УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ПІСКІВЕЦЬ ВАЛЕНТИН АНДРІЙОВИЧ

На правах рукопису

УДК 664.1.012

РОЗРОБЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ЦУКРОПРОДУКТІВ

ІЗ ДИФУЗІЙНОГО СОКУ

05.18.05 –Технологія цукристих речовин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті цукрової промисловості Міністерства Аграрної політики України та на Яготинському цукровому заводі Міністерства Аграрної політики України.

Науковий керівник | Доктор технічних наук, професор Штангеєв Валерій Остапович – Український науково-дослідний інститут цукрової промисловості, директор інституту.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор Ліпєц Антон Адамович, Український державний університет харчових технологій, професор кафедри технології цукристих речовин.

кандидат технічних наук, Михайлик Вячеслав Аврамович, Інститут технічної теплофізики НАН України, провідний науковий співробітник.

Провідна установа |

Інститут харчової хімії і технології НАН України та Міністерства Аграрної політики, м.Київ.

Захист відбудеться "26” грудня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.058.04 Українського державного університету харчових технологій, за адресою 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій за адресою:

01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розіслано “ 22 "листопада 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., с.н.с. Федоренченко Л.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Цукрова промисловість є важливою ланкою промислового комплексу України. Основними елементами принципової технологічної схеми бурякоцукрового виробництва є одержання бурякової стружки, екстрагування цукрози методом дифузії, вапняно-вуглекислотне очищення дифузійного соку, згущення очищеного соку, уварювання і кристалізація цукру, відокремлення кристалів цукру від міжкристалевого розчину, висушування та зберігання цукру.

Вапняно-вуглекислотне очищення дифузійного соку, за яким видаляються нецукри з ефектом 25…30%, потребує значних витрат на устаткування, допоміжні матеріали та значних виробничих площ. Воно пов’язане з використанням вапняку до 8% від маси буряків, експлуатацією спеціального відділення для його випалювання і отриманням вапняного молока та сатураційного газу. При цьому для зберігання вапняку і палива використовується значна заводська територія, відводяться великі земельні площі під поля фільтрації для зберігання фільтраційного осаду.

Що стосується впливу на навколишнє середовище, то відомо, що більшість основних викидів твердих, рідких і газоподібних забруднюючих речовин утворюються на стадії очищення дифузійного соку.

В наш час актуальним стало створення енергозберігаючих, безвідходних технологій в умовах підвищеної вартості паливно-енергетичних ресурсів і посилення контролю за екологічною чистотою промислових підприємств. Для удосконалення процесу бурякоцукрового виробництва та отримання цукропродуктів безпосередньо із дифузійного соку запропонована технологія, яка передбачає отримання бурякової стружки з інактивованими ферментами, які впливають на появу темного забарвлення дифузійного соку, отримання знебарвленого дифузійного соку, його згущення до концентрації сиропу і двохступеневу кристалізацію. При цьому одержують цукри-сирці І і ІІ кристалізації і мелясу. Для отримання цукропродуктів цукри-сирці І і ІІ кристалізації перекристалізовуються.

З економічної точки зору така технологія має ряд переваг. Вона є енергозберігаючою, оскільки повністю виключається стадія очищення дифузійного соку, а також не потребує експлуатації вапняного відділення. Розроблена технологія забезпечує зниження експлуатаційних витрат у зв’язку із спрощенням технологічного процесу.

Значно зменшується кількість обладнання цукрового заводу. Це дозволить підвищувати виробництво цукропродуктів без додаткової установки ряду видів обладнання.

Заслуговує на увагу і те, що в новій технології більшість біологічно активних нецукрів бурякової сировини (оксикислоти, амінокислоти, макро- та мікроелементи, необхідні для організму людини), які видаляються на стадії очищення дифузійного соку за традиційною технологією, входять до складу продукції, підвищуючи її біологічну цінність.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика досліджень входить до пошукової науково-дослідної роботи “Розробити технологію одержання нових видів цукру з дифузійного соку”, яка виконувалася в УкрНДІЦП по договору з Держхарчопромом України № 18514 від 7.02.95 р. і до науково-дослідної роботи “Розробити нову технологію виробництва цукристих речовин з соку цукрових буряків без дефеко-сатураційного очищення з метою підвищення ефективності виробництва цукру”, яка виконувалася в УкрНДІЦП по договору з Укрхарчопромом Міністерства АПК України № 302 від 12 січня 1999 року.

Особиста участь автора полягає в одержанні результатів лабораторних, експериментальних та промислових досліджень, в яких автор був виконавцем та відповідальним виконавцем.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розроблення нової технології цукропродуктів безпосередньо із дифузійного соку. Цукропродукти, одержані за цією технологією, матимуть меншу собівартість. Нова технологія дозволить отримувати продукти з підвищеним вмістом пектинових речовин. Меляса, одержана за даною технологією, має підвищену біологічну цінність за рахунок вмісту в ній вуглеводів, амінокислот, мінеральних речовин, мікроелементів і є цінною сировиною для мікробіологічної і фармацевтичної промисловостей.

