міn 99,7
Содержание инвертного сахара, %
mах 0,04
Содержание влаги, %
mах 0,1
Общее количество баллов
mах 12
Белый сахар. Это сахара 2 и 3 категории. Он должен иметь величину
поляризации не ниже 99,7 %, содержание редуцирующих веществ не более
0,04 %, влажность, не более 0,1 %. Суммарное число баллов не выше 12.
Таблица 7 – Требования к полубелому сахару (для промышленной
переработки)
Название показателя
Значение показателя
Поляризация, оZ
міn 99,5
Содержание инвертного сахара, %
mах 0,1
Содержание влаги, %
mах 0,1
11
Полубелый сахар. Это сахар 4 категории. Величина его поляризации
должна быть не ниже 99,5 %, содержание редуцирующих веществ не более
0,1 %, влажность не более 0,1 %.
Кроме того, содержание двуокиси серы в сахарах всех категорий не
должно превышать 15 мг/кг. В Великобритании содержание двуокиси серы в
сахарах всех категорий не должно превышать 6 мг/кг.
Таблица 8 – Сравнение показателей, характеризующих качество сахара
и действующих в странах ЕС и Республике Беларусь
Показатели качества сахара
Содержание сахарозы
по прямой поляризации,
%
Влажность, %
Содержание инвертного
сахара, % не более
Содержание золы кондуктометрической, %, не
более
в баллах, не более
Цветность в растворе:
ед. ICUMSA, не более
баллов, не более
в кристаллическом виде:
по эталонам, не более
в баллах, не более
Общая сумма баллов, не
более
Общая сумма баллов
при предельных значениях показателей
Показатели качества сахара, действующие в странах Европейского экономического сообщества для потребления
Категории сахара
1
2
3
Сахар
по
ГОСТ
21-94
min 99,7
min 99,7
min 99,7
99,75
max 0,06
max 0,06
max 0,06
max 0,14
max 0,04
max 0,04
max 0,04
max 0,05
max 0,0108
6
max 0,027
15
-
max 0,04
22,2
22,5
3
45
6
-
104
13,9
2
3,5
6
4
9
12
5-6
и выше
12
8
22
13
30
-
48,1
Директивами ЕС определено, что методическое обеспечение определений показателей качества сахара – действующие Методики ICUMSA c изменениями и дополнениями, принимаемыми на сессиях этой организации.
12
Директивами ЕС предусмотрено определять:
· поляризацию – методом ICUMSA GS 2/3-1, 1994 г.;
· содержание редуцирующих веществ – методом Найта и Аллена (метод ICUMSA GS 2/3-5, 2007г.);
· цветность сахара в растворе – методом ICUMSA GS 2/3-9, GS 2/3-10,
2005г.;
· цветность сахара в кристаллическом виде – методом ICUMSA
GS 2/3-11, 2007 г. или GS 2/3-13, 2007 г.;
· влажность сахара – методом ICUMSA GS 2/1/3-15, 2007 г. (метод
высушивания);
· содержание золы – методом ICUMSA GS 2/3-17, 2002 г.
13
КАЧЕСТВО САХАРА,
ПРОИЗВОДИМОГО В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ
В октябре-декабре проведены исследования и мониторинг качества сахара-песка, производимого открытыми акционерными обществами «Скидельский сахарный комбинат», «Городейский сахарный комбинат» и «Жабинковский сахарный завод».
Отбор проб сахара-песка был выполнен специалистами сахарных предприятий по ГОСТ12569.
Органолептические показатели определялись согласно действующего
ГОСТ 12576.
Физико-химические показатели определены в соответствии с ГОСТ
12570, ГОСТ 12571, ГОСТ 12572, ГОСТ 12573, ГОСТ 12574, ГОСТ 12575 и
ГОСТ 12579.
Дополнительно проведено определение цветности сахара-песка в кристаллическом виде (степень белизны) по методу GS 2/3-13, 2007 г. по Брауншвейгским стандартным образцам цветности с помощью цифрового рефлексионного фотоколориметра SUCROFLEX. Цветовая шкала названного прибора охватывает диапазон измерения от 0.00 до 6.00 CTU. Нижний уровень
соответствует сахару максимальной белизны, а верхний – сахару более низкого качества.
Одним из важных аспектов качества сахара является его гранулометрический состав, то есть получение сахара с однородными качественными кристаллами в заданном диапазоне размеров.
В связи с этим, исследован гранулометрический состав сахара-песка в
представленных пробах с помощью виброгрохота с системой EASYTWIST
(ANALYSETTE 3, модель PRO) c набором сит с ячейками 0,2 мм, 0,5 мм, 0,8
мм, 1 мм, 1,25 мм, 1,6 мм, 1,8 мм, 2 мм, 2,5 мм.
Основными показателями оценки гранулометрического состава являются – средний размер кристаллов и коэффициент неоднородности кристаллов. Чем меньше коэффициент неоднородности, тем больше равномерность
кристаллов и их размеры наиболее близки к средней величине. В промыш14
ленных условиях коэффициент неоднородности 25 % и менее характеризует
сахар как отличного качества, свыше 25 % и до 28…29 % – хорошего качества, свыше 35 % – неудовлетворительного качества.
Исследована кристаллоструктура сахаров с помощью микроскопа для
лабораторных исследований со встроенной цифровой камерой для вывода
изображения на экран компьютера.
На рисунках 1, 2, 3 и 4 в одинаковом увеличении представлены кристаллы сахаров ОАО «Жабинковский сахарный завод» (рис. 1 и 2), «Городейский сахарный комбинат» (рис. 3), «Скидельский сахарный комбинат»
(рис. 4).
В массе рассматриваемых кристаллов отмечено наличие значительного
количества кристаллов неправильной формы, сросшихся, включений в кристаллы, а также их неравномерность.
Как указывает Г.Э. Пауэрс, «сахарный продукт с большим количеством
сросшихся кристаллов неизбежно содержит маточный раствор в мелких
трещинах между поверхностями кристаллов и дает менее эффективное отделение маточного сиропа от кристаллов на центрифугах».
Безусловно, что улучшение кристаллоструктуры сахара в определенной
мере будет способствовать снижению цветности сахара в растворе, содержанию золы в нем и повышению качества товарного сахара.
Все образцы сахара испытаны на содержание в нем диоксида серы. Испытания проводились по аттестованной методике выполнения измерений
МВИ.МН 3025-2008 «Определение содержания диоксида серы с помощью
розанилина фотометрическим способом».
Характеристика сахара представленных проб по предприятиям систематизирована в таблицах 9.1; 9.2; и 9.3.
Результаты испытаний гранулометрического состава сахара-песка
представлены в таблицах 10.1; 10.2; 10.3.
Результаты анализов содержания в сахаре диоксида серы в таблице 11.
15
Рис. 1 – Сахар из сахара-сырца тростникового ОАО «Жабинковский
сахарный завод», проба – июль, II декада
Рис. 2 – Сахар из сахарной свеклы ОАО «Жабинковский сахарный завод»,
проба – октябрь, II декада
Рис. 3 – Сахар из сахарной свеклы ОАО «Городейский сахарный комбинат»,
проба – ноябрь, II декада
Рис. 4 – Сахар из сахарной свеклы ОАО «Скидельский сахарный комбинат»,
проба – октябрь, I декада
16
17
18
19
20
21
22
23
Таблица 10.3 – Результаты испытаний гранулометрического состава
сахара производства ОАО «Скидельский сахарный комбинат»
Размер гранул, мм
Содержание фракций, % к массе сахара
Октябрь, I декада
От 1,25 мм до 1,6 мм
15,4
От 1,0 мм до 1,25 мм
30,54
От 0,8 мм до 1,0 мм
19,35
От 0,5 мм до 0,8 мм
21,99
От 0,2 мм до 0,5 мм
11,63
Менее 0,2 мм
1,09
Средний размер кристаллов, мм
0,929
Коэффициент неоднородности, %
37,40
Данные таблицы указывают, что сахар-песок по гранулометрическому
составу, хотя и отвечает требованиям ГОСТ 21-94 по величине отклонения
от нижнего предела, которое составляет 1,09 %, является недостаточно однородным. Коэффициент неоднородности 37,40 %.
Считают, если коэффициент неоднородности составляет менее 25 % –
качество сахара отличное, при коэффициенте неоднородности от 25 % до 29
% – качество хорошее, при коэффициенте неоднородности свыше 34 % – качество сахара требует корректировки.
Возможными причинами неоднородности кристаллов могут быть следующие:
-недостаточное количество введенных в аппарат центров кристаллизации;
-пониженный коэффициент пересыщения при вводе центров кристаллизации;
-температура подкачиваемых продуктов ниже температуры в вакуумаппарате;
-превышение в аппарате скорости выпаривания над скоростью «раскачки», что может приводить к повышению коэффициента пересыщения,
«высыпанию муки» и др.
24
Таблица 11 – Содержание в сахаре диоксида серы
Наименование предприятия и
пробы
ОАО «Жабинковский сахарный завод»
Содержание диоксида серы,
мг/кг
Июль II
Сентябрь II
III
Октябрь I
II
III
Ноябрь I
II
III
Декабрь I
3,56
2,40
1,96
1,69
3,20
1,78
0,80
1,07
1,78
1,36
ОАО «Городейский сахарный комбинат»
Октябрь III
Ноябрь II
III
Декабрь I
2,49
1,87
3,20
2,94
ОАО «Скидельский сахарный комбинат»
Октябрь I
2,40
Данные таблицы указывают, что содержание диоксида в проанализированных образцах сахара находится в пределах норматива, действующего в
странах ЕС и равного 15 мг/кг.
25
Сравнение качества сахара белорусских производителей с требованими,
действующими в ЕС
Учитывая хорошее качество сахара-песка производства ОАО «Жабинковский сахарный завод», «Городейский сахарный комбинат» и «Скидельский сахарный комбинат», поступившего для испытаний, проведены расчеты
показателей качества сахара в баллы и сравнение их с требованиями, действующими в ЕС.
Перевод качества сахара в баллы по исследуемым образцам в разрезе
предприятий систематизирован в таблице 12.
Таблица 12 – Оценка качества сахара в баллах
Наименование показателей
Содержание
Цветность в
Цветность в
Наименование
золы
растворе
кристалличепредприятия и
ском
пробы
виде
%
баллов ед. баллов по эта- баллов
IU.
лонным
образцам
ОАО «Жабинковский сахарный завод»
Общая
сумма
баллов
Июль II
0,022
12,2
48
6,4
Сентябрь II
0,022
12,2
47
6,3
III
0,020
11,1
48
6,4
Октябрь I
0,019
10,5
53
7,1
II
0,019
10,5
47
6,3
III
0,016
8,9
43
5,7
Ноябрь I
0,017
9,4
40
5,3
II
0,020
11,1
52
6,9
III
0,018
10,0
56
7,5
Декабрь I
0,020
11,1
59
7,9
ОАО «Городейский сахарный комбинат»
1,15
1,44
1,47
1,61
1,47
1,47
1,50
1,97
1,95
2,10
2,3
2,9
2,9
3,2
2,9
2,9
3,0
3,9
3,9
4,6
20,9
21,4
20,4
20,8
19,7
17,5
17,7
21,9
21,4
23,2
Октябрь III
0,015
8,3
43
5,7
Ноябрь II
0,015
8,3
48
6,4
III
0,016
8,9
47
6,3
Декабрь I
0,020
11,1
51
6,8
ОАО «Скидельский сахарный комбинат»
1,59
1,67
1,91
1,97
3,2
3,3
3,8
3,9
17,2
18,0
19,0
21,8
Октябрь I
2,40
4,8
22,1
0,016
8,9
63
26
8,4
Анализируя стандартные показатели качества сахара отечественного
производства (таблица 12) в сравнении с требованиями к качеству сахара в
странах ЕС (стр. 9, таблица 3), необходимо отметить, что сахар, чтобы соответствовать определенной категории, не может иметь максимальные значения по всем определяющим показателям (цветность в растворе и в кристаллическом виде, содержание золы). Эти показатели, пересчитанные в баллы,
не могут превышать их сумму, которая определена Постановлением ЕС
№12655/69 от 1 июня 1969 года.
