УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК 664.154.165

СОЛОВЯНЧИК ІГОР ВАСИЛЬОВИЧ

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ФРУКТОЗНОГО СИРОПУ

05.18.05 - Технологія цукристих речовин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій Міністерства освіти України.

Наукові керівники: | доктор технічних наук, професор, академік УААН Гулий Іван Степанович, ректор УДУХТ;

доктор технічних наук, професор Рева Леонід Павлович, УДУХТ, професор кафедри технології цукристих речовин.

Офіційні опоненти: | доктор хімічних наук, професор, академік АІН Манк Валерій Веніамінович, УДУХТ, завідувач кафедри фізичної і колоїдної хімії;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Требін Леонід Іванович, Інститут технічної теплофізики НАН України

Провідна організація: | Інститут підвищення кваліфікації і перепідготовки керівних працівників і спеціалістів харчової та переробної промисловості Міністерства агропромислового комплексу України, м. Київ.

Захист відбудеться 24 березня 1999 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04 Українського державного університету харчових технологій за адресою:

252033, Київ-33, вул. Володимирська, 68, корпус А, аудиторія А-331.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Українського державного університету харчових технологій.

Автореферат розісланий _22_ __лютого__1999 року.

Секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04, к.т.н., с.н.с. |

Л.О. Федоренченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Задоволення зростаючих вимог суспільства до більш здорового способу життя вимагає ефективного вирішення питання створення технологій продуктів профілактичного харчування. Особливо актуально це на Україні у зв`язку з загальним погіршенням екологічної ситуації (в тому числі радіаційної). В цьому відношенні, перспективним напрямком в харчовій промисловості є виробництво фруктозних сиропів, які можуть стати альтернативними цукропродуктами. Завдяки тому, що фруктоза має ряд специфічних властивостей: підвищена солодкість в порівнянні із цукрозою, здатність підсилювати смак та запах харчових продуктів, запобігання черствінню кондитерських виробів, це дозволяє успішно замінити цукрозу в безалкогольній, консервній, кондитерській і інших галузях, де традиційно використовується цукор. Харчові підсолоджувачі на основі фруктозних сиропів потрібні при виробництві продуктів дієтичного та дитячого харчування. Крім того, засвоєння фруктози організмом відбувається без участі інсуліну, що робить її необхідною для хворих цукровим діабетом, яких в Україні за даними МОЗ нараховується близько одного мільйона чоловік. У США та країнах Європи в результаті об`єднаних зусиль технологів, медиків та фінансистів налагоджено випуск понад 30 видів цукристих продуктів, доля фруктозних сиропів становить 18-22% до виробництва цукрози і продовжує зростати. Основою для промислового виробництва фруктози та високофруктозних сиропів закордоном є переважно крохмалевмісна сировина, топінамбур, цукроза та напівпродукти цукрового виробництва. Доцільність використання тієї чи іншої сировини визначається, як правило, специфікою аграрного комплексу кожної країни, а зростання виробництва фруктози та фруктозних сиропів – ціною на цукрозу.

В Україні та країнах СНД фруктоза та високофруктозні сиропи в промислових масштабах не виробляється і для потреб ввозиться із закордону.

Для умов України, країни що вже має велику кількість бурякоцукрових заводів, найбільш доцільним є виробництво фруктозних сиропів із меляси бурякоцукрових заводів — відносно дешевої сировини, що є в достатній кількості. Внаслідок промислового освоєння технології фруктозних сиропів із меляси окрім отримання нового профілактичного продукту в соціальній сфері будуть створені умови для здійснення поступової реконструкції малоперспективних бурякоцукрових заводів, досягнення більш раціонального використання сировини і відтворення земельних ресурсів, які зайняті під цукровими буряками.

Доцільність та соціально-економічна ефективність впровадження технології фруктозних сиропів підтверджується світовою практикою.

Зв‘язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконувалась як продовження науково-дослідної роботи на тему "Розробка і освоєння технології отримання кристалічної фруктози, глюкозно-фруктозних сиропів на основі ферменту інвертази із цукрози і меляси бурякоцукрового виробництва для використання в продуктах ліківально-дієтичного і профілактичного призначення", що проводилась в проблемній науково-дослідній лабораторії УДУХТ, №01.9.10004080 держ. реєстрації,1992.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є наукове обгрунтування удосконалення основних технологічних процесів виробництва фруктозного сиропу із бурякової меляси з використанням методів математичного моделювання та оптимізації і на їх основі розробка ресурсо- та енергоощадної технології фруктозного сиропу.