В задачу досліджень дисертаційної роботи входить розроблення способу знебарвлення дифузійного соку, встановлення параметрів фільтрування дифузійного соку, визначення параметрів згущення дифузійного соку з метою мінімального розкладання цукрози, вивчення впливу нецукрів на швидкість кристалізації цукру-сирцю, встановлення оптимальних параметрів кристалізації цукру-сирцю із дифузійного соку та з відтоків утфелю І кристалізації, дослідження хімічного складу цукрів-сирців І і ІІ кристалізації, цукропродуктів та меляси, визначення економічної ефективності впровадження технології цукропродуктів із дифузійного соку.

Об`єкт дослідження – технологія бурякоцукрового виробництва.

Предмет дослідження – технологія одержання цукропродуктів із дифузійного соку, виключаючи стадію його дефеко-сатураційного очищення.

Методи дослідження – використані як загальноприйняті, так і спеціальні. Вміст сухих речовин визначався методом рефрактометрії, цукристість – методом поляризації, вміст редукувальних речовин – методом Мюллера, вміст золи – сульфатним методом, вміст пектинових речовин – Са-пектатним модифікованим методом, кольоровість продуктів – фотоелектрометричним методом.

Наукова новизна одержаних результатів. Теоретично обгрунтована і експериментально підтверджена доцільність використання нового напрямку в удосконаленні технології виробництва цукру.

Встановлено, що ферменти, які впливають на утворення темного забарвлення дифузійного соку, інактивуються за рахунок подрібнення цукрових буряків в стружку під шаром барометричної води і оброблення бурякової стружки відкритою парою. Визначено оптимальні параметри бланширування стружки парою.

Вперше встановлено, що дифузійний сік можливо відділити від речовин колоїдної дисперсності за рахунок оброблення його насиченою парою та фільтрування дифузійного соку через шар фільтроперліту. Встановлено оптимальну витрату фільтроперліту для фільтрування дифузійного соку.

Встановлено, що меляса одержана за розробленою технологією має підвищену біологічну цінність і низький загальний мелясоутворюючий коефіцієнт за рахунок вмісту в ній нецукрів, які видаляються на стадії очищення дифузійного соку за класичною технологією.

Нові цукри-сирці І і ІІ кристалізації мають підвищений вміст пектинових речовин.

Одержано якісно нові цукропродукти із цукрів-сирців.

Розроблено спосіб одержання цукру-сирцю із цукрових буряків (Деклараційний патент на винахід №38954 А Держпатенту України від 15.05.2001).

Практичне значення одержаних результатів. Виконані в даній дисертаційній роботі наукові розробки доведені до практичної реалізації і пройшли виробничі випробування на Яготинському цукровому заводі.

Розроблена технологія цукропродуктів із дифузійного соку без вапняно-вуглекислотного очищення.

Показано, що використання запропонованої технології дозволить зменшити кількість обладнання і приміщень для його установки, зменшити витрати палива на виробництво і зменшити негативний вплив виробництва на навколишнє середовище.

Економічний ефект від впровадження технології цукропродуктів із дифузійного соку на цукровому заводі потужністю 3000 т буряків за добу складає 800 тис. гривень (в цінах 1999 року).

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в отриманні наукових результатів, в розробленні методик досліджень в лабораторних і в промислових умовах, безпосередній участі в розробленні нової технології цукропродуктів із дифузійного соку, а також в організації науково-дослідних промислових досліджень, в підготовці до публікацій результатів теоретичних, експериментальних і промислових досліджень, обробленні та узагальненні результатів.

Достовірність роботи. Достовірність отриманих результатів, висновків та рекомендацій забезпечена використанням сучасних методів досліджень, сучасних приладів фізико-хімічних вимірів та підтверджена адекватністю результатів лабораторних досліджень і промислових випробувань.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися на Міжнародній науково-технічній конференції “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловості. (21 – 24 жовтня 1997 р. Київ, УДУХТ).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 4 друкованих праці і одержано патент на винахід Держпатенту України:

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури і додатків. Робота викладена на 126 сторінках основного тексту, містить 26 рисунків і 29 таблиць. Список використаної літератури містить 126 вітчизняних і іноземних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Аналіз існуючих способів одержання цукропродуктів і оцінка перспектив їх подальшого розвитку. На основі аналізу науково-технічної літератури визначена принципова можливість отримання цукропродуктів безпосередньо із дифузійного соку, виключаючи стадію його очищення.

Не дивлячись на наявність робіт, присвячених цій проблемі, в літературі відсутні режимні параметри проведення окремих процесів на різних стадіях технології, не в повній мірі досліджено вплив нецукрів на розчинність цукрози, хімічний склад цукрів-сирців, цукропродуктів, відтоків утфелів і меляси.

Тому при вивченні цієї проблеми необхідно не тільки вивчення літературних джерел, але й проведення нових експериментальних досліджень як в лабораторних, так і в промислових умовах. Для вирішення цих питань сформульовано основні задачі досліджень.