С учетом этого можно сказать, что из проанализированных образцов
(15 шт.) соответствуют II категории качества (по ЕС) только 3 образца, или
20 %. Среди них 2 образца (средние пробы III декады октября и I декады
ноября) ОАО «Жабинковский сахарный завод» и 1 образец (средняя проба III
декады октября) ОАО «Городейский сахарный комбинат».
Основная причина такому положению – недостаточно низкая цветность
сахара в растворе.
С учетом выполненных исследований можно говорить о том, что качество производимого сахара соответствует требованиям действующего ГОСТ
21-94, однако отстает от уровня в сахаропроизводящих странах ЕС. Отдельные параметры сахара, такие как цветность в растворе, гранулометрический
состав требуют корректировки, особенно для сахара, предназначенного для
экспорта.
Большим стимулом заинтересованности для предприятий сахарной промышленности стала бы более высокая цена сахара более высоких кондиций и
другие преференции.
В данной работе представлены организационные и технологические
пути повышения качества сахара.
27
КАЧЕСТВО САХАРА И ПУТИ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
(рекомендации)
ПРИМЕСИ В САХАРЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЕГО КАЧЕСТВО
Основными критериями качества сахара-песка согласно действующего
ГОСТ 21-94 являются содержание сахарозы, золы, редуцирующих веществ,
влажность и цветность.
Исходя из этих показателей, содержание несахаров в сахаре-песке
должно составлять не более 0,25 %. С учетом допустимого содержания редуцирующих веществ (не более 0,05 %), золы (не более 0,03 %), красящих веществ (около 0,02 %) на долю остальных несахаров приходится около 0,15 %.
К этим остальным веществам относятся главным образом взвешенные (суспендированные) вещества.
Для разработки и внедрения мероприятий по улучшению качества сахара важно знать состав основных групп несахаров сахара, обуславливающих
его качество, поведение их в технологическом процессе, а также эффективность их удаления различными способами.
К основным группам несахаров можно отнести золу, красящие вещества, суспендированные вещества.
Зола
Состав золы сахара обусловлен присутствием неорганических соединений, содержащихся в сахарной свекле, поступающих с питательной водой
на диффузионный процесс и известковым молоком на очистку.
Среди микроэлементов золы в наибольшем количестве (до 1 мг/кг) содержатся Fe (железо) и Ca (кальций); содержание Mn (марганец), Zn (цинк),
Pb (свинец), Mo (молибден) составляет около 0,1 мг/кг; а содержание As
(мышьяк), Cd (кадмий), Hg (ртуть), Cr (хром) – менее 0,05 мг/кг.
Элементы, входящие в состав золы сахара, содержатся главным образом в пленке межкристального раствора, находящейся на поверхности кристаллов. Содержание этих элементов внутри кристаллов незначительно.
Подтверждением этому служат исследования различных авторов по
промывке кристаллов сахара насыщенным раствором сахарозы. Установлено,
что при удалении пленки межкристального раствора с поверхности кристал28
лов без растворения кристаллического сахара содержание золы и цветность
сахара снижаются. При такой промывке можно получить сахар-песок с содержанием золы менее 0,001 %.
Согласно международному стандарту САС/RS-4 1969 (Codex recormended international standart), максимально допустимое количество в сахаре
составляет: SO2 – 20 мг/кг, Pb – 1 мг/кг, Cu – 2 мг/кг, Sn – 1 мг/кг.
Красящие вещества
Цветность сахара-песка – один из важнейших показателей его качества,
зависит от качественного и количественного состава красящих веществ, содержащихся в нем.
Наибольшее количество красящих веществ, как и зольных элементов, в
сахаре содержится в пленке маточного раствора, находящейся на поверхности кристаллов. Этим же можно объяснить то, что между цветностью сахарапеска и его зольностью установлена взаимосвязь: чем выше цветность сахара, тем выше зольность.
Цветность сахара обуславливают красящие вещества сахарного производства, состоящие из четырех основных групп:
· продуктов карамелизации,
· продуктов щелочно-термического разложения редуцирующих веществ,
· меланоидинов,
· полифенольных комплексов.
Все эти группы присутствуют в сахаре, но в различном количестве, как
и различно их влияние на цветность.
Отдельные группы красящих веществ отличаются по своим свойствам,
этим объясняют их различие по включению в кристаллы сахара-песка и
влиянию на его цветность.
29
Карамели
Карамели образуются при термическом разложении сахарозы, главным
образом при повышенной температуре вследствие дегидратации молекул сахарозы и конденсации их остатков.
Относительно включения этой группы красящих веществ в кристаллы
сахара существуют две точки зрения.
Согласно первой из них, эти красящие вещества в своих молекулах
имеют фрагменты по структуре близкие к молекуле сахарозы, и способны
интенсивно включаться в растущие кристаллы сахара.
Согласно другой, наоборот, молекулы красящих веществ продуктов карамелизации не содержат активных групп, поэтому практически не адсорбируются на поверхности кристаллов сахара.
Выполненные в последние годы исследования свидетельствуют, что
когда на выпарной станции не происходит большого нарастания цветности,
получаемый сахар практически не содержит красящих веществ продуктов
карамелизации.
Образование продуктов карамелизации возможно только при пригорании сахара на теплообменной поверхности аппаратов, но вероятность этого
процесса незначительна.
Красящие вещества продуктов
щелочно-термического разложения сахарозы
Это основная группа красящих веществ, образующаяся при щелочнотермическом разложении редуцирующих веществ. При разложении редуцирующих веществ образуется более ста новых соединений, из них значительное количества окрашенных соединений. Их структура и свойства зависят от
условий разложения: температуры, рН, продолжительности процесса и др.
Окрашенные продукты щелочно-термического разложения редуцирующих веществ, содержащие карбоксильные группы и несущие отрицательный заряд, способны включаться в кристаллы сахара.
Меланоидины
Меланоидины – это азотсодержащие красящие вещества, образующиеся в результате сахаро-аминной реакции (реакция Майяра). Это наиболее ин30
тенсивно окрашенная группа красящих веществ, обладающая большой
склонностью к включению в кристаллы сахара-песка. Считают, что эта группа красящих веществ играет основную роль в формировании цветности сахара.
Образование меланоидинов происходит как в кислой, так и щелочной
среде, в образовании их принимают участие аминокислоты, пептиды, белки.
Их количество и окраска зависит от температуры, рН среды, продолжительности процесса, концентрации реагирующих компонентов. В условиях сахарного производства меланоидины образуются на выпарной станции и при
уваривании утфелей.
Меланоидины хорошо удаляются адсорбцией на карбонате кальция,
при помощи ионообменных смол, активных углей. Под действием восстановителей они обесцвечиваются лишь частично.
Полифенольные комплексы с ионами металлов
Эта группа красящих веществ интенсивно окрашена, имеет различную
окраску, от фиолетовой до аметистовой. В продуктах сахарного производств
чаще встречаются комплексы железа с полифенолами, окрашенные в аметистовый или красно-коричневый цвет.
Наличие фенолсодержащих красящих веществ доказано и в сахарепеске. Эта группа обладает большим сродством к анионообменным смолам и,
установлено, что интенсивно включается в кристаллы сахара.
Нерастворимые примеси (суспендированные)
в сахаре-песке
В сахаре-песке, наряду с растворимыми соединениями, ухудшающими
его качество, содержатся и нерастворимые в воде примеси, которые называют суспендированными веществами.
При растворении сахара эти вещества образуют муть. Муть растворов
сахара рассматривают как взвесь с размером частиц от ≥0,1 мкм. При фильтровании таких растворов через бумажные фильтры фильтраты остаются мутными, так как размер пор обычной фильтровальной бумаги 3,5…10 мкм, а
31
уплотненной – 1…2,5 мкм, т.е. размер пор бумаги больше размера частиц,
обуславливающих мутность раствора.
Наличие мути в растворах затрудняет определение истинной цветности
таких растворов, так как мутные растворы показывают, как правило, завышенные результаты цветности.
Муть можно удалить, используя мембранные фильтры с размером пор
~ 0,5 мкм. Измерение цветности растворов, профильтрованных через такие
фильтры, позволяет получить прозрачные растворы и измерить истинную величину их цветности.
Суспендированные примеси состоят в основном из труднорастворимых
солей кальция, главным образом CaCO3, окиси кремния, осадков органических веществ.
При наличии повышенного содержания таких примесей в сахаре-песке
его кристаллы имеют матовую поверхность. Матовый сахар-песок, как правило, дает и мутные растворы.
Содержание суспендированных примесей в сахаре-песке может колебаться довольно значительно, зависит в основном от правильности проведения технологических процессов, качества сиропа, из которого получают сахар.
Содержание суспендированных веществ в сиропе с клеровкой
и меры по их снижению
Cироп, предназначенный для получения сахара-песка, должен быть искристым, так как из мутного сиропа получается сахар пониженного качества.
Мутность сиропа обусловлена наличием в нем суспендированных веществ, среди которых могут присутствовать:
- частички CaCO3;
- частички кальциевых солей органических кислот, выпавших в осадок
при выпаривании;
- частички скоагулированных высокомолекулярных соединений (ВМС);
- обломки накипи.
Присутствие частичек CaCO3 в сиропе зависит от надежности фильтрации сока II сатурации, сульфитированного сока и сиропа.
32
Наличие взвешенных веществ (мутность) в сиропе обусловлено как за
счет частичек взвешенных веществ, попадающих при фильтровании соков II
сатурации (частички CaCO3), так и выпадением в осадок при сгущении сока в
сироп на выпарной станции плохорастворимых солей кальция, а также коагуляции ВМС.
Кроме того, в сиропе могут присутствовать нерастворимые «черные
частицы», например, ржавчина из труб, ловушек и т.д., а также отколовшиеся
частицы накипи.
Если же частицы мути не удалить из сиропа, то в процессе центрифугирования утфеля они будут задержаны в слое кристаллического сахара и
приведут к ухудшению его качества. Во избежание этого, взвеси перед поступлением сиропа в вакуум-аппараты должны быть удалены.
Считают, что сироп хорошего качества («искристый») должен содержать не более 30 мг/л сиропа взвешенных веществ. Именно из такого сиропа
можно получить сахар хорошего качества.
Для фильтрования сиропа используются различные виды фильтрационного оборудования, в котором фильтрующей перегородкой являются:
· ткань;
· ткань с намытым слоем вспомогательного фильтрующего материала
(кизельгур, перлит, карбонат кальция);
· металлическая сетка с отверстиями различного диаметра и др.
Эффективность удаления мути из сиропа зависит, с одной стороны, от
размера пор фильтрующей перегородки, а с другой, от дисперсности, т.е.
размера частиц мути, находящихся в сиропе.
В сиропе с выпарной установки содержатся как частицы с размером
более 1 мкм, относящиеся к грубодисперсным системам (это частички осадка
СaCО3 с размером 1…5 мкм, частички осадка труднорастворимых солей
кальция, выпадающие в осадок на выпарной станции примерно того же размера), так и высокомолекулярные соединения с размером частиц менее 1
мкм, относящиеся к высокодисперсным системам.
К ВМС сахарного сиропа относят пектиновые вещества, декстран,
часть красящих веществ и др.
33
По характеру структуры осадок клеровки отличается от осадка сиропа.
Это обусловлено тем, что он состоит главным образом из веществ органического происхождения, подвержен большему сжиманию и в большей степени
затрудняет фильтрование, чем осадок сиропа.
Отличительной особенностью сиропа с клеровкой, как осветляемой
суспензии путем фильтрования, является низкое содержание твердой фазы,
не более 0,1 % к их массе, а также высокая степень дисперсности осадка.
Важнейшим фактором, определяющим производительность фильтрационного оборудования, является величина удельного сопротивления осадка.
Обычно эта величина уменьшается с увеличением содержания твердой фазы
в фильтруемой суспензии. Кроме того, удельное сопротивление осадка
уменьшается с уменьшением размера частиц.
Наиболее эффективным способом уменьшения удельного сопротивления осадка является добавление вспомогательных фильтрующих средств в
процессе фильтрования через предварительно намытый слой осадка.