У зв`язку з цим вирішувались такі задачі:—

порівняти методами математичної статистики та відібрати найбільш простий і ефективний метод кількісного визначення фруктози в суміші з глюкозою та нецукрами, придатний для масових аналізів в заводській лабораторії;—

методами математичного планування експериментів при врахуванні основних технологічних факторів розробити математичну модель ступеню ферментативного гідролізу цукрози мелясних розчинів та встановити оптимальні його параметри; —

дослідити фізико-хімічні властивості фруктозату кальцію із застосуванням сучасних фізико-хімічних методів досліджень, визначити мінімальні витрати вапна на осадження фруктози та тривалість процесу; —

розробити спосіб згущення фруктозного розчину шляхом його часткової рециркуляції на розведення осаду фруктозату кальцію перед сатурацією, та дослідити кінетику лужного розкладу фруктози в умова сатурації фруктозату кальцію при різних температурах;—

з метою економії витрат допоміжних адсорбційних матеріалів дослідити та відібрати ефективні сорбенти для очищення та знебарвлення фруктозних розчинів;—

для зменшення втрат фруктози від термічного розкладу при випарюванні фруктозних розчинів розробити технологічну схему та конструкцію ефективного апарату, діючого при низьких температурах процесу;

Наукова новизна роботи : —

розроблено математичну модель ферментативного гідролізу цукрози, що включає основні фактори: концентрацію цукрози, витрати інвертазного препарату, тривалість і температуру процесу та встановлено оптимальні його параметри;—

методами рентгеноструктурного аналізу та електронної мікроскопії встановлені оптимальні витрати СаО на осадження фруктози у формі фруктозату кальцію із інвертованих мелясних розчинів, що забезпечують видалення 88-89.8% фруктозату від теоретично можливого, та мінімально необхідну тривалість процесу;—

теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено ефективність способу попереднього концентрування фруктози у розчині після сатурації і фільтрування до 25-27% шляхом його рециркуляції на розведення осаду фруктозату кальцію (патент України №24797А);—

визначено найбільш ефективні для очищення та знебарвлення фруктозних розчинів дешеві природні сорбенти - бентонітові глини, витрати яких близько 1% до маси розчину забезпечують ефект знебарвлення не менше 30%;—

запропоновано конструкцію плівкового випарного апарату для згущення фруктозного розчину до сиропу при відносно низьких температурах (60-70С) і мінімальних втратах фруктози від термічного розкладу (патент України № 24763А);

Практичне значення одержаних результатів. На основі теоретичних і експериментальних досліджень удосконалено технологію фруктозного сиропу в напрямку суттєвої економії матеріальних та енергетичних ресурсів.

На пілотній установці проблемної науково-дослідної лабораторії УДУХТ розроблено і перевірено оптимальні технологічні режими отримання фруктозного сиропу при мінімальних витратах допоміжних матеріалів. На дослідно-промисловій установці, змонтованій на Велико-Октябрському цукровому заводі, проведено промислові випробування технології фруктозного сиропу, що підтверджують її доцільність та ефективність; отримано дослідну партію фруктозного сиропу, яка пройшла успішні санітарно-бактеріологічні дослідження і рекомендована для використання в харчовій промисловості.

Очікуваний економічний ефект від впровадження удосконаленої технології становить 10,55 млн. грн. в цінах 1998 року на рік. Соціальний ефект полягає в розширенні асортименту цукристих речовин шляхом виробництва нового харчового продукту - фруктозного сиропу, та задоволенні зростаючих потреб населення України в продуктах дієтичного харчування.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні теоретичних та експериментальних досліджень по стадіях отримання фруктозного сиропу, узагальненні, обгрунтуванні і публікації отриманих результатів, їх апробації, розробці технології, участі в заводських випробуваннях та розробці конструкції вакуум-випарного апарату для концентрування розчинів фруктози до сиропу.

Апробація роботи. Основні положення роботи обговорювались і були схвалені на кафедрі технології цукристих речовин, доповідались на 61, 63, і 64-ій наукових конференціях УДУХТ, на Міжнародній науково-технічній конференції “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість”, Київ, 21-24 жовтня 1997р., на Міжнародній конференції “Наука і освіта 98”, Дніпропетровськ, 28-30 квітня 1998р.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 7 робіт, в тому числі одержано 2 патенти України.