Розділ 2. Об`єкти і методи досліджень. Описано методи досліджень як загальноприйняті так і спеціальні. Приведена загальна технологічна схема одержання нових видів цукропродуктів. Описано основні види обладнання, які використовуються в технологічному процесі одержання нових цукропродуктів безпосередньо із дифузійного соку без вапняно-вуглекислотного очищення.

Розділ 3. Розроблення способів і схем одержання цукропродуктів безпосередньо із дифузійного соку без вапняно-вуглекислотного очищення. Задачу одержання дифузійного соку мінімальної кольоровості проводили в два ступені: одержання бурякової стружки з інактивованими ферментами, які спричиняють появу темного забарвлення дифузійного соку, та освітлення дифузійного соку.

Подрібнення буряків в стружку під шаром живильної води дозволяє одержати двохфазну систему, що відповідає внутрішньому стану коренеплоду. Це виключає попадання повітря в мікротріщини в наслідок чого понижується забарвленість соків, інтенсифікуються теплообмінні процеси. Стружка відділяється від води і піддається обробці насиченою парою з параметрами Р=0,2 МПа, t=120 С в трисекційному ошпарювачі на протязі трьох хвилин. Це дозволяє інактивувати ферменти, які спричиняють появу темного забарвлення дифузійного соку. Одержана стружка мала жовте забарвлення, яке тривалий час не змінювалося.

Процес екстракції проходив у дифузійному апараті системи Красильщикова за нормальних технологічних параметрів. Паралельно проводився контрольний варіант одержання дифузійного соку в традиційних умовах.

За результатами аналізів дифузійних соків вміст високо-молекулярних сполук в дослідних варіантах майже в 4 рази більший ніж у контрольному 3,90 % проти 0,96 % до маси сухих речовин. Основними речовинами високо-молекулярних сполук є пектинові речовини, вміст яких у дослідних варіантах становить від 2,57 до 3,59 % до маси сухих речовин. Причиною великого вмісту пектинових речовин в дифузійному соці є ошпарення стружки в сукупності з тривалістю процесу екстракції. Також в дослідних варіантах спостерігається підвищений вміст органічних кислот, редукувальних речовин. По показникам цукристості і чистоти дифузійних соків різниця не значна. Забарвленість дифузійного соку із бланшированої стружки значно менша ніж із стружки, одержаної без обробки парою.

З метою зменшення гідролізу пектинових речовин в дифузійному соці, зменшення вмісту цукрози в мелясі і пониження кольоровості продуктів проводилося очищення дифузійного соку від мезги і високо-молекулярних сполук на мезгоуловлювачі з розміром щілин в ситах 0,1 мм.

Дифузійний сік обробляли насиченою парою з температурою t=120 С і тиском 0,2 МПа, фільтрували під розрідженням через фільтрувальну тканину через шар фільтроперліту в кількості 1 % до маси соку на воронці Бюхнера. Фільтраційний коефіцієнт становив Fк=3,0…3,5 одиниці. Так як швидкість фільтрації залежить від вязкості продуктів, було проведено дослідження по визначенню динамічної вязкості дослідних та контрольного соків при температурі 40С. Динамічна вязкість дослідних соків виявилася в 1,7 рази вищою порівняно з контрольним.

Наступним кроком досліджень було згущення дифузійних соків. Двоступеневе згущення дифузійного соку проводили в лабораторних вакуум-апаратах об`ємом 15 л з поверхнею нагріву 0,17 м. В парову камеру першого апарату подавали пару з температурою 102…108С. В першому апараті дифузійний сік згущували до вмісту сухих речовин 65 % при розрідженні 0,075 МПа і t=80С, в другому – до вмісту сухих речовин 80…85 % при розрідженні 0,08 МПа і t=78С.

Паралельно проводили контрольну пробу: дифузійний сік піддавали дефеко-сатураційному очищенню, фільтруванню і згущенню до вмісту сухих речовин 65 %. Результати аналізів сиропів наведені в табл.1. В контрольній пробі помітно підвищився вміст молочної кислоти, в той час як у дослідних сиропах вміст молочної кислоти практично не змінився. Це пов`язано з тим, що при обробленні стружки парою проводилася одночасно її дезинфекція. В дослідних сиропах вміст редукувальних речовин в порівнянні з соком збільшився на 15,2 %, вміст високо-молекулярних сполук зменшився на 7,2 %.

При одержанні цукропродуктів без дефеко-сатураційного очищення нецукри, які залишаються у сиропі, понижують розчинність цукрози. А оскільки в сиропах великий вміст редукувальних речовин, то кристалізацію потрібно проводити при низькій температурі методом охолодження з метою меншого розкладу цукрози.