Выбор фильтровальных перегородок
Фильтровальные перегородки обычно выбирают только на основании
знания размера частиц суспензии и размера пор самой перегородки.
В качестве фильтровальных перегородок в последние годы наиболее
широко используются ткани из синтетических материалов, которые значительно превосходят ранее применяемые хлопчатобумажные ткани по стойкости к агрессивным средам, не дают усадки, отличаются высокой прочностью.
К числу свойств, влияющих на выбор ткани, можно отнести способность к задержанию твердых частиц, механическую прочность, проницаемость и склонность к закупориванию пор, например, вследствие «загорания»
ткани.
При оценке фильтровальной ткани с точки зрения задерживающей способности по отношению к твердым частицам важен размер пор. О размере
пор можно судить лишь ориентировочно по числу нитей на 100 мм по основе
и утку. Чем больше таких нитей, тем плотнее ткань и меньше размер отверстий.
34
Естественно, чем плотнее ткань, тем получается более прозрачный
фильтрат. Однако в этом случае к сопротивлению осадка, добавляется повышенное сопротивление фильтрующей перегородки. Удовлетворительной
скорости фильтрации в этом случае можно добиться путем уменьшения толщины слоя осадка на фильтровальной ткани или увеличением поверхности
фильтрации.
В последнее время в сахарном производстве применяют ткани, изготовленные из полипропилена или полиамида, так как они отличаются высокой устойчивостью по отношению к кислотам и щелочам.
Все большее применение находят синтетические полотна на тканевой
основе и нетканые материалы, что связано с все возрастающими требованиями к качеству фильтрата, к свойствам осадка, к сроку службы тканей, к экономии материальных ресурсов.
Фильтрование через намывной слой кизельгура или перлита
Для удаления мути и тем самым получения прозрачного фильтрата
применяют фильтрующие материалы – кизельгур, фильтроперлит. Намывной
слой фильтрующих порошков пропускает частицы менее 0,5…1 мкм, т.е. в
этом случае из сиропа удаляется более тонкая муть.
Кизельгур представляет собой тонкий порошок с размером частиц
1…30 мкм (в зависимости от марки), состоит почти на 90 % из аморфной
кремниевой кислоты, содержащей 2…3 % Al2O3 и 1 % Fe2O3, имеет объемную массу 300…350 кг/м3.
Фильтроперлит – порошок вулканического происхождения, состоит из
гидратированных силикатов кальция, подвергнутых термической обработке,
имеет насыпную массу 200…300 кг/м3. Частички не имеют заряда.
Частички кизельгура имеют отрицательный заряд и способны задерживать не только муть, но и положительно заряженные частички коллоидной
дисперсности, тем самым давая более высокое осветление.
Фильтрующие порошки можно использовать тремя способами:
1. намывкой фильтрующего слоя;
2. непрерывной подачей суспензии порошка в фильтруемый сироп;
35
3. комбинированным способом, включающим намывку слоя, и затем
подпитку сиропа суспензией фильтрующего порошка (этот способ
наиболее эффективен).
Расход кизельгура должен составлять 0,8…1,0 кг/м2 фильтрующей поверхности, фильтроперлита – 0,3…0,4 кг/м2 при толщине слоя ~ 1 мм.
Для повышения качества фильтрата и получения более устойчивого
слоя фильтрующего порошка рекомендуется добавлять целлюлозу в количестве ~ 5 г на 1 м2 фильтрующей поверхности.
Причинами получения мутного сиропа могут явиться следующие:
· неправильно подобрана фильтрующая ткань (большой размер отверстий);
· негерметичная установка фильтрующих элементов;
· неправильный намыв слоя осадка и образование в нем трещин;
· не проведена рециркуляция первых порций фильтрата после начала
нового цикла фильтрования;
· повреждена ткань или небрежно зашиты швы;
· давление фильтрования повышается до предельного значения.
Фильтрование через намывной слой карбоната кальция
На сахарных заводах Чехии имеется опыт фильтрования сиропа на камерных фильтрпрессах с использованием фильтрующего вспомогательного
средства – суспензии CaCO3, полученной на II сатурации.
Для этого сгущенная суспензия после ФиЛСов делится на 2 части, одна
из которых направляется на предефекацию, а вторая служит в качестве источника CaCO3, используемого как вспомогательное фильтрующее средство.
Эта часть суспензии направляется в сборник с перемешивающим устройством, смешивается в нем со смесью сиропа и клеровки, а затем подается на
фильтрование.
Количество суспензии CaCO3 подается из расчета, чтобы в полученной
смеси содержание осадка составляло 0,45…0,70 г СаО / 100 мл.
Промышленными испытаниями установлено, что добавление суспензии не приводит к увеличению содержания солей кальция, не изменяет величину рН отфильтрованного раствора.
36
Применение суспензии CaCO3 обеспечивает более эффективное удаление мути и позволяет получить фильтрат высокого качества с содержанием
мути ~ 25 мг на кг смеси, или 50 мг на 1 кг сухих веществ фильтрата.
Высокое качество отфильтрованной таким образом смеси сиропа с клеровкой позволяет получать сахар с низкой зольностью.
Фильтры с металлической сеткой
В настоящее время разработаны новые виды фильтрационного оборудования для отделения взвешенных веществ из сиропа.
Например, фирма Альфа Лаваль поставляет модель Конфильт для удаления из сиропа или смеси клеровки с сиропом частиц размером ≥ 50 мкм.
В Чешской Республике разработан ситовой фильтр СФ-160, позволяющий улавливать частицы размером ≥ 50..70 мкм.
Для отделения взвешенных частиц служит и фильтр Сибомат фирмы
Путч с сеткой с размером отверстий 35 мкм. Его производительность 60 м3/ч
при фильтровании сиропа или клеровки с концентрацией сухих веществ до
75 % при температуре 90…95 ºС.
Важным фактором получения искристого фильтрата и сахара высокого качества является оперативный контроль мутности, в первую очередь
смеси сиропа с клеровкой. Мутность сиропа с выпарной установки обусловлена главным образом присутствием частичек CaCO3.
На основании содержания в сиропе суспендированных частиц можно, с
одной стороны, судить о мутности сиропа, и, с другой, своевременно выявить и устранить возможные отклонения в технологическом процессе, вызывающие мутность сиропа.
37
СИРОП И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО САХАРА
Определяющим фактором, влияющим на качество получаемого сахара,
является качество сиропа с выпарной установки. Низкое качество сиропа с
выпарки является одной из основных причин ухудшения получаемого сахара,
в частности более высокого содержания в нем золы и повышенной цветности.
Известно, что для получения сахара высокого качества чистота сиропа
должна быть не ниже 92 %. Величина чистоты сиропа зависит от качества
перерабатываемой свеклы, параметров процессов экстрагирования сахара и
очистки диффузионного сока.
Ошибки, допущенные при извлечении сахарозы и очистке сока, в последующем практически исправить невозможно. Так, за счет адсорбентов для
обесцвечивания сиропа можно увеличить его чистоту максимально на 0,1 %.
Считают, что чистота сиропа в меньшей степени зависит от сахаристости свеклы, чем от содержания в ней золы.
Содержание редуцирующих веществ в сиропе должно быть не более
0,5 % к массе сухих веществ в нем или не более 0,4 % к его массе.
Цветность сиропа не должна превышать 25…30 усл. ед., а содержание
взвешенных веществ – не более 30 мг на 1 л сиропа.
Причины высокой цветности сиропа
Высокая цветность сиропа может иметь место:
-при переработке свеклы низкого качества;
-из-за неудовлетворительной работы станции сокодобывания (низкое
качество стружки, повышенная температура, высокая откачка, плохо подготовленная питательная вода, высокая микробиологическая зараженность сока);
-при неудовлетворительной работе станции очистки (не выдерживаются оптимальные параметры на дефекации – температура, продолжительность
процесса, что приводит к получению нетермоустойчивого сока, пересатурированию сока II сатурации);
38
-при нарушении режима работы выпарной установки: недостаточное
поступление сока II сатурации, не выдерживается требуемый уровень сока по
корпусам, что приводит к оголению поверхности и карамелизации сахара,
длительное время пребывания сока в корпусах выпарки.
Нарастание цветности на выпарной установке
и пути его уменьшения
Нарастание цветности при сгущении сока на выпарной станции зависит
от:
-качества сгущаемого сока;
-режима работы выпарной установки;
-типа выпарных аппаратов и их компоновки.
Высокое нарастание цветности наблюдается при сгущении сока пониженного качества, особенно содержащего значительное количество редуцирующих веществ. Это имеет место при переработке свеклы пониженного качества и при недостаточном разложении редуцирующих веществ в процессе
известково-углекислотной очистки. Происходящее затем разложение редуцирующих веществ на выпарной установке в присутствии азотсодержащих
веществ при повышенной температуре в результате реакции Майяра приводит к образованию интенсивно окрашенных веществ – меланоидинов. Последние интенсивно включаются в кристаллы сахара и именно за счет них
обусловлена главным образом повышенная цветность сахара.
При отклонениях при проведении очистки, в частности не выдерживания оптимальной щелочности на II сатурации и неудовлетворительной
фильтрации сока II сатурации, происходит загорание поверхности нагрева
выпарной установки. В этом случае увеличивается время пребывания сока в
аппаратах установки и соответственно увеличивается количество разлагаемой сахарозы и возрастает цветность.
При сгущении сока одинакового качества нарастание цветности зависит главным образом от выдерживания оптимальных параметров при выпаривании, а именно: поддержания давления пара в греющей камере, уровня
сока в корпусах, равномерной подачи сока на выпарную установку, контроля
за температурой в аппаратах, правильного отвода конденсата и отбора экст39
ра-паров. Отклонение указанных параметров от оптимальных величин влияет
на продолжительность пребывания сока в аппаратах и его температуру, от
чего зависит нарастание цветности. Оба этих фактора оказывают влияние и
на разложение сахарозы. Чем меньше сок пребывает в выпарной установке,
тем меньше разлагается сахарозы и нарастание цветности.
Время пребывания сока и температура выпаривания зависят также от
конструкции и принципа работы применяемых выпарных аппаратов и их
компоновки в схеме выпарной установки.
Пленочные выпарные аппараты, безусловно, имеют преимущества перед циркуляционными. В них выше коэффициент теплопередачи, меньше
время пребывания сока в аппарате, сокращается время выпаривания и за счет
этого достигается существенное улучшение качества получаемого сиропа.
Пленочные аппараты обеспечивают возможность эффективной работы
при более низкой разнице температур и меньших поверхностях нагрева.
Следует отметить, что недостатком пленочных выпарных аппаратов
является высокая их чувствительность к равномерности потока сока, поступающего на выпарную установку, неравномерность потока может привести к
срыву пленки и образованию накипи. Однако этот недостаток полностью перекрывается их экономной работой и получением сиропа более высокого качества.
Из опыта эксплуатации различных выпарных установок известно, что
наименьшее нарастание цветности (ниже 20 %) имеет место на пленочной
выпарной установке. Цветность сиропа после комбинированной установки,
состоящей из циркуляционных и пленочных аппаратов, примерно на 25 %
ниже, чем на установке, состоящей из одних циркуляционных аппаратов, но
значительно хуже чем после выпарной установки, состоящей из одних пленочных аппаратов.
Процесс сгущения сока на выпарной установке сопровождается отложением накипи на греющей поверхности выпарных аппаратов. Образующаяся накипь, значительно снижая коэффициент теплопередачи, приводит к
снижению производительности оборудования, увеличению времени пребывания сока и нарастанию цветности.
40
В последние годы на рынке появились химические препараты, уменьшающие образование накипи в выпарных аппаратах и вакуум-аппаратах, что
очень важно для повышения качества продуктов и улучшения качества сахара.
Важно оптимально подобрать препарат с комплексным действием, который бы препятствовал образованию накипи, улучшал качество производимого сахара путем снижения зольных элементов в кристаллах и цветности.
Требования к качеству продуктов, поступающих на уваривание
утфеля I кристаллизации
Смесь сиропа с клеровкой, направляемая на уваривание утфеля I кристаллизации, должна быть прозрачной, иметь рН 7,8…8,2, содержать солей
кальция – 0,12…0,5 % СаО к массе сиропа и иметь цветность не более 30 усл.