Структура та обсяг роботи. Дисертацію викладено на 146 сторінках друкованого тексту, складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку літератури та додатків. Містить 35 рисунків, 20 таблиць, 7 додатків. Список літератури складається із 152 бібліографічних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі та першому розділі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, визначена мета досліджень, та на основі вітчизняних і зарубіжних літературних джерел проаналізовано стан теоретичних та експериментальних досліджень з питань отримання фруктозних сиропів із цукревмісної сировини. Особлива увага приділена роботам, в яких висвітлені питання виробництва фруктозних сиропів кальційфруктозатними методами, зокрема із меляси бурякоцукрового виробництва. Саме це дозволило сформулювати мету досліджень та розробити методики проведення експериментів.

Розділ 2 Обєкти та методи досліджень містить загальну схему проведення досліджень, описані лабораторна установка, фізико-хімічні методи досліджень, зокрема методи електронної мікроскопії та рентгеноструктурного аналізу. Особлива увага приділена методам кількісного визначення фруктози. Теоретичними і лабораторними дослідженнями виявлено, що для кількісного визначення фруктози в присутності глюкози та нецукрів мелясного розчину найбільш точним, правильним і придатним для масових аналізів є відновно-поляриметричний метод Метьюса.

Розділ 3 "Дослідження процесу ферментативного гідролізу цукрози мелясного розчину" присвячений вивченню закономірностей процесу і створенню математичної моделі ферментативного гідролізу цукрози мелясного розчину, що включає основні фактори: концентрацію цукрози, витрати інвертазного препарату, тривалість та температуру процесу.

З використанням методу планування експерименту була отримана математична модель, яка має наступний вигляд:

де X1 = Cx 0 / 25, X2 = Z / 2,5, X3 = t / 25, X4 = / 10

Z - витрати інвертази,( в межах 3-5 од/г. цукрози);

t - температура, (в межах 55-65С);

- тривалість процесу гідролізу, ( в межах 12-18 год).

Запропонована математична модель дозволяє здійснювати науково-обгрунтовані розрахунки ферментативного гідролізу цукрози при значному скороченні тривалості процесу.

У розділі 4 "Визначення оптимальних умов осадження фруктози у формі фруктозату кальцію" приведені результати досліджень процесу осадження фруктози вапном і оптимізації його витрат з застосуванням методів рентгеноструктурного аналізу та електронної мікроскопії.

Внаслідок взаємодії гідроксиду кальцію і фруктози при низьких температурах (0-5С) утворюється малорозчинний осад фруктозату кальцію. При цьому значна кількість гідроксиду кальцію співосаджується і є баластною в осаді. Для визначення оптимальних витрат вапна фруктозу із інвертованих мелясних розчинів осаджували різною його кількістю. При цьому витрати СаО змінювали у широкому інтервалі молярного співвідношення фруктоза : СаО - від 1 : 1,2 до 1 : 2,5.

Отриманий осад фруктозату кальцію висушували і піддавали рентгеноструктурному аналізу на приладі ДРОН-2м. За отриманими спектрограмами зразків фруктозату кальцію (рис. 1) були розраховані дифракційні характеристики, які порівнювали із дифракційними характеристиками еталонного фруктозату кальцію, СаО, СаСО3 і Са(ОН)2. Отримані дані представлені на рис.2, з якого видно, що оптимальні витрати СаО на осадження фруктози у формі фруктозату кальцію із інвертованих мелясних розчинів становлять 46-47.5% СаО до маси фруктози ( молярне співвідношення фруктоза : СаО = 1 : 1,5 – 1 : 1,75) і забезпечують видалення 88-89,5 % фруктози від теоретично можливого. При цьому кількість співосадженого баластного гідроксиду кальцію становить 6,5-19,5% до маси утвореного осаду. При більших витратах вапна не спостерігається суттєвого підвищення виходу фруктозату кальцію, а зростання маси осаду має місце за рахунок співосадження баластного Са(ОН)2.