Таблиця 1

Склад сиропів

Показники | Одиниці виміру | Досліди | Контроль (дефеко-сатурац. очищення)

1 | 2 | 3 | 4

Масова частка сухих речовин | % | 80,40 | 82,30 | 84,11 | 85,38 | 65,87

Масова частка цукрози | % | 70,00 | 73,78 | 73,57 | 74,70 | 60,87

Кольоровість | умовн. од. | 92 | 162 | 66 | 108,3 | 28,1

од. опт. густ. | 1932 | 3402 | 1387 | 2274 | 590

Значення рН | 5,6 | 5,5 | 5,5 | 5,57 | 9,64

Вміст редукувальних

речовин | % | 0,73 | 0,61 | 0,78 | 1,25 | 0,04

% до маси СР | 0,91 | 0,74 | 0,93 | 1,46 | 0,06

Вміст ВМС | % до маси СР | 3,407 | 1,874 | 2,915 | 3,293 | -

Вміст молочної кислоти | мг/кг | 3430 | 4080 | 3280 | 3300 | 5250

% до маси СР | 0,427 | 0,496 | 0,390 | 0,387 | 0,796

Вміст

сапоніну | % | 0,31 | 0,18 | 0,34 | 0,25 | 0,05

% до маси СР | 0,386 | 0,219 | 0,404 | 0,29 | 0,07

Вміст кислотних радикалів на 10 г сиропу | мл

0,1 н NаОН | 39,7 | 31,4 | 41,0 | 43,5 | 20,0

В’язкість

при 40С | спз | 472,7 | 328,1 | 478,3 | 493,4 | 51,8

Тривалість бланширування стружки | хв | 3 | 2 | 3 | 3 | 0

Сиропи з вмістом сухих речовин 80…85 % подавалися в лабораторну мішалку-кристалізатор з регульованим числом обертів перемішуючих пристроїв та з регульованою температурою охолоджуючого елемента. На цій стадії досліджень відпрацьовували режим кристалізації. Дослідження проводили за чотирма варіантами. Через кожні 30 хвилин відбирали проби утфелів для визначення вмісту сухих речовин і чистоти міжкристалевого відтоку, кількості кристалів в утфелі. За цими даними побудовано кінетичні криві, які представлені як функції СРм=f(), Чм=f(), Кр=f() і tутф=f(). На рис.1 зображено кінетичні криві по найкращому варіанту досліджень №3.

Підігрівання сиропу перед спуском на 5С і тривала кристалізація на протязі 6 годин забезпечили лінійне зниження температури утфелю в межах 4…5С за годину і одержання утфелю з вмістом кристалів 37 %. Центрифугування утфелів проводили на лабораторній центрифузі при 1000 об/хв. Результати аналізів дослідних утфелів, міжкристалевих відтоків по всіх варіантах наведено в табл.2.

Третій варіант кристалізації є оптимальним, про це свідчать результати аналізів відтоків. Чистота міжкристалевого розчину, першого відтоку і змішаного відтоку утфелю І кристалізації третього варіанту нижчі, ніж у інших, що свідчить про більш повне висолодження розчину. Внаслідок центрифугування було одержано цукор-сирець І кристалізації кристалічного виду, якісні показники якого наведено в табл.3.