ед.
Исходя из приведенных выше требований на основании баланса цветностей, можно определить величину цветности желтого сахара II и соответственно его клеровки.
Так как цветность смеси сиропа с клеровкой зависит от цветности каждого из компонентов, то ее суммарную величину можно регулировать путем
изменения величины одного из этих компонентов. Если цветность сиропа,
например, 45 усл. ед., то цветность желтого сахара должна быть порядка 20
усл. ед.
Из этого следует, что в том случае, когда цветность смеси более 30 усл.
ед. или требуется получить сахар-песок более высокого качества, необходима
дополнительная очистка одного из компонентов смеси или их обоих.
Дополнительные методы очистки сиропа
В некоторых случаях для повышения качества сиропа после выпарной
установки применяют обработку его активированным углем или подвергают
известково-углекислотной очистке. Оба эти способа направлены главным образом на снижение цветности сиропа.
При применении активных углей чистота сиропа повышается всего
примерно на 0,1 %, а при известково-углекислотной очистке – на 0,5 %.
41
С помощью активных углей и карбоната кальция происходит снижение
цветности и удаление части высокомолекулярных соединений ВМС, что
важно для улучшения процесса кристаллизации.
Обесцвечивание сиропа с помощью активных углей
Эффективность обесцвечивания сиропа таким способом зависит от типа активного угля и его количества.
Рациональный расход активного порошкообразного угля в зависимости
от качества сиропа составляет 0,4…0,6 % к массе СВ сиропа.
Необходимое время контакта сиропа свеклосахарного производства с
активным углем должно составлять не менее 20 мин.
Известково-углекислотная очистка сиропа
В сиропе, не считая прироста красящих веществ на выпарной установке, концентрация красящих веществ примерно в 3…4 раза выше по сравнению с сульфитированным соком, что является положительным фактором с
точки зрения адсорбции последних. То есть, чем выше концентрация сорбируемых веществ, тем больше их поглощается в процессе сорбции на единицу
поверхности адсорбента.
Но с другой стороны, сироп является концентрированным сахаросодержащим раствором. Известково-углекислотная очистка концентрированных растворов связана с определенными трудностями – пенением при сатурировании и замедленной фильтрацией.
В Чехии для обесцвечивания сиропа разработан способ одновременной
известково-углекислотной очистки сиропа. Особенностью этого способа является то, что в сатуратор одновременно с сиропом поступают известковое
молоко и сатурационный газ. Их подача регулируется таким образом, чтобы
в сатураторе поддерживалась заданная величина рН, т.е. проводится одновременная дефекосатурация. Это позволяет избежать пенения и получить
осадок с более крупными частицами.
Известковое молоко подается из мерника в трубопровод сиропа. Его
количество регулируется в зависимости от количества поступающего на очистку сиропа. Количество известкового молока подается из расчета 6,0 кг СаО
42
на 1 м3 сиропа. Сатурация проводится при температуре 80…90 ºС до рН
7,5…8,0. Контроль процесса сатурации проводится по величине рН.
Эффективность дефеко-сатурационной очистки сиропа зависит от количества добавляемой извести, что следует из нижеприведенных данных:
Расход извести, кг/м3
Эффект обесцвечивания, Эффект снижения солей
%
кальция, %
2,6
17,5
14,3
4,6
40,9
38,6
6,5
55,9
51,2
Данный способ рекомендуется для сахарных заводов, производящих
сахар на экспорт.
КАЧЕСТВО ЖЕЛТОГО САХАРА И ПУТИ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ
Улучшение качества желтого сахара имеет важное значение не только
для повышения качества готовой продукции, но и для увеличения ее выхода.
Качество желтого сахара зависит не только от качества перерабатываемой свеклы, но и от приготовления, подготовки и центрифугирования утфеля. Причем указанные выше параметры играют весьма важную роль и их необходимо учитывать.
Основными показателями качества желтого сахара являются его чистота и цветность. Однако эти показатели являются как бы констатирующими
величинами. Само же качество желтого сахара обусловлено количеством и
качеством межкристального раствора, находящегося на поверхности кристаллов сахара.
Количество межкристального раствора на кристаллах желтого сахара
зависит от параметров разделяемого утфеля и процесса центрифугирования.
То есть по величине количества межкристального раствора можно судить о
правильности подготовки утфеля к центрифугированию и проведению самого процесса центрифугирования.
43
Эту величину можно определить на основании данных анализа утфеля,
желтого сахара и отделенного оттека, используя следующие уравнения:
М м . р .к . =
100(СХ у - СХ от )(100 - СХ с )
(1)
(СХ с - СХ от )(100 - СХ от )
где: Мм.р.к. – количество межкристального раствора на кристаллах
желтого сахара, % к массе утфеля;
СХс – содержание сахара в желтом сахаре, %;
СХот – содержание сахара в оттеке (мелассе), %.
М м . р .к . =
CВ у (Ч у - Ч от )[100(100 - Ч от ) - СВс (Ч с - Ч от )]
(2)
СВс (Ч с - Ч от )(100 - Ч от )
где: СВу – содержание сухих веществ в утфеле, %;
СВс – содержание сухих веществ в желтом сахаре, %;
Чу – чистота утфеля, %;
Чс – чистота желтого сахара, %;
Чот – чистота оттека (мелассы), %.
Входящие в уравнения показатели определяются заводской лабораторией, что упрощает определение. Рассмотрим определение количества пленки межкристального раствора на кристаллах желтого сахара III на основании
приведенных данных результатов анализа:
Наименование
продукта
утфель III
желтый сахар III
меласса
СВ, %
Сх, %
Ч, %
89,9
97,5
82,0
71,5
93,2
49,2
79,5
95,5
60,0
Подставив приведенные выше данные в уравнения 1 и 2 получим соответственно 6,68 % и 6,82 % (к массе утфеля) межкристального раствора на
кристаллах желтого сахара III. Полученные результаты указывают, что оба
уравнения практически дают одинаковые результаты.
Количество межкристального раствора на поверхности кристаллов сахара зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются: размер
кристаллов сахара, вязкость межкристального раствора, фактор разделения
применяемой центрифуги, продолжительность центрифугирования.
44
С повышением вязкости отделяемого оттека качество желтого сахара
ухудшается, что обусловлено увеличением количества пленки отделяемого
оттека, остающейся на поверхности кристаллов сахара.
С увеличением же кристаллов сахара, продолжительности центрифугирования и фактора разделения количество межкристального раствора на кристаллах уменьшается и за счет этого происходит улучшение качества желтого сахара.
Их этих трех параметров наибольшее влияние на качество желтого сахара оказывает размер кристаллов. Так, при увеличении размера кристаллов
сахара с 0,25 до 0,35 мм цветность желтого сахара снижается с 43 до 32 усл.
ед., а чистота возрастает с 95,5 до 96,6 %.
Увеличение числа оборотов (фактора разделения) сказывается на
улучшении качества сахара в меньшей степени, чем размер кристаллов.
С увеличением продолжительности центрифугирования качество желтого сахара также улучшается. Однако увеличение продолжительности центрифугирования, например, с 450 до 540 с на улучшении качества желтого
сахара сказывается незначительно.
С учетом изложенного можно сказать, что реального улучшения качество желтого сахара можно достичь: за счет увеличения кристаллов сахара,
повышения равномерности гранулометрического состава утфеля и снижения
вязкости отделяемого оттека.
Одним из способов получения более крупных кристаллов и улучшения
гранулометрического состава утфеля является уваривание его на кристаллической основе.
Эффективным мероприятием по снижению вязкости отделяемой при
центрифугировании мелассы является подогрев утфеля перед центрифугированием и температура центрифугирования. При этом, чем выше температура
центрифугирования, тем лучше качество желтого сахара.
Стремлением получить желтый сахар более высокого качества можно
объяснить центрифугирование утфеля последнего продукта на заводах Западной Европы при температуре 50-55 ºС.
45
Качество получаемого белого сахара существенным образом зависит
от состава смеси сиропа с клеровкой, поступающей на уваривание утфеля I
кристаллизации.
На состав этой смеси, ее качество заметное влияние оказывает качество
желтого сахара, который в виде клеровки смешивается с сиропом и сульфитируется.
Естественно, чем лучше качество желтого сахара, тем выше качество
его клеровки и выше качество сахара-песка.
Качество желтого сахара зависит от ряда факторов: качества перерабатываемой свеклы, условий очистки, выпаривания и в значительной мере – от
выбранной кристаллизационной схемы и условий уваривания утфелей.
Важнейшим критерием, определяющим качество желтого сахара, является его гранулометрический состав. Чем меньше размер кристаллов сахара,
тем больше их поверхность и больше содержится на их поверхности маточного раствора и хуже качество сахара.
Мероприятия по улучшению гранулометрического состава желтого сахара хорошо известны. Это – применение затравочной пасты для заводки
кристаллов, уваривание утфелей на кристаллической основе. Однако улучшение гранулометрического состава хотя и позволяет несколько улучшить
качество желтого сахара, но не решает проблему получения желтого сахара
хорошего качества, особенно при переработке свеклы пониженных кондиций. Дело в том, что цветность желтого сахара зависит не только от количества пленки, но и от ее цветности.
Кроме того, в пленке маточного раствора содержатся ВМС, которые затрудняют процесс фильтрования смеси сиропа с клеровкой и ухудшают качество получаемого сахара.
Поэтому для улучшения качества клеровки важно удалить с поверхности кристаллов часть пленки или подвергнуть клеровку дополнительной очистке. Для этого проводят аффинацию желтого сахара или известковоуглекислотную очистку клеровки.
Аффинация желтого сахара. Данный способ хорошо известен. Он позволяет на 30 % снизить цветность сахара, на 1,5 % повысить его чистоту.
46
Эффективность способа зависит от гранулометрического состава желтого сахара. Для его реализации требуется аффинатор и аффинационные центрифуги.
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ САХАРА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА
КАЧЕСТВО САХАРА-ПЕСКА
Известно, что качество получаемого сахара, при прочих равных условиях, в значительной степени зависит от кристаллизационной схемы, применяемой на сахарном заводе, и элементов, входящих в нее.
Основными факторами, обуславливающими качество сахара, являются:
- количество и качество пленки, содержащейся на поверхности кристаллов;
- количество примесей, включенных в кристаллы.
Количество пленки маточного раствора, находящейся на поверхности
кристаллов сахара, зависит от гранулометрического состава сахара и в значительной степени от наличия кристаллов неправильной формы (сросшихся,
двойников, друз). Чем их больше, тем будет больше пленки и ее труднее удалить при промывке сахара водой в центрифуге.
В связи с этим, гранулометрический состав сахара является одним из
важнейших факторов, определяющих качество сахара.
Известно также, чем выше концентрация несахаров и красящих веществ в увариваемом продукте, чем хуже его качество, тем больше несахаров
включается в кристаллы сахара и приводит к ухудшению его качества.
Процесс включения несахаров в кристаллы зависит от качества увариваемого продукта, а также условий процесса кристаллизации («заводка» кристаллов, скорость кристаллизации сахарозы и др.).
Известно, что чем выше концентрация несахаров и красящих веществ в
увариваемом продукте, то есть чем хуже его качество, тем больше несахаров
включается в кристаллы сахара, что в конечном итоге приводит к ухудшению
его качества.
47
Наиболее интенсивное включение несахаров в кристаллы сахара наблюдается при заводке кристаллов, когда их поверхность очень большая и за
счет этого имеется возможность для большой адсорбции несахаров.
Поэтому «заводку» кристаллов проводят на продуктах как можно более
высокой чистоты и более низкой цветности.
От правильности проведения “заводки” кристаллов зависит и гранулометрический состав сахара, в частности наличие в нем сросшихся кристаллов
(друз, конгломератов). Эти кристаллы за счет включения межкристального
раствора содержат вдвое больше золы, чем кристаллы сахарозы правильной
формы, имеют более высокую цветность.
Кроме того, присутствие конгломератов вызывает образование «муки»,
уменьшает скорость роста кристаллов, затрудняет промывку сахара и увеличивает расход воды на его пробеливание.