Оскільки з часом фруктозат кальцію зазнає значних змін (гідролізує і розкладається), були проведені дослідження по визначенню мікроструктури осаду на протязі всього процесу. Осадження фруктозату проводили при встановлених витратах вапна на протязі 90 хвилин. Через кожні 10 хвилин відбирали пробу і проводили його мікро фотозйомку. Максимальні розміри кристалів фруктозату кальцію і найкращі седиментаційні і фільтраційні властивості осаду досягаються при тривалості процесу осадження фруктози вапном 30-40 хвилин. При меншій тривалості у осаді знаходиться значна кількість "муки" - дрібних кристалів фруктозату кальцію, які при фільтруванні переходять у фільтрат і призводять до значних втрат фруктозату. При тривалості процесу понад 50 хвилин відбувається гідроліз фруктозату кальцію, наслідком якого є підвищені втрати фруктози від лужного розкладу.

У розділі 5 "Визначення оптимальних режимів процесу розкладу фруктозату кальцію діоксидом вуглецю" досліджувався процес сатурації суспензії фруктозату кальцію з метою звільнення фруктози, визначено його оптимальний температурний режим, встановлені втрати фруктози від лужного розкладу та в сатураційному осаді. Також доказана ефективність і розроблено спосіб попереднього концентрування фруктозних розчинів після сатурації і фільтрування шляхом його рециркуляції на розведення фруктозату кальцію.

На рис. 3 показана динаміка втрат фруктози від температури сатурації.

При підвищеній температурі процесу сатурації (500С і вище) має місце інтенсивний розклад фруктози. При низьких температурах (0-10С) розклад фруктозату кальцію діоксидом вуглецю з утворенням карбонату кальцію відбувається дуже повільно, розтягується в часі процес сатурації, до того ж фруктозат кальцію розкладається не повністю, що призводить до підвищених втрат фруктози у фільтраційному осаді (в вигляді непрореагованого фруктозату). На рис. 4 представлено залежність кольоровості фруктозного розчину від температури сатурації. Проведені дослідження ефективності повернення на приготування суспензії фруктозату кальцію частини розчину фруктози після сатурації і фільтрації концентрацією 10-26%. Завдяки цьому під час розкладу фруктозату кальцію діоксидом вуглецю фруктоза із сполуки переходить у розчин і концентрація останнього зростає до 17-27%. Наслідком повернення частини розчину є зменшення тривалості упарювання фруктозного розчину, втрат фруктози від термічного розкладу, кольоровості одержаного сиропу, витрат сорбентів на його знебарвлення та втрат теплової енергії на упарювання. На рис. 5 показано динаміку приросту концентрації фруктози за рахунок розкладу фруктозату при його розведенні висококонцентрованими фруктозними розчинами. Розводити фруктозат кальцію необхідно розчином, концентрація фруктози в якому не перевищує 26 % , оскільки при більш високій концентрації і розведенні у співвідношенні 1:1 подальший приріст концентрації фруктози в результаті сатурації суспензії фруктозату кальцію компенсується розведенням фруктозного

розчину водою, яка вводиться в суспензію разом з вологим фруктозатом.

Повернення на приготування суспензії розчину з концентрацією фруктози більше 26% недоцільне, оскільки призводить до розбавлення розчину — вода, яка вводиться в систему разом з вологим фруктозатом кальцію розбавляє фруктозний розчин, а фруктоза, яка переходить в розчин при сатурації фруктозату кальцію не компенсує цього розбавлення. Крім того, розведення у такому співвідношенні дає можливість отримувати відсатурований розчин з вмістом твердої фази не менше 20% і проводити вакуум-фільтрацію без попереднього відстоювання суспензії карбонату кальцію.

Розділ 6 "Очищення фруктозних розчинів" присвячений дослідженню ефективності застосування природних сорбентів (бентонітів) для очищення фруктозних розчинів.

Кольоровість сатурованих розчинів в залежності від умов проведення попередніх технологічних процесів знаходиться в межах 200-300 од.опт. густини, а чистота — 92-93%. Фруктозний сироп навіть після очищення в процесі сатурації має все ж незадовільні показники чистоти та кольоровості. Крім того, слід відзначити, що карбонат кальцію має обмежену адсорбційну здатність, причому, він в основному видаляє нецукри аніонної природи. Тому, як один із варіантів, було досліджено можливість використання для очищення фруктозних розчинів природних сорбентів з послідуючим доочищенням активним вугіллям. Досліджувались залежності технологічних характеристик фруктозних розчинів від ряду факторів: температури, вмісту сухих речовин, рН, тривалості оброблення та кількості сорбенту (див. табл.1).