Таблиця 2

Якісні характеристики утфелів І кристалізації і їх відтоків

Напівпродукти, показники |

Оди-ниці виміру | Дослідження

1 варіант | 2 варіант | 3 варіант | 4 варіант

Утфель І

Вміст сухих речовин | % | 81,6 | 83,64 | 85,64 | 85,60

Вміст цукрози | % | 71,0 | 74,76 | 74,85 | 74,24

Чистота | % | 87,2 | 89,20 | 87,40 | 86,97

Вміст редукувальних речовин |

% | 1,14 | 0,98 | 1,25 | 1,30

% до маси СР | 1,40 | 1,17 | 1,45 | 1,52

Значення рН | 5,50 | 5,52 | 5,50 | 5,51

Міжкристалевий відтік

Вміст сухих речовин | % | 75,5 | 75,3 | 77,6 | 76,9

Вміст цукрози | % | 62,24 | 61,8 | 58,30 | 60,06

Чистота | % | 82,44 | 82,07 | 75,17 | 78,10

Вміст редукувальних речовин |

% | 1,97 | 1,41 | 2,16 | 1,73

% до маси СР | 2,61 | 1,87 | 2,78 | 2,25

Значення рН | 5,56 | 5,59 | 5,55 | 5,57

І відтік утфелю І

Вміст сухих речовин | % | 76,6 | 75,7 | 77,54 | 77,20

Вміст цукрози | % | 63,44 | 62,56 | 58,50 | 60,40

Чистота | % | 82,82 | 82,64 | 75,49 | 78,24

Вміст редукувальних речовин |

% | 1,81 | 1,28 | 1,85 | 1,85

% до маси СР | 2,36 | 1,69 | 2,38 | 2,40

Значення рН | 5,58 | 5,60 | 5,58 | 5,55

Змішаний відтік утфелю І

Вміст сухих речовин | % | 76,0 | 74,8 | 77,03 | 76,79

Вміст цукрози | % | 63,34 | 62,3 | 58,90 | 60,71

Чистота | % | 83,34 | 83,29 | 76,46 | 87,06

Вміст редукувальних речовин |

% | 1,22 | 0,97 | 1,25 | 1,03

% до маси СР | 1,61 | 1,30 | 1,62 | 1,34

Значення рН | 5,57 | 5,60 | 5,51 | 5,61

Отриманий цукор-сирець має дещо нижчий вміст цукрози 98,5-99,0 %, підвищений вміст редукувальних речовин до 0,07 %, пектинових речовин до 0,3 % і на порядок підвищену зольність в порівнянні із цукром-піском, одержаним за традиційною технологією.Наступним кроком досліджень було одержання цукру-сирцю ІІ кристалізації з відтоків утфелю І кристалізації. Відтоки уварювали в вакуум-апараті до вмісту сухих речовин 83…85 % під розрідженням. Процес кристалізації проводили аналогічно кристалізації сиропів. Дослідження проводили за двома варіантами.

Таблиця 3

Якісні показники цукру-сирцю І кристалізації

Напівпродукти, показники |

Оди-ниці виміру | Дослідження | Конт-роль

1 варіант | 2 варіант | 3 варіант | 4

варіант

Поляризація | % | 99,04 | 98,61 | 98,75 | 98,50 | 99,85

Волога | % | 0,08 | 0,10 | 0,087 | 0,078 | 0,09

Вміст редукува-льних речовин | % | 0,07 | 0,06 | 0,07 | 0,07 | 0,02

Значення рН | 5,4 | 5,42 | 5,40 | 5,46 | 7,92

Кольоровість |

Од.опт.густ. | 131 | 193 | 322 | 219 | 102

ум. од. Шт. | 1,02 | 1,48 | 2,48 | 1,7 | 0,78

Вміст ВМС | % | 0,250 | 0,300 | 0,320 | 0,284 | -

Вміст пектинових речовин | % | 0,240 | 0,298 | 0,320 | 0,280 | -

Вміст сапоніну | % | 0,18 | 0,14 | 0,16 | 0,16 | 0,03

Вміст золи вуглекислотної | % | 0,217 | 0,304 | 0,319 | 0,290 | 0,023

Вміст органічних кислот на 10 г | мл 0,1н. NaOH | 3,68 | 2,81 | 3,76 | 3,84 | 0,4

На рис.2 побудовано кінетичні криві, які відображають процес кристалізації за кращим варіантом досліджень – № 2.

Підігрівання згущеного відтоку перед спуском у мішалку-кристалізатор, кристалізація охолодженням на протязі 5 годин при швидкості охолодження утфелю 4…5С за годину приводить до суттєвого зниження чистоти міжкристалевого відтоку і одержання утфелю з вмістом кристалів 33 %. В табл.4 наведено аналіз утфелю ІІ кристалізації, відтоків і цукру-сирцю ІІ кристалізації.

Отримані цукри-сирці ІІ в порівнянні з цукрами-сирцями І кристалізації мають нижчий вміст цукрози і значно вищий вміст редукувальних речовин. Сапоніни в цукрах-сирцях обох кристалізацій розділилися практично порівно. Основною фракцією цукру-сирцю ІІ кристалізації є фракція 0,25-0,50 мм, вміст якої становить 55 %. Таким чином, були одержали цукри-сирці І і ІІ кристалізації, які з такими характеристиками: вміст цукрози 97-99 %, пектинових речовин 0,3-0,8 %, редукувальних речовин 0,07-0,27 %, кольоровість 1,0-10,0 умовних одиниць.

Подальші дослідження були направлені на одержання цукропродукту, який би за своїми показниками не поступався цукру-піску. Процес перекристалізації проводили за схемою: клерування цукру-сирцю І дистильованою водою до вмісту сухих речовин 65 % з добавкою активованого вугілля в кількості 2,5 % до маси клерівки, фільтрування, згущення до вмісту сухих речовин 85 %, кристалізація методом охолодження, центрифугування.

Рис.2 Загальні кінетичні криві процесу ІІ кристалізації по варіанту №2.

При центрифугуванні було одержано цукропродукт з такими якісними показниками: поляризація 99,8 %, кольоровість 0,42 умовних одиниць, вміст редукувальних речовин 0,0134 %, золи 0,09 %, вологість 0,05 % до маси цукропродукту. За вмістом цукрози, редукувальних речовин та кольоровості цукропродукт відповідає вимогам ДСТУ на цукор-пісок, але за вмістом золи і пектинових речовин перевищують нормативні значення стандарту на цукор-пісок. Таким чином, розроблена технологічна схема одержання нових цукропродуктів (рис.3 ) без дефеко-сатураційного очищення дифузійного соку, за якою намічено декілька напрямків використання продуктів переробки цукрових буряків.