Установлено, что применение затравочной пасты с размером частиц
более 150 мкм позволяет полностью избежать образования конгломератов.
Хорошая циркуляция увариваемой в вакуум-аппарате массы также способствует меньшему образованию конгломератов.
Важным фактором, влияющим на включение несахаров в кристаллы
сахара, является скорость кристаллизации сахарозы. Чем она выше, тем более благоприятные условия для механического захвата примесей в кристаллы
сахара. Именно этим, т.е. меньшей скоростью кристаллизации объясняют,
что в кристаллах желтых сахаров практически не содержится несахаров, а
основное их количество находится в пленке маточного раствора, находящейся на поверхности кристаллов.
Качество сахара в определенной мере зависит и от размеров кристаллов
сахара: чем меньше их размер, тем больше их поверхность и, соответственно,
при прочих равных условиях, на их поверхности будет больше маточного
раствора и тем хуже его качество.
48
СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА САХАРА ЗА СЧЕТ
МЕРОПРИЯТИЙ В КРИСТАЛИЗАЦИОННОМ ОТДЕЛЕНИИ
Кристаллизационное отделение сахарного завода является одним из
важнейших отделений, так как от его работы зависит не только выход готовой продукции, но и ее качество.
В кристаллизационном отделении проводится практически процесс перекристаллизации, который, как известно, является мощным средством очистки веществ, в нашем случае – сахарозы. Качество получаемого при этом
сахара в значительной степени зависит в какой последовательности проводится этот процесс, из каких продуктов кристаллизуется сахароза и как ведется кристаллизация.
Все эти элементы и составляют кристаллизационную схему завода. В
настоящее время известно несколько способов улучшения качества сахара,
применяемых в кристаллизационном отделении, а именно:
-заводка кристаллов на основе специально приготавливаемой пасты;
-уваривание утфелей в аппаратах с перемешивающими устройствами;
-аффинация непробеленного сахара I продукта;
-промывка сахара сахаросодержащим раствором и водой;
-уваривание утфелей на кристаллической основе;
-получение сахара-песка из утфеля, увариваемого только из клеровки
желтых сахаров.
В основе всех этих способов заложен принцип уменьшения количества
и улучшения качества пленки маточного растворов на поверхности кристаллов сахара.
Уменьшение количества пленки достигают улучшением гранулометрического состава сахара, получением более крупных и однородных кристаллов, имеющих меньшую поверхность по сравнению с мелкими, или за счет
более полного ее удаления путем применения аффинации и пробеливания
водой.
Улучшение качества пленки межкристального раствора можно достичь
и за счет использования для уваривания утфелей продуктов более высокого
качества.
49
При промывке нагретым сахаросодержащим раствором удаление
пленки происходит за счет механических сил. Под давлением нагретого промывающего сахаросодержащего раствора происходит разбавление и нагревание пленки маточного раствора. Вследствие этого снижается ее вязкость и
поэтому пленка легче и полнее отделяется при центрифугировании. При последующей промывке водой расход ее для достижения одинакового эффекта
удаления пленки будет меньше.
Безусловно, чем выше качество применяемого для промывки сахаросодержащего раствора, тем выше эффективность промывки при одном и том же
количестве воды.
Количество раствора, используемого для промывки, зависит от качества утфеля и требований к качеству получаемого сахара. Чем больше используется раствора для промывки, тем получаемый сахар содержит меньше золы
и менее окрашен.
При необходимости значительного улучшения качества получаемого
сахара применяют для промывки клерс, получаемый путем растворения сахара-песка.
Результаты производственных испытаний этого способа следующие:
С промывкой клерсом и водой
Расход
воды,
%
1,14
1,00
1,71
Расход
клерса,%
1,71
2,85
2,28
Содержание золы,
%
0,018
0,016
0,019
С промывкой только водой
Цветность,
усл. ед.
42
38
37
Расход Содержаводы,
ние
%
золы, %
2,28
0,018
3,00
0,016
1,71
0,028
Цветность,
усл. ед.
35
40
44
Приведенные данные указывают, что комбинированная промывка сахара вначале клерсом, а затем водой позволяет при получении сахара одинакового качества уменьшить примерно в два раза расход воды на промывку
или же при одинаковом расходе воды получить сахар более высокого качества.
Двухступенчатая промывка приводит также к улучшению качества оттеков: содержание золы в них и их цветность снижаются примерно в два
раза.
50
Клерсовый оттек направляется в зависимости от его качества на уваривание утфеля I кристаллизации или же утфеля II кристаллизации.
При осуществлении этого способа необходимо следить за количеством
подаваемых на промывку сиропа и воды. Расход клерса для утфеля среднего
состава составляет примерно 2,0 % к его массе.
Начинать промывку клерсом следует при числе оборотов 700…800 в
минуту. Температура клерса, подаваемого на промывку должна быть около
80 ºС.
Другие способы улучшения качества сахара
Известны и другие способы повышения качества сахара.
Способ аффинирования непробеленного сахара утфеля I кристаллизации.
Этот способ предложен и проверен в производственных условиях Чехии. Способ заключается в том, что вначале из утфеля I кристаллизации центрифугированием получают сахар без пробеливания его водой. Затем его
смешивают с клеровкой желтого сахара II кристаллизации, получая аффинационный утфель, который по качеству лучше утфеля I кристаллизации, уваренного из смеси сиропа с клеровкой. Аффинационный утфель затем центрифугируют с пробеливанием сахара водой. Получаемый при этом оттек по
качеству лучше сиропа с клеровкой, но хуже клеровки сахара II кристаллизации. Он имеет и более высокую концентрацию сухих веществ. Поэтому его
целесообразно использовать в начальной стадии уваривания утфеля I кристаллизации. Оттек, получаемый при центрифугировании аффинационного
утфеля, направляется на уваривание утфеля I кристаллизации.
Особенностью данной схемы, кроме аффинирования непробеленного
сахара утфеля I кристаллизации, является пробеливание сахара II водой в
центрифугах (работа на два оттека) и аффинирование желтого сахара III.
Производственная проверка показала, что такой способ позволяет значительно улучшить качество сахара – снизить содержание золы примерно в
два раза и цветность сахара на 30-40 %.
Безусловно, реализация данного способа связана с использованием дополнительного оборудования, что связано с дополнительными затратами.
Получение сахара более высокого качества путем перекристаллизации
желтых сахаров.
51
На сахарных заводах Германии для получения сахара высокого качества рафинадного достоинства применяют 4-х кристаллизационную схему.
Схема базируется на 3-х кристаллизационной схеме. Отличительной ее
особенностью является то, что клеровка сахара III не направляется на уваривание утфеля I, а уваривается вместе с частью (20-30 % клеровки аффинированного сахара последнего продукта) на утфель 0, из которого потом получают сахар высокого качества.
С точки зрения получения сахара высокого качества такое решение является удачным. Клеровка сахара II по своему качеству: чистоте, цветности,
содержанию взвешенных веществ значительно лучше смеси сиропа с клеровкой, поступающей на уваривание утфеля I кристаллизации., из более качественного продукта получается и сахар более высокого качества.
Из сиропа, части клеровки аффинированного сахара II и первого оттека
утфеля 0 уваривается утфель 1, и из него получают сахар-песок. Однако качество его ниже качества сахара из утфеля 0. Оба эти сахара смешивают –
75 % сахара 0 и 25 % сахара-песка и направляют в силос. В принципе данную
схему можно рассматривать как схему, обеспечивающую получение двух сахаров: сахара категории А и сахара категории В соответствии со стандартами
ЕС.
Схема представляет несомненный интерес для заводов, нацеленных на
выпуск сахара рафинадного достоинства как при переработке сахарной свеклы, так и тростникового сахара-сырца.
ЧЕРНЫЕ «ЖУЧКИ» В САХАРЕ И МЕРЫ БОРЬБЫ С НИМИ
В ряде случаев в сахаре имеет место появление посторонних частичек,
так называемых «жучков», имеющих примерно такой же размер, как и кристаллы сахара. Поэтому они заметны невооруженным глазом. При растворении сахара они не растворяются и оседают на дно сосуда, их плотность
больше единицы. Присутствие даже очень незначительного количества таких
52
частичек (несколько штук на 1 кг сахара) может привести к забраковке партии такого сахара и снижению имиджа предприятия.
Во избежание этого важно знать природу таких частичек, причины их
образования и, исходя из этого, применять меры борьбы с ними.
По природе их можно разделить на два типа:
-первый тип – это частички ржавчины, окалины от оборудования;
-второй тип – это частички органическо-минерального происхождения,
образующиеся под воздействием повышенной температуры на выпарной установке и в вакуум-аппаратах. По внешнему виду и цвету частички обоих
типов практически не отличимы. В ряде случаев окраска частичек второго
типа может быть от серовато-коричневой до коричневой.
Основным отличием частичек является различие их магнитных
свойств. Так, частички первого типа, состоящие в основном из окислов железа, обладают магнитными свойствами и притягиваются магнитом, в то время
как частички второго типа такими свойствами не обладают и магнитом не
притягиваются. То есть с помощью магнита можно определить к какому типу
частички относятся.
«Жучки» второго типа обычно представляют собой комплекс, состоящий из частичек фильтрационного осадка и поверхностно-активных веществ
(ПАВ), последние выступают в роли флокулянта, соединяющего частички
вместе. В качестве ПАВ выступают как соединения, содержащиеся в продуктах, так и добавляемые в технологическом процессе, например, при уваривании утфелей.
За счет свойств ПАВ частички этих комплексов «приклеиваются» к
греющей поверхности и задерживаются там, как бы образуя «точечную накипь». Безусловно, таких комплексов немного и вероятность соприкосновения с греющей поверхностью невелика.
Происходит их «подгорание» на греющей поверхности, приобретение
темного цвета, а затем вследствие ослабления связи они отделяются и переходят в циркулирующий утфель. При центрифугировании эти «жучки» за53
держиваются между кристаллами, остаются в слое сахара, ухудшая его товарный вид.
Важнейшим условием предупреждения появления «жучков» в сахаре
является тщательная очистка оборудования, особенно от окалины в ремонтный период.
В случае появления их следует установить место появления, причины и
принять соответствующие меры.
Обнаружить «жучки» можно путем фильтрования раствора продукта
через бумажный фильтр, так как они на нем задерживаются. Поскольку их
содержание обычно незначительно, следует отбирать пробу для анализа в количестве ~ 5 л и затем пробу разбавить горячей водой до получения раствора
с концентрацией ~ 5-7 % сухих веществ и этот раствор профильтровать.
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАРАЖЕННОСТЬ САХАРА
И МЕРЫ БОРЬБЫ С НЕЙ
Микробиологическая зараженность сахара является так же одним из
показателей его качества. Причем в ряде производств это один из важнейших
показателей качества сахара.
В кристаллическом сахаре микроорганизмы находятся как внутри кристаллов сахара, куда они попадают с капельками межкристального раствора,
так и на их поверхности в пленке маточного раствора.
В технологическом процессе большая часть микроорганизмов, прошедших дефекацию и сатурацию, исключая споры, задерживается фильтрационным осадком, который действует как биологический фильтр. На дальнейших этапах технологического процесса борьба с микроорганизмами проводится главным образом воздействием температуры. Применение на этих
этапах дезинфицирующих средств должно быть ограничено.
В продуктовом отделении применение дезинфицирующих средств возможно путем введения их в вакуум-аппараты.
54
В кристаллизаторах и центрифугах источником инфицирования являются воздух, разлитые продукты и др.
Для борьбы и профилактики с микроорганизмами необходимо выполнять соответствующие мероприятия, которые хорошо известны.
Хотелось бы обратить особое внимание на мойку полов в кристаллизационном отделении с применением дезинфицирующих средств, это способствует резкому снижению количества микроорганизмов в воздухе, тем самым
в продуктах.
55
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА САХАРА
Качество сахара находится в тесной взаимосвязи с использованием сахаросодержащего сырья с хорошим технологическим качеством и передовых
производственных технологий. Основные технологические аспекты, оказывающие влияние на качество сахара, в кратком изложении следующие.