Табл.1 Визначення оптимальної кількості бентоніту, потрібної на очищення фруктозних розчинів.

Назва | Кількість бентоніту, % до маси розчину |

СР,

% |

Фрук-тоза,

% |

Чистота, % |

D,

=560 | Кольоро-вість,

од. опт. густ

Контрольний розчин без оброблення бентонітом |

22,6 |

20,8 |

92,03 |

0,227 |

257,5

Фруктозний розчин, оброблений бентонітом |

0,2 |

22,5 |

20,8 |

92,44 |

0,168 |

191,8

-- \\ -- | 0,4 | 22,4 | 20,8 | 92,85 | 0,165 | 188,9

-- \\ -- | 0,6 | 22,3 | 20,7 | 92,83 | 0,156 | 179,4

-- \\ -- | 0,8 | 22,4 | 20,8 | 92,86 | 0,151 | 172,8

-- \\ -- | 1 | 22,3 | 20,8 | 93,27 | 0,149 | 171,3

-- \\ -- | 2 | 22,3 | 20,7 | 92,83 | 0,143 | 164,4

-- \\ -- | 3 | 22,3 | 20,7 | 92,83 | 0,14 | 160,9

-- \\ -- | 4 | 22,2 | 20,6 | 92,79 | 0,139 | 158,8

Встановлено оптимальні параметри процесу очищення фруктозних розчинів бентонітовими глинами: тривалість знаходиться в межах 5-10 хвилин, температура – 20-70С, витрати – 0,5-1% до маси розчину.

Розділ 7 "Опис технологічної схеми отримання фруктозного сиропу та аналіз готової продукції" присвячений розробленню та апробації в заводських умовах вдосконаленої технології фруктозних сиропів, розробленню конструкції випарного апарату для згущення фруктозних розчинів до сиропу при низьких значеннях температур, а також аналізу готової продукції.

Відомо, що при випарюванні фруктозних розчинів до сиропу при відносно високих значеннях температури (800С і вище) відбувається термічний розклад фруктози, наслідком якого є не тільки значні її втрати, але і суттєве погіршення чистоти та кольоровості продукту, що в свою чергу, вимагає підвищених витрат сорбентів на їх додаткове очищення.

Для забезпечення низькотемпературних умов випарювання було розроблено конструкцію плівкового вакуум-випарного апарату (патент України №.24763А), що дозволяє проводити згущення фруктозного розчину до сиропів при низьких значеннях температур (див. рис. 6 ).

Для отримання фруктозного сиропу в заводських умовах була розроблена удосконалена технологічна схема (рис. 7 ).

Меляса бурякоцукрового заводу поступає із виробничого корпусу, або із збірників в період зупинки цукрового виробництва в мірник-ваги меляси 1, зважується і зливається почергово в ферментери 2.

Для клеровки меляси до вмісту цукру 20...25% в ферментери із мірника (3) подається необхідна кількість попередньо нагрітої води. Для проведення ферментативного гідролізу в мірнику дріжджів 4 проводиться їх попередня підготовка, для чого в нього заливається підігріта вода і загружаються сухі дріжджі. Вміст перемішується до отримання однорідної маси, яка зливається в |

ферментер 2. рН у ферментері підтримується в межах 4,5...5 подаванням сірчаної кислоти, що поступає із мірника 5.

Процес гідролізу періодичний, його тривалість 16...20 годин при температурі 55...65С, яка забезпечується нагрівом розчину паровим конденсатом від випарних апаратів, що подається в сорочку ферментерів.

Із ферментерів інвертований мелясний розчин по мірі готовності почергово зливається в збірник інвертованого мелясного розчину 6, звідки насосом подається на охолоджувач першого ступеню 7, де охолоджується до температури 20...30С водою, що подається в сорочку охолоджувача. Із охолоджувачів першого ступеню інвертований розчин направляється в реактори-осаджувачі 8, де охолоджується до температури 0...5С розсолом, що поступає в сорочки реакторів із холодильної машини 9. Для отримання осаду фруктозату кальцію охолоджений інвертований мелясний розчин на протязі 30-40 хвилин оброблюється в реакторах-осаджувачах 30%-ним вапняним молоком із збірника 24 в кількості 47-48 % СаО до маси фруктози, що міститься в iнвертованому мелясному розчині.