Розділ 4. Промислові дослідження одержання цукропродуктів із дифузійного соку без дефеко-сатураційного очищення. З метою перевірки ефективності нової технології одержання цукропродуктів виключаючи стадію дефеко-сатураційного очищення дифузійного соку були проведені промислові випробування на Яготинському цукровому заводі в сезоні 1999 року. Випробування проводили за технологічною схемою, зображеною на рис.4. За цією схемою ошпарену стружку подавали в дифузійну установку КД2-А-30. Процес екстракції проводили при стандартних умовах. Дифузійний сік обробляли насиченою парою, фільтрували на дискових фільтрах ФД-80 з намивнням фільтроперліту. Фільтрований сік згущували у вакуум-апараті ВАЦ-600.

Таблиця 4

Якісні характеристики утфелів ІІ кристалізації, відтоків і цукру-сирцю ІІ

Напівпродукти, показники | Оди-ниці виміру | Дослідження

1 варіант | 2 варіант

Утфель ІІ (на кристалічній основі)

Вміст сухих речовин | % | 82,0 | 86,7

Вміст цукрози | % | 69,12 | 67,72

Чистота | % | 84,29 | 78,11

Значення рН | 5,54 | 5,52

Тривалість кристалізації | Год | 4,0 | 5,0

Міжкристалевий відтік

Вміст сухих речовин | % | 78,2 | 81,42

Вміст цукрози | % | 61,8 | 50,65

Чистота | % | 79,03 | 62,21

Значення рН | 5,55 | 5,55

Відтік змішаний ІІ

Вміст сухих речовин | % | 77,6 | 80,94

Вміст цукрози | % | 62,0 | 51,28

Чистота | % | 79,9 | 63,36

Значення рН | 5,52 | 5,53

Цукор-сирець ІІ

Поляризація | % | 97,54 | 97,0

Волога | % | 0,24 | 0,67

Вміст редукувальних речовин | % | 0,25 | 0,27

Вміст ВМС | % | 0,73 | 0,81

Вміст сапоніну | % | 0,18 | 0,19

Кольоровість | ум.од.Шт. | 9,3 | 10,8

Вихід кристалів | % | 19,2 | 32,8

Згущений сироп кристалізували на протязі 10 годин в утфелемішалці УМ-30 до температури утфеля 38С. Утфель центрифугували на центрифугах “Зангерхаузен-1000”. На згущення направляли дифузійний сік з такими показниками: вміст сухих речовин 12,21 %, вміст цукрози 10,73 %, чистота 87,88 %, вміст редукувальних речовин 0,066 %, високомолекулярних сполук 0,393 %, золи сірчанокислої 0,532 % до маси буряків. У вакуум-апараті було згущено 19,1 т сиропу з вмістом сухих речовин 85 % і спущено в мішалку-кристалізатор з температурою 61С. На рис.5 побудовано кінетичні криві, що відображають процес кристалізації методом охолодження у виробничих умовах. Хімічний склад сиропу, утфелю, відтоків наведено в табл.5, а якісні показники цукру-сирцю І - в табл.6.

Таблиця 5

Хімічний склад сиропу, утфелю, першого та другого відтоків

Показники | Одиниці виміру | Сироп | Утфель | Відтоки

перший | другий

Вміст сухих речовин | % | 85,0 | 85,2 | 69,4 | 64,7

Вміст цукрози | % | 74,5 | 74,7 | 57,65 | 54,2

Чистота | % | 87,68 | 87,65 | 83,07 | 83,78

Вміст редукувальних речовин | % до маси буряків | 0,40 | 0,43 | 1,09 | 0,53

% на 100 СР | 0,47 | 0,5 | 1,57 | 0,89

Вміст ВМС: | % до маси буряків | 3,23 | 3,19 | 2,15 | 0,95

% на 100 СР | 3,80 | 3,74 | 3,1 | 1,6

Значення рН | 6,90 | 6,92 | 6,75 | 6,82

Вміст кристалів | %– | 37,1––

Ефект кристалізації | %– | 4,63––

Отримані цукри-сирці із неочищеного дифузійного соку бланшированої бурякової стружки мають дещо нижчий вміст цукрози 97,25 %, підвищений вміст редукувальних речовин 0,78 % до маси продукту, пектинових речовин 0,55 % до маси продукту.

Одержані цукри-сирці були перекристалізовані у лабораторних умовах за чотирма варіантами. У перших двох варіантах цукри-сирці розчиняли дистильованою водою, а в третьому і четвертому з додаванням активованого вугілля в кількості 2,5 % до маси клерівки. При центрифугуванні утфелів одержано цукропродукт з такими показниками: поляризація 99,46 і 99,69 % в перших двох дослідах та 99,87 і 99,90 % в третьому і четвертому дослідах.