Качество сахарной свеклы
Известно, что качество сахарной свеклы более чем на 50 % зависит от
агротехники возделывания. Поэтому должно быть налажено самое тесное
сотрудничество со свеклопроизводителями и самый строгий контроль за качеством применяемых сортов и гибридов, формированием густоты насаждений, внесением органических, минеральных и микроудобрений.
Особое внимание следует уделить рН почв, оно должно быть в пределах
6,5 – 7,0. Такая почва способствует более раннему наступлению спело-
сти корнеплодов, лучшей усвояемости микро- и макроэлементов из удобрений, повышению устойчивости к заболеваниям корнеплодов, особенно гнилью.
Для нормального развития растений сахарной свеклы очень важна сбалансированность питательных элементов. Рекомендуется производить обработку листовой поверхности сахарной свеклы в критические фазы развития
комплексами, содержащими в себе основные элементы питания. Листовая
подкормка за последние десятилетия стала в мировой агрономической практике общепринятой. Она снижает или полностью нейтрализует воздействие
стресс-факторов на растения, повышает эффективность внесения основного
удобрения, повышает урожайность и технологические качества свеклы.
Важнейшую роль играет показатель густоты насаждения растений на
1 га. Установлено, что при переработке свеклы, выращенной с густотой насаждения 100 тыс. растений на 1 га в сравнении со свеклой, выращенной при
густоте насаждений 60 тыс. растений на 1 га, выход сахара увеличивается как
через показатель урожайности свеклы, так и через повышение ее технологических качеств. Только за счет повышения технологических качеств свеклы
выход сахара увеличивается на 3,5 кг с 1 тонны переработанного сырья.
56
Но вырастить свеклу высокого качества – это только часть задачи. Следует качественно и своевременно убрать ее, что означает:
-выкопать с минимальными механическими повреждениями;
-заготовить свеклу с низким содержанием зеленой массы, не более 3 %
к ее массе, так как присутствие зеленой массы в количестве 5,5 % снижает
чистоту свекловичного сока более чем на 4,2 %, а при хранении – масса количества проросших корнеплодов возрастает на 25 %;
-закупить свеклу с правильной обрезкой головок свекловичного корня,
не допуская на нем большого количества зеленой массы в виде черешков и
листьев, в которых, как правило, находится примерно на 125% больше натрия и органических кислот.
Качество свеклы может резко ухудшиться при хранении ее, особенно в
неблагоприятных условиях.
В период хранения вследствие микробиологических и биологических
процессов сахароза разлагается с образованием редуцирующих веществ и органических кислот. Кроме того, белковый азот превращается в азот аминокислот, который способствует увеличению содержания сахара в мелассе,
снижению качества готовой продукции. Редуцирующие вещества негативно
влияют на степень очистки соков и кристаллизацию сахарозы, повышают
цветность сахара.
Необходимо внедрять ресурсосберегающую систему сырьевого обеспечения сахарных заводов, которая позволила бы сохранить природные качества сахарной свеклы, минимизировать потери, повысить выход и качество
сахара.
Как снизить возможное ухудшение технологических качеств сахарной
свеклы при хранении?
Основные пути заключаются в соблюдении действующих правил,
имеющихся рекомендаций, практического опыта.
Для обеспечения лучшей сохранности свеклы и предотвращения ее
подмораживания целесообразно применять различные укрывочные материалы, в качестве которых применяют пленочные самоотражающие материалы,
измельченную и плиточную солому, еловые и сосновые лапники и другое.
Нужно практиковать побелку кагатов, увлажнение кагатов и межкагатного
57
пространства, вентилирование кагатов, обработку биофунгицидами. Практиковать укладку свеклы в хозяйствах на краткосрочное хранение в укрытых
кагатах в значительных объемах.
Переработка сахарной свеклы
Безусловно, одним из основных направлений в повышении качества
выпускаемой продукции является внедрение передовой технологии, проведение технологических процессов в оптимальных условиях.
Очистка транспортерно-моечной воды
Очистка транспортерно-моечной воды в определенной мере обуславливает микробиологическую зараженность диффузионного сока, фильтрационные свойства соков, потери сахара в производстве и содержание его в мелассе, а также показатели качества выпускаемого сахара. В связи с эти не рекомендуется экономить на ее очистке. Наряду с использованием извести необходимо широко применять коагулянты, пеногасители, дезинфицирующие
средства.
Экстрагирование сахара из свекловичной стружки
С учетом того, свекловичная стружка и сок являются хорошей питательной средой для развития микроорганизмов, в случаях нарушения технологического режима диффузии, или при поступлении в переработку свеклы
пониженного технологического качества, с повышенным содержанием хвостиков и боя, зараженной микроорганизмами, увеличивается разложение сахарозы в результате повышения жизнедеятельности микроорганизмов. Основные продукты распада сахарозы – молочная и уксусная кислоты, красящие вещества, другие несахара остаются в соке в виде солей, тем самым
снижая эффект очистки на диффузии, на дефекосатурации, снижая не только
выход сахара, но и качество готовой продукции. Наиболее опасно инфицирование диффузионной установки микроорганизмами, поступающими с жомопрессовой водой, так как они уже адаптировались к условиям процесса диффузии и дезинфектанту.
На показатели очищенного сока негативное влияние оказывает присутствие мезги в диффузионном соке. Мезга на дефекации под влиянием температуры и извести разлагается с выделением пектинов. Наличие последних в
58
жидком соке дает значительный прирост цветности. Содержащаяся в неочищенном соке мезга снижает натуральную щелочность сока 1 сатурации, эффект очистки на дефекосатурации, чистоту сока II сатурации, повышает концентрацию солей кальция, ухудшает фильтрацию, резко повышая мутность
сока. Она также может служить причиной отложения накипи в выпарных аппаратах.
Подготовка питательной воды
Высокое качество готовой продукции определяет и качество питательной воды. Исследованиями установлено, что минимальный переход пектиновых веществ в сок наблюдается при рН 4,5. Рекомендуется применять питательную воду с рН 4,1 – 5,5. Это обеспечивает получение более светлого
диффузионного сока, исключает опасность снижения величины рН диффузионного сока ниже 6,2.
В качестве питательной воды на диффузионный процесс используют
всю жомопрессовую воду, аммиачные конденсаты, при необходимости барометрическую воду.
Приготовление питательной воды на диффузионный процесс подробно
описано в Рекомендациях по оптимизации переработки сахарной свеклы
урожая 2008 г., утвержденных концерном «Белгоспищепром» от 14.10.2008 г.
Очистка диффузионного сока
Диффузионные сока, полученные из различной по качеству свеклы, по
общепринятой классификации К. Вукова, оцениваются следующим образом:
Качество диффузионного сока
Наименование показателей
хорошее
среднее
ухудшенное
> 90
< 2,0
< 0,5
87 - 90
2,0 - 2,6
0,5 - 0,7
< 87
> 2,6
> 0,7
< 0,15
0,15 - 0,25
> 0,25
< 0,02
< 0,35
0,02 - 0,035
0,35 - 0,75
> 0,035
> 0,75
< 0,09
0,09 - 0,18
> 0,18
Чистота, %
Содержание несахаров, % к массе сока
Содержание золы, % к массе сока
Содержание редуцирующих веществ,
% к массе сока
Содержание α-аминного азота, % к
массе сока
Содержание коллоидов, % к массе
сока
Содержание пектинов, % к массе
свеклы
59
Известково-углекислотная очистка диффузионного сока с точки зрения
получения сахара высокого качества направлена на решение следующих основных задач:
-максимально возможное удаление несахаров;
-получение очищенного сока минимальной цветности;
-получение осадка с хорошими седиментационными и фильтрационными свойствами;
-получение термоустойчивого очищенного сока, технологические
свойства которого должны мало изменяться в процессе сгущения на выпарной установке.
Типовая технологическая схема очистки диффузионного сока предусматривает проведение холодной (теплой) преддефекации, комбинированной
основной дефекации, I сатурации, дефекации перед II сатурацией, II сатурации. На основе этой схемы разработаны схемы очистки с усовершенствованными процессами, которые базируются на комбинации преддефекации,
дефекации, пересатурации, одновременной дефекосатурации, рециркуляции
частиц сатурационного осадка с нефильтрованным соком I сатурации, сгущенной суспензии или же относительно чистого СаСO3 осадка сока II сатурации.
Предварительная дефекация
Цель преддефекации – более полное осаждение несахаров и получение
плотного осадка с определенными свойствами. Реакции распада редуцирующих, белковых и пектиновых веществ должны протекать медленно. Редуцирующие вещества целесообразно разрушать на основной дефекации, где в
сильнощелочной среде выход красящих веществ будет меньшим.
Этим требованиям в наибольшей степени соответствует прогрессивная
преддефекация (длительность 20…30 минут при 40…55 ºС). Для оптимизации работы преддефекации важно привести в соответствие температурный
режим с длительностью процесса.
При пониженной температуре создаются условия для получения более
светлых соков и сиропа. Но следует заметить, что при пониженных температурах преддефекованный сок сильно пенится. Кроме этого сок может пениться при:
60
- перегреве диффузионного сока;
- недостатке извести для процесса;
- захвате воздуха в сок после пульполовушек;
- неправильном подборе производительности насосов диффузионного
и преддефекованного соков;
- повышенном числе оборотов мешательного приспособления;
- переработке свеклы, выращенной в засушливый сезон.
Для уменьшения пенения соков необходимо диффузионный сок в
преддефекатор направлять самотеком (желательно и в дефекатор). Можно
для уменьшения пенения использовать через установленные форсунки
фильтрованный сок 1 сатурации.
В зависимости от состава несахаров диффузионного сока, от температуры и продолжительности процесса необходимо определять оптимальную
величину рН преддефекованного сока, которая лежит в пределах 10,8…11,6.
Величина рН тем выше, чем выше натуральная щелочность. При переработке
диффузионных соков с высоким содержанием редуцирующих веществ и декстрана полезно уменьшать рН преддефекации, иногда даже до рН 9,0…9,5
для облегчения фильтрования сатурационных осадков. Обычно при переработке такой свеклы при рН 5,9…6,0 начинается коагуляция коллоидов, при
рН 8,5…9,6 она достигает максимума. При повышении рН до 10,3…10,8 осадок исчезает, сок темнеет. При рН 11 осадок настолько диспергирован, что
сок становится мутным. Коагуляция наступает вновь лишь при очень большом добавлении извести.
На преддефекации следует работать с минимальным количеством возврата сатурационного осадка, обеспечивающим необходимую полноту коагуляции коллоидов. При такой работе повышается чистота сока и снижается
цветность за счет меньшей десорбции и растворения несахаров возвращаемого осадка. Наиболее целесообразно возвращать на преддефекацию активизированный осадок 2 сатурации.
Контроль на преддефекации лучше осуществлять по величине цветности, точнее оптической плотности, преддефекованный сок должен быть светлым, без мути, а также необходим более тщательный контроль расхода из-
61
вести на предварительную дефекацию, который колеблется в пределах от
0,17 до 0,51 % СаО.
В мировой практике при переработке свеклы ухудшенного качества
довольно широко распространена предварительная обработка диффузионного сока небольшим количеством извести при одновременном поступлении
газа (предсатурация) вместо преддефекации. Предсатурация – составной
элемент многих схем очистки сока.
При проведении преддефекации в оптимальном режиме здесь имеет
место значительный эффект очистки сока – примерно 60 % от общего. К сожалению, полученный эффект очистки может быть понижен при проведении
основной дефекации за счет частичной пептизации белково-пектинового
комплекса. Поэтому необходимо совершенствовать схему очистки в направлении отделения преддефекованного или предсатурационного осадков до основной дефекации. Эффект отделения осадка особенно заметен при переработке свеклы ухудшенного качества.
Для повышения эффективности преддефекационной обработки диффузионного сока, особенно при переработке некондиционного сырья, свеклы
после длительного хранения рекомендуется совершенствовать очистку сока,
применяя:
- схему работы преддефекатора с промежуточным сатурированием,
которая обеспечивает многократное подщелачивание диффузионного сока в
процессе его рециркуляции;
- схему с отделением осадка несахаров до основной дефекации;
- схему очистки диффузионного сока с предсатурацией;
- схему очистки диффузионного сока с предсатурацией и последующим
отделением осадка. По этой схеме на основную дефекацию направляется
лишь то количество сока, которое соответствует диффузионному;
- эффективные и правильно подобранные флокулянты;
- электроконтактную обработку диффузионного сока.
Основная дефекация
Цель основной дефекации – максимально возможное разложение амидов, кислот, солей аммония, редуцирующих веществ, омыление жиров, до62
осаждение анионов кислот, минимизация растворения белкового коагулята,
создание избытка извести, необходимого для получения достаточного количества СаСО3 на 1 сатурации.
Следует помнить, что если реакции разложения не завершатся в сокоочистительном отделении, то они будут продолжаться на последующих стадиях технологического процесса и снижать качество сиропа и сахара, то есть
сока будут не термоустойчивы.
Разложение редуцирующих веществ идет быстро. При всей сложности
протекающих реакций прослеживаются два основных пути превращений редуцирующих веществ, конечными продуктами которых являются органические кислоты (молочная, гликолевая, левулиновая, уксусная, муравьиная и
др.) или красящие вещества. Направленность того или другого пути зависит
от условий проведения дефекации.
Степень разложения редуцирующих веществ зависит от температуры и
продолжительности процесса. Известно, что:
- при повышении температуры процесса усиливаются реакции конденсации и образования красящих веществ, а среди образовывающихся органических кислот превалирует молочная кислота (до 80 %), которая проходит в
виде растворимых кальциевых солей до мелассы, усложняя и ухудшая качественные показатели производства и готовой продукции;
- на холоду редуцирующие вещества разлагаются в основном до кислот, соли которых хорошо адсорбируются на 1 сатурации и дают менее окрашенные вещества на дальнейших стадиях производства, а количество молочной кислоты от общего количества образовавшихся кислот составляет ~
3 %.
Поэтому следует направлять указанную реакцию по второму пути.
При повышенном содержании редуцирующих веществ в диффузионном соке работу следует вести по схеме с холодной дефекацией при температуре до 50 ºС длительностью 20…25 минут.
На основной дефекации должно максимально произойти разложение
амидов и солей аммония, оксаминовой кислоты. При их разложении на последующих стадиях производства в растворе будут накапливаться растворимые соли кальция, затрудняющие кристаллизацию и повышающие потери
63
сахарозы, а выделяемый аммиак будет способствовать накоплению красящих веществ.
Аммиачный азот значительно больше влияет на термоустойчивость
очищенного сока, чем продукты распада редуцирующих и других несахаров.
Следует отметить, что образующийся на дефекации аммиак удаляется
из раствора плохо, значительная часть его проходит до выпарной установки и
служит там источником образования красящих веществ.
В диффузионном соке хорошего качества содержание амидов около
0,01 %, в свекле ухудшенного качества – до 0,1 %. На основной дефекации
амиды (глутамин и аспарагин) разлагаются лишь на 10…50 %.
Чтобы достичь достаточно полного разложения редуцирующих веществ и других несахаров без существенного ухудшения качества сока, основную дефекацию проводят в две ступени: холодную (теплую) дефекацию
при температуре до 50 оС и горячую – при температуре 85…90 оС (при температуре выше 85 оС наблюдается ухудшение фильтрации). Длительность горячей дефекации 5…15 минут. При комбинированной дефекации эффект
разложения амидов выше на 10%.
Иногда, при переработке свеклы с высоким содержанием α-аминного
азота рекомендуется повышать температуру сока до 90…92 оС и длительность процесса горячей основной дефекации до 20…25 минут. Но повышение температуры сопровождается ухудшением фильтрации.
Основное требование, предъявляемое к процессу основной дефекации –
стабилизация постоянной концентрации оксида кальция в дефекованном соке.
Работу на основной дефекации необходимо контролировать по содержанию редуцирующих веществ в очищенном соке. Для получения термоустойчивых соков оно не должно превышать 0,03 % к массе сока.
Основные пути повышения степени разложения несахаров на дефекации и получения термоустойчивых соков:
- обеспечение хорошего смешивания сока с известью;
- аэрирование дефекованного сока. При этом уменьшается содержание
α-аминного азота в продуктах, интенсивнее удаляется аммиак, ускоряется
разложение глутамина и аспарагина. Степень их разложения повышается на
64
13 %, снижается цветность сока на 10…15%. Для эффективного аэрирования
необходимо обеспечить диспергирование воздуха. Немецкие исследователи
нашли, что воздух лучше продувать на горячей дефекации;
- применение кавитации (образование пустот в движущейся жидкости).
При переработке здоровой неповрежденной свеклы очищенный сок хорошего качества получают при длительности холодной дефекации 0…6 минут. При значительном повреждении свеклы основную дефекацию вообще
исключают из процесса очистки, а известковое молоко подают в трубопровод
перед сатуратором.
Термоустойчивость соков не зависит от количества расходуемой извести, т.к. в реакции разложения вступает лишь известь, находящаяся в растворе.
I сатурация
На 1 сатурации необходимо наиболее полно отделить осажденные известью на преддефекации и дефекации несахара, максимально адсорбировать
растворимые несахара, в том числе красящие вещества и белковые соединения. Для этого необходимо немного недосатурировать сок (щелочность
0,10…0,15 % СаО). При такой щелочности в соке остается некоторое количество углекальциевых сахаратов, обладающих высокой дисперсностью, а,
следовательно, повышенной адсорбционной способностью по сравнению с
кристаллическим карбонатом кальция. При рН выше 11,2 более полно удаляется аммиак. Качество такого сока выше, чем пересатурированного, но такой сок хуже фильтруется.
Поэтому следует систематически устанавливать и корректировать оптимальный режим на 1 сатурации с учетом эксплуатируемого фильтрационного оборудования. Оптимальной щелочностью сока 1 сатурации является
максимальная ее щелочность, при которой в работе фильтрационного оборудования не наблюдается затруднений.
Пересатурированный сок фильтруется хорошо, но он имеет повышенную цветность и повышенное содержание кальциевых солей. Это связано с
десорбцией красящих веществ. На одном из заводов Чехии наблюдали снижение скорости уваривания утфелей, ухудшение эффекта аффинации, увели65
чение содержания сахара в мелассе. Была установлена причина этого явления
– повышенное содержание коллоидов в продуктах, вызванное выдерживанием на I сатурации низкой щелочности, необходимой для улучшения фильтрационных свойств в соке I сатурации.
Особенно важно работать с повышенной щелочностью при переработке свеклы, выращенной в условиях дефицита влаги, с высоким содержанием
азотистых веществ. По мере ухудшения качества свеклы рН сока I сатурации
снижается, значительная часть щелочности сока I сатурации является аммиачной. Известны случаи, когда рН 11 на I сатурации достигался при щелочности 0,20…0,25 % СаО. Если не учитывать это, сок приобретает свойства
пересатурированного и отрицательно сказывается на качественных показателях очистки.
Температура I сатурации 82 ºС вредна, она должна быть более высокой.
Больший эффект адсорбции несахаров на I сатурациии достигают путем проведения ее в двух аппаратах А и В, без промежуточной фильтрации с
распределением извести таким образом: 70…75 % – на холодную ступень основной дефекации, 25…30 % – в аппарат В I сатурации.
При переработке свеклы, содержащей редуцирующих веществ более
1,0 %, применяется одновременная дефекосатурация в две ступени, что возможно при двухкотловой I сатурации. На первой ступени поддерживается рН
9,0…9,5, на второй – около 11. Предусмотрен возврат сока после второй ступени в диффузионный сок. Распределение извести на обе ступени регулируется в зависимости от фильтрационных свойств сока I сатурации. Преддефекацию и основную дефекацию при этом из схемы выключают. Такой способ
позволяет перерабатывать свеклу, частично пораженную слизистым бактериозом.
Идеальный режим проведения непрерывной I сатурации – постепенное
снижение щелочности сока, только не по координате времени, как в периодическом сатураторе, а по координате длины аппарата в секционном непрерывно действующем сатураторе. Тогда в первых секциях такого сатуратора в
зонах высокой щелочности образуется высокодисперсный осадок карбоната
кальция с максимальным адсорбционным эффектом очистки сока.
66
II сатурация
Для более полного разложения оставшихся редуцирующих веществ,
амидов, солей аммония, и, следовательно, для повышения термоустойчивости сока необходимо дополнительно провести перед II сатурацией 5минутную дефекацию качественно отфильтрованного сока 1 сатурации, с подачей извести в количестве 0,5 % СаО, с последующим возвратом всей полученной суспензии осадка карбоната кальция на преддефекацию.
Цель II сатурации – максимально возможное удаление солей кальция, а
также дополнительная адсорбционная очистка сока после добавления извести
перед ней.
Решающее значение для проведения II сатурации имеет присутствие в
соке карбонатов калия и натрия.
При переработке свеклы хорошего качества натуральная щелочность
положительна, ее величина составляет 0,02…0,04 % СаО. При переработке
свеклы, выросшей во влажное лето, величина натуральной щелочности может достигать 0,05…0,06 % СаО. Натуральная щелочность отрицательна при
переработке сахарной свеклы ухудшенного качества (свекла, выросшая в засушливое лето; свекла, выросшая при нарушении правил агротехники ее возделывания и уборки; хранимая в неблагоприятных условиях; подмороженная
и оттаявшая и др.).
Режим проведения процесса II сатурации зависит от уровня натуральной щелочности.
При переработке свеклы хорошего качества установление оптимального рН сока II сатурации не вызывает затруднений. Обычно оно равно примерно 9,25.
Для свеклы с высокой натуральной щелочностью особенно тщательно
надо следить за проведением процесса II сатурации. В этих условиях сок II
сатурации легко перегазовать, в нем образуются бикарбонаты калия и натрия,
которые разлагаются на выпарке, способствуя повышению рН. Выпаривание
и уваривание таких продуктов сопряжено с определенными трудностями,
ухудшается качество сахара. В мировой практике для борьбы с подобным явлением применяют усиленное сульфитирование, добавление хлористого
кальция и др.
67
При переработке свеклы с отрицательной натуральной щелочностью на
II сатурации следует поддерживать максимально возможное рН, при котором
еще не наблюдается резкого увеличения солей кальция и сироп с выпарки
имеет рН 7,8…8,2.
Для повышения эффекта очистки сока и снижения содержания солей
кальция целесообразно проводить II сатурацию в режиме работы двухступенчатого сатуратора.
Снижение содержания солей кальция в соке II сатурации достигается в
сборниках-дозревателях.
Сульфитация
На качество сахара оказывает большое влияние процесс сульфитации.
При соковой сульфитации происходит обесцвечивание красящих веществ их
восстановлением, предотвращение образования новых красителей (блокированием карбонильных групп моносахаридов), снижение рН сока. Сернистая
кислота и ее соли блокируют карбонильные группы редуцирующих веществ
и тем самым препятствуют их участию в реакциях образования красящих
веществ. При наличии в соке сернистой кислоты или ее солей в соотношении
0,5 моль диоксида серы на 1 моль редуцирующих сахаров красящие вещества
практически не образуются. Сернистая кислота инактивирует биокаталитическое действие ферментов при образовании меланинов, восстанавливает соли трехвалентного железа до солей двухвалентного, не образующих красящих веществ с полифенолами.
При проведении сульфитации в неоптимальных условиях нарастание
цветности на стадии выпаривания может быть пятикратным.
Но проводить соковую сульфитацию целесообразно только для соков с
высокой натуральной щелочностью.
Сульфитация может оказать неблагоприятное влияние на ведение технологического процесса:
- при переработке свеклы пониженного качества, с низкой или отрицательной натуральной щелочностью, так как сульфитация в этом случае уничтожит остаточную резервную щелочность, повысит содержание солей кальция и ухудшит качество готовой продукции;
68
- при высокой концентрации нитритов в соке (в случае сильного микробиологического инфицирования в диффузионной установке), так как во
время его сульфитации и последующего сгущения при высоких температурах
и низких значениях рН (< 8,0) возможно вступление нитритов во взаимодействие с анионом НSО3- с образованием амидодисульфоната калия НN(SО3К)2.