Таблиця 6

Хімічний склад цукру-сирцю І кристалізації

Показники |

Одиниці виміру | Величина показника

Вміст вологи | % | 0,93

Вміст цукрози | % до маси продукту | 97,25

% на 100 СР | 98,17

Вміст редукувальних речовин |

% до маси продукту | 0,178

% на 100 СР | 0,180

Вміст ВМС: | % до маси продукту | 0,620

% на 100 СР | 0,626

в тому числі пектинові речовини | % до маси продукту | 0,558

% на 100 СР | 0,560

Вміст золи кондуктометричної, | % до маси продукту | 0,504

% на 100 СР | 0,506

Кольоровість | ум. од. Шт. | 5,6

Таким чином, промислові випробування підтверджують можливість одержання нових цукропродуктів із дифузійного соку без дефеко-сатураційного очищення.

Рис. 5 Загальні кінетичні криві, що відображають процес кристалізації утфелю І.

На використання цукропродуктів, одержаних із дифузійного соку без вапняно-вуглевислотного очищення, отримано заключення відділу дієтології та клінічних досліджень медико-профілактичних засобів Інституту екогігієни і токсикології ім. Л.І.Медведя. Технічні умови на одержання дослідної партії 50 тис. т цукру-сирцю із дифузійного соку без вапняно-вуглекислотного очищення узгоджено з Головним санепідуправлінням Міністерства охорони здоров`я України і затверджено Головою Технічного комітету по стандартизації в цукровій промисловості.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Список опублікованих праць за темою дисертації.

1. Исследование возможности получения сахара непосредственно из диффузионного сока. / В.О. Штангеев, Ю.Д. Головняк, Л.Г. Белостоцкий, В.В. Супрунчук, Т.А. Вдовина, Н.В. Раскина, В.А. Писковец. // Сахарная промышленность. – 1997. - №3. – с. 13-14.

2. Получение сахаров из диффузионного сока без известковой очистки. / В.О. Штангеев, Л.Г. Белостоцкий, В.А. Писковец, В.В. Супрунчук. //Сахар. – 1999. - №1. – с. 11-12.

3. Цукропродукти з дифузійного соку можна одержувати без вапняково-вуглекислотного очищення. / В.А. Пісківець // Харчова і переробна промисловість. – 1999. - №7. – с. 30-31.

4. Одержання цукристих речовин з дифузійного соку без дефеко-сатураційного очищення в виробничих умовах. / В.А.Пісківець. // Харчова та переробна промисловість.-2000.-№5-6.-с.20-21.

5. Спосіб одержання цукру-сирцю із цукрових буряків. / Штангеєв В.О., Пісківець В.А., Білостоцький Л.Г.// Деклараційний патент на винахід Держпатенту України №38954 А від 15.05.2001 р.

6. Білостоцький Л.Г., Пісківець В.А. Дослідження з одержання цукру безпосередньо із дифузійного соку. / Тези доповіді на міжнародній науково-технічній конференції “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість”, Київ, УДУХТ, 1997 рік.

Анотація

Пісківець В.А. Розроблення технології цукропродуктів із дифузійного соку.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05. - Технологія цукристих речовин, Український державний університет харчових технологій, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено питанню розробки нової технології одержання цукропродуктів із дифузійного соку без дефеко-сатураційного його очищення.

Встановлено, що ферменти, які впливають на утворення темного забарвлення дифузійного соку, можна інактивувати за рахунок подрібнення буряків в стружку під шаром рідини і оброблення стружки відкритою парою. Визначено оптимальні параметри бланширування стружки парою.

Вперше встановлено, що дифузійний сік можливо відділити від ВМС за рахунок оброблення його насиченою парою та фільтрування з намивом фільтроперліту. Визначено оптимальні параметри згущення та кристалізації дифузійного соку. Вивчено хімічний склад згущеного сиропу, цукрів-сирців І і ІІ кристалізації, цукропродуктів та їх відтоків.

Розроблена технологія одержання цукропродуктів із дифузійного соку.

Ключові слова: дифузійний сік, сироп, утфель, цукор-сирець, цукропродукти, вакуум-аппарат, кристалізатор.

Аннотация

Пискивец В.А. Разработка технологии сахаропродуктов из диффузионного сока. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05. – Технология сахаристых веществ. – Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2001.

Диссертация посвящена вопросу разработки новой технологии получения сахаропродуктов из диффузионного сока без его дефеко-сатурационной очистки. Для усовершенствования процесса свеклосахарного производства и получения сахаропродуктов непосредственно из диффузионного сока предложена технология, которая предусматривает получение свекловичной стружки с инактивированными ферментами, влияющими на появление темной окраски диффузионного сока, получение обесцвеченного диффузионного сока, его фильтрование, згущение под разряжением до концентрации сиропа и двухступенчатую кристаллизацию. При этом получают сахар-сырец І и ІІ кристаллизации и мелласу. Для получения сахаропродукта сахар-сырец І кристаллизации поддается перекристаллизации с добавкой активированного угля.

Разработанная технология не является энергоемкой, поскольку полностью исключается стадия известковой очистки диффузионного сока и соответственно эксплуатация известковых отделений. Значительно уменьшается количество оборудования сахарного завода. В связи с упрощением технологического процесса разработанной технологии обеспечивается снижение эксплуатационных затрат. Значительно уменьшается влияние на окружающую среду в сравнении с традиционной технологией переработки сахарной свеклы и получения сахара.