Это может привести к повышению содержания диоксида серы и золы в соках
и готовом продукте – белом сахаре;
- при работе с повышенным рН на II сатурации, так как особенно резко
может повыситься содержание золы в сахаре.
Сок следует сульфитировать таким образом, чтобы в сиропе содержалось свободных сульфитов не менее 0,001 % к массе свеклы.
При переработке свеклы ухудшенного качества уменьшают степень
сульфитирования сока или полностью отключают сульфитацию.
При исключении из технологической схемы процесса сульфитации сока необходимо создавать систему для повышения качества товарного сахара
за счет повышения эффектов адсорбционной очистки несахаров (в частности
красящих соединений) путем внедрения интенсивных технологий I и II сатураций и использованием дополнительных сорбентов.
Газовую сульфитацию можно заменить или дополнить солевой сульфитацией, вводя в сок сульфит или бисульфит калия или натрия в количестве
0,02…0,03 % к массе свеклы. Сульфиты и бисульфиты – это соли слабой кислоты и сильного основания. В водных растворах они дают щелочную реакцию и стабилизируют рН.
Выпаривание сока
Выпарная установка по важности выполняемых функций занимает центральное место в технологической схеме завода. От ее работы зависит и качество выпускаемого сахара.
При отклонении от нормального режима работы выпарной установки
ухудшаются технологические показатели сиропа: снижаются рН и термоустойчивость, повышаются потери сахарозы и цветность. Особенно эти явления характерны для термолабильного сока (неустойчивого к температурному
воздействию).
69
При выпаривании может происходить нарастание цветности сгущаемого сока. Причины нарастания цветности:
-образование красящих веществ вследствие взаимодействия редуцирующих веществ с аминосоединениями. Эта реакция носит название меланоидиновая. Она является реакцией второго порядка, а это значит, что если
концентрация исходных в соке веществ увеличивается в n раз, то цветность
увеличивается в n2 раз. Следует отметить, что образование большей части
красящих веществ (до 70 %) обусловлено именно этой реакцией. Катионы
железа, меди, некоторые анионы ускоряют ее, а соединения серы ее ингибируют;
- увеличение длительности выпаривания сока;
- повышенное разложение сахарозы при выпаривании сока;
- снижение рН на выпарной станции по причинам незавершенности
химических реакций на основной дефекации; влияния буферной емкости сока, которая зависит от состава несахаров и остаточной щелочности сока II
сатурации;
- незавершенность химических реакций на основной дефекации. В условиях известково-углекислотной очистки степень разложения амидов (глутамина и аспарагина) составляет около 50 %, продолжение разложения их
происходит главным образом в первых двух корпусах выпарной установки.
Варочно-кристаллизационное отделение
Цель варочно-кристаллизационного отделения – получение (выделение) из сиропа максимального выхода кристаллического сахара высокого качества. Под воздействием температуры и других факторов при варке утфелей
образуются красящие вещества, которые по их влиянию на кристаллизацию
следует выделить из группы органических несахаров, поступающих в варочно-кристаллизационное отделение с сиропом.
Если принять все образовавшиеся после дефекосатурационной очистки
красящие вещества за 100%, то образование красящих веществ непосредственно в варочно-кристаллизационном отделении составляет приблизительно
80 %.
70
Для повышения качества готовой продукции при работе в варочнокристаллизационном отделении неоходимо:
- применять низкотемпературный режим уваривания утфелей II и III
продуктов;
- увеличивать выход кристаллического сахара после центрифуг, сокращать время пребывания сахарозы на верстате;
- утфеля всех продуктов варить на кристаллической основе;
- варку утфеля I продукта производить в автоматическом режиме,
стремясь к работе с непрерывной подкачкой сиропа.
Несахара переходят в кристаллы сахара из межкристального раствора
в процессе их роста при уваривании утфеля 1 продукта. Они в основном располагаются в следующих местах на кристаллах:
- трещины, заполненные межкристальным раствором;
- включения в кристаллическую решетку сахарозы;
- места срастания нескольких кристаллов;
- слой межкристального раствора на поверхности кристаллов.
Месторасположение несахаров в кристаллах сахара в большой мере зависит от качества поступающих на уваривание сиропа и клеровки, степени
пересыщения растворов и скорости протекания процесса кристаллизации, от
условий проведения кристаллизации и центрифугирования утфеля.
Значительное влияние на содержание несахаров в сахаре оказывает его
гранулометрический состав.
Кристаллизация сахарозы и разделение ее утфеля в поле действия центробежных сил достаточно тесно связаны между собой через размер кристаллов сахара. Но этим процессам свойственно противоречие, обусловленное гранулометрическим составом утфеля. Если при содержании в утфеле
кристаллов небольшого размера наблюдается более глубокое истощение его
межкристального раствора, то лучшие условия центрифугирования достигаются с увеличением их размеров. Данная зависимость объясняется не столько
размером кристаллов, сколько вязкостью межкристального раствора и температурой утфеля при фуговке. Наименьшее содержание пленки межкристального раствора приходится на кристаллы сахара размером 0,7 – 0,9 мм.
71
Наименьшее содержание пленки на кристаллах сахара достигается при температуре утфеля 68 – 72 оС, соответствующей минимальной его вязкости.
Температура оказывает существенное влияние на процесс кристаллизации. При повышении температуры увеличивается скорость распада сахарозы
и несахаров. Установлено, что в диапазоне температур от 65 оС до 80 оС снижение ее на 10 оС уменьшает скорость разложения сахарозы в растворе в
2…3 раза. А всякое разложение сахарозы и несахаров приводит не только к
снижению выхода сахара, но и к образованию красящих веществ, ухудшению
качества сахара.
Наряду с этим при повышении температуры скорость кристаллизации
увеличивается только до определенного предела, а затем снижается. Надо
помнить, что с уменьшением чистоты минимум вязкости свеклосахарных
растворов смещается в область пониженных температур.
Центрифугирование утфеля – одна из наиболее сложных и важных технологических операций в сахарном производстве, влияющих на качество сахара.
Установлено, что от качества проведения процесса фуговки утфеля 1
продукта цветность сахара зависит в значительной степени. Влага на поверхности кристаллов образует пленку сахарного раствора, толщина которой возрастает с увеличением влажности сахара после центрифуг.
Снижение содержания золы даже на незначительную величину требует
повышенного расхода промывной воды.
Задача промывки сахара – освобождение кристаллов от пленки межкристального раствора при минимальной их влажности, при максимально
возможном выходе кристаллического сахара после центрифуг. Для достижения такой цели необходимо снижать количество промывной воды за счет замены ее насыщенным сахаросодержащим раствором. Для окончательного
промывания необходимо подавать небольшое количество воды.
Для повышения эффективности сахарного производства улучшения
качественных показателей выпускаемого сахара-песка очень важно проводить правильный процесс уваривания и подготовку утфеля I продукта к фуговке:
- температура утфеля I продукта должна быть не выше 73 оС;
72
- не допускать спуска утфеля в неосвобожденную от предыдущей вари
мешалку во избежание смешивания утфелей разного качества и температуры;
- количество кристаллов в сваренном утфеле должно быть в пределах
54…55 % к его массе;
- при спуске утфеля в холодную мешалку для предупреждения высыпания «муки» по причине повышения коэффициента пересыщения межкристального раствора необходимо обрызгивать утфель водой температурой
75 оС или разбавленным I горячим оттеком;
- утфель перед фуговкой не должен быть слишком густым во избежание неравномерного промывания кристаллов, он должен быть текучим;
- следует обеспечить хорошее перемешивание утфеля в утфелемешалке;
- начало промывки сахара в центрифуге должно совпадать с моментом
окончания отделения первого оттека;
- содержание влаги в выгруженном из центрифуги сахаре должно составлять 0,6…0,9 % к массе сахара.
73
ВЫВОДЫ
Обобщая изложенное выше, отметим, что для повышения эффективности технологии очистки диффузионного сока и качества выпускаемого сахара-песка необходимо:
- улучшать качество сахарной свеклы при выращивании;
- заготовку свеклы на хранение необходимо начинать как можно позже, обязательно с учетом времени ожидаемого наступления заморозков. Хранение свеклы при высокой температуре и низкой относительной влажности
наружного воздуха, интенсивном солнечном облучении приводит к ухудшению технологического качества сырья;
- снижать длительность хранения корнеплодов сахарной свеклы, улучшать качество процесса хранения их с целью недопущения образования гнили. Следует понимать: даже самые совершенные схемы переработки не могут
компенсировать низкие качественные показатели перерабатываемого сырья;
- проводить высоко ритмичную переработку сахарной свеклы, своевременно уточняя технологический режим в зависимости от качества сырья,
поступающего в переработку;
- добиваться увеличения степени удаления несахаров клеточного сока
уже в диффузионном аппарате, применять для этого дополнительные химические реагенты, грамотно вести технологический процесс;
- добиваться достижения максимально возможных локальных эффектов и общего эффекта очистки диффузионного сока путем интенсификации
отдельных ее стадий, с переходом в аппаратурном оформлении к постепенному (ступенчатому) режиму обработки сока в секционированных реакторах
непрерывного действия, т. е. к режиму полного вытеснения;
- внедрять наиболее прогрессивную технологию очистки с отделением
преддефекованного осадка до основной дефекации;
- разрабатывать и внедрять технологии применения дополнительных
дешевых сорбентов для очистки диффузионного сока и других жидких полу-
74
продуктов, сокращая расход физически активной извести, который сегодня
превышает в 4 – 5 раз расход химически активной извести;
- грамотно проводить технологические процессы на всех стадиях сахарного производства;
- не допускать «закручивания» сахарозы на верстате завода.
Проблема качества готовой продукции в тесной связи с культурой производства, передовой технологией, автоматизацией и компьютеризацией
производственных процессов.
75
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бугаенко И.Ф. и др. Пути улучшения качества сахара-песка. ВНИИТЭИАгропром. Москва. 1989.
2. Бугаенко И.Ф. Повышение качества сахара (из свеклы и сырца). Москва. 2000.
3. Бугаенко И.Ф. Основы сахарного производства. – Москва, 2002.
4. Бугаенко И.Ф. , Тужилкин В.И. Научные основы технологии сахара.
Часть I. Санкт-Петербург. 2007.
5.
Дмитренко О.У. Якiсть цукрових бурякiв i способи очистки
дифузiйного соку. Киiв. 2004 г.
6. Захаров К.П., Жижина Р.Г., Семененко В.Э., Жаринов Н.И. Методические рекомендации по разработке оптимального технологического режима
очистки диффузионного сока. – Киев, 1981.
7. Лапин А.П. Производство сахара в ЧССР. ЦНИИТЭИпищепром.
Москва. 1975.
8. Нагорная В.А. Оптимальные условия проведения очистки соков в
свеклосахарном производстве. Методические рекомендации. – Киев, 1989.
9. Сапронов А.Р., Сапронова Л.А. Технология сахара-песка и сахарарафинада. Москва, 1996.
10. Силин П.М. Технология сахара. Москва. 1967.
11.
Хомiчак
Л.М.
Шляхi
пiдвiщення
ефективностi
вапняно-
вуглекислотного очищення дифузiйного соку. Киiв. 2004 г.
12. Чернявская Л.И., Адамович В.П., Зотова Ю.А. Определение цветности сахара и продуктов сахарного производства. Методические указания –
Москва, 2007.
13. Чернявская Л.И., Адамович В.П., Зотова Ю.А. Сахар. Методы определения показателей качества. Киев. 2007.
76
14. Качество сахарной свеклы урожая 2005 года. Пути обеспечения эффективной переработки свеклы, повышения качества готовой продукции.
Материалы научно-технического семинара. Киев. 2005.
15. Принципы технологии сахара. Под редакцией П. Хонига. Перевод с
английского под редакцией Г.С. Бенина. Москва. 1961.
16. Технологические отклонения в сахарном производстве. Перевод с
чешского и редакция И.Ф. Бугаенко. Москва. 1986.
17. Сахарная промышленность. 1997. № 3. с. 18.
18. Сахар. 2005. № 5. с. 40.
77