Сахаропродукты, полученные по разработанной технологии, имеют меньшую себестоимость, сравнительно с сахаром-песком. Новая технология позволяет получить сахаропродукты с повышенным содержанием пектиновых веществ.

Разработан метод обесцвечивания диффузионного сока за счет изрезания свеклы под слоем жидкости, обработки свекловичной стружки и диффузионного сока насыщенным паром, что приводит к инактивации ферментов, которые влияют на появление темной цветности диффузионного сока. Впервые установлено, что диффузионный сок возможно отделить от ВМС за счет обработки его насыщенным паром и фильтрования с намывом фильтроперлита. Установлено оптимальный расход фильтроперлита 1 % к массе фильтрата для обеспечения качественной фильтрации и параметры насыщенного пара.

Разработан способ двухступенчатого сгущения диффузионного сока под разряжением и определены оптимальные параметры его сгущения. Показано, что температура 75 - 80С и разряжение 0,08 Мпа обеспечивают минимальное разложение сахарозы в процессе сгущения. При сгущении получен свекловичный сироп с содержанием сухих веществ 85 – 88 %. Содержание органических кислот в диффузионных соках и сиропах показывает на то, что при обработке свекловичной стружки паром одновременно проходит ее дезинфекция.

Исследован и отработан оптимальный режим кристаллизации сиропов методом охлаждения. Установлено, что кристаллизацию методом охлаждения нужно проводить в диапазоне температур 80 - 38С. Состав полученных сахаров-сырцов І кристаллизации: содержание сахарозы 98,5-99,0 %, редуцирующих веществ 0,07 %, пектиновых веществ 0,25-0,32 %, золы углекислотной 0,22-0,32 %, цветность 1,04-2,48 условных единиц.

Разработан режим кристаллизации оттеков утфеля І кристаллизации. Оттеки І кристаллизации сгущаются под разряжением 0,08 Мпа до содержания сухих веществ 85-88 % и кристаллизуются методом охлаждения в мешалке-кристаллизации. Состав полученных сахаров-сырцов ІІ кристаллизации: содержание сахарозы 97,0-97,5 %, редуцирующих веществ 0,27 %, пектиновых веществ 0,60-0,81 %, цветность 6,0-10,8 условных единиц.

Путем перекристаллизации сахаров-сырцов І и ІІ кристаллизации с обесцвечиванием клеровки активированным углем в количестве 2,5 % к массе клеровки получены сахаропродукты. По содержанию сахарозы 99,80 %, редуцирующих веществах 0,0134 %, влаги 0,05 % и цветности 0,42 условных единиц сахаропродукт отвечает требованиям ГОСТ на сахар-песок, но содержание пектиновых веществ 0,042 % и золы 0,09 % превышает норму ГОСТа.

С целью проверки работоспособности новой технологии получения сахаропродуктов исключая стадию дефеко-сатурационной очистки диффузионного сока проведены промышленные испытания на Яготинском сахарном заводе. Анализы полученных сахаров-сырцов І кристаллизации: сахароза 97,25 %, редуцирующие вещества 0,178 %, пектиновые вещества 0,558 %, цветность 5,6 условных единиц, подтвердили возможность получения новых сахаропродуктов из диффузионного сока в производственных условиях.

Показано, что меласса полученная по разработанной технологии имеет повышенную биологическую ценность за счет содержания в ней несахаров, которые удаляются на стадии очистки диффузионного сока по классической технологии.

При внедрении данной технологии годовой економический эффект для сахарного производства производительством 3000 т свеклы за сутки составит 800 тыс. гривень без использования обесцвечивающих веществ и 600 тыс. гривень при использовании активированного угля для обесцвечивания клеровки сахара-сырца І кристаллизации.

Ключевые слова: диффузионный сок, сироп, утфель, сахар-сырец, сахаропродукты, вакуум-аппарат, кристаллизатор.

Annotation

Piskivets V.A. Development of technology for sugar products from raw juice. – The manuscript.

The thesis for obtaining the degree of Candidate of the Technical Science on the speciality 05.18.05 “Technologies of saccharine substances”, Ukrainian State University for Food Technologies, Kyiv, 2001.

The development of new tecnology for obtaining the sugar products from the raw juice elimination the stage of its purification with lime and carbon dioxide is the subject of the present thesis.

It was stated that the enzyms influencing colour formation in the raw juice could be inactivated by slicing the sugar beet under the layer of the liquid and treating the cossettes with vapour. The optimum parameters for cossettes blanching with the vapour have been established.

It has been shown for the first time that the raw juice could be sepatared from the VMS by means of its treating with the saturated vapour and filtrahion with filterperlite precoating. The optimum parameters for raw juice dewatering and crystallization have been determined.The chemical composition of the dewatered juice, raw sugars of the first and the second stages of crystallization, sugar products and their syrups has been investigated.

The technology for obtaining the sugar