Вказана кількість вапняного молока і темпера тура 0...2С забезпечує найбільш повний ступінь осадження фруктози із розчину. По закінченні процесу осадження для покращення седиментаційно-фільтраційних властивостей осаду фруктозату кальцію в реактори із збірників 10 вводиться розчин поліакриламіду (ПАА), концентрацією 0,001% в кількості 10% до маси початкового інверту. З

ПАА суспензія витримується ще 10 хвилин. Добавка до суспензії поліакриламіду збільшує вміст фруктозату в осаді на 4...5%.

Суспензія фруктозату кальцію із реакторів почергово зливається в збірник 11, звідки насосом подається на фільтрацію в центрифугу або вакуум-фільтр 12. В збірнику підтримується температура 0...2С .

Фільтрат, що є глюкозною фракцією надходить в збірник 13, звідки насосом подається на глюкозну лінію. Осад фруктозату кальцію промивається водою з температурою 0...5С, насиченою гідроксидом кальцію, що подається із збірника 25. Промитий осад фруктозату кальцію із центрифуги або вакуум-фільтра направляється в збірник 14, куди для суспендування подається фільтрований 10-26%-й розчин фруктози після сатурації у співвідношенні 1:1...1:1,5 до маси осаду. Суспензія осаду фруктозату кальцію із збірника 14 насосом направляється в сатуратор 15, де оброблюється діоксидом вуглецю, що подається із мережі існуючого цукрового виробництва. рН процесу сатурації знаходиться в межах 8,5...9,25, це забезпечує мінімальну кількість іонів Са++ в розчині.

Одержана після сатурації суспензія подається на патронні фільтри 16 для відділення розчину фруктози.

Відфільтрований від карбонату кальцію фруктозний розчин поступає в контактні збірники 17, де відбувається очищення розчину від барвних речовин природними сорбентами, що подаються із збірника 26, та активним вугіллям при рН 4,25...4,5, що забезпечується подачею сірчаної кислоти із мірника. Частина фруктозного розчину без підкислення повертається на розведення осаду фруктозату кальцію перед сатурацією. При інтенсивному перемішуванні і тривалості процесу 20...30 хвилин досягається найбільший ефект знебарвлення.

Освітлений фруктозний розчин із збірника насосом подається на фільтрацію на патронні фільтри 18, а потім в збірник 19, звідки поступає в випарний апарат 20.

Отриманий у випарному апараті фруктозний сироп із вмістом сухих речовин 50...55% надходить в збірник 21, де обробляється активним вугіллям протягом 30 хвилин при перемішуванні для запобігання нарощування кольоровості.

Освітлений сироп насосом подається на фільтрацію в патронні фільтри 22. Відфільтрований знебарвлений сироп із патронних фільтрів перекачується в збірник розливу 23, звідки складується на зберігання або відгружається споживачам.

Для відпрацювання основних технологічних режимів у виробничий сезон 1998 року на установці Велико-Октябрського цукрового заводу Сумської області були проведені промислові випробування технології отримання фруктозного сиропу. Випробування проводились на пілотній дослідно-промисловій установці, що складається із ферментера, реактора фруктозату кальцію, сатуратора, фільтрувального обладнання, збірників та холодильної установки.

В результаті проведених випробувань технології фруктозного сиропу на установці Велико-Октябрського цукрового заводу було отримано дослідну партію фруктозного сиропу, технологічні показники якого подані в таблиці 2.

Для встановлення придатності фруктозних сиропів до вживання отриманий в промислових умовах сироп аналізували на вміст катіонів важких металів та проводили санітарно-бактеріологічний аналіз.

Табл. 2 Технологічні характеристики отриманого фруктозного сиропу.

Вихід фруктози % до м. фруктози у гідролізованому розчині | СР | Кольоро-вість од.опт. густ | Вміст фрук-този, % | Вміст Ca2+, Mg2+,% м.пр. | Чистота,

%

79,2 | 64,1 | 132,1 | 59 | 0,04 | 92,1

81,3

82,6

84,5

86,8

82,1 | 62,2

61,5

62,6

56,1

58,4 | 129,3

123,9

133,6

74,6

99,4 | 57,2

57,2

58,1

51,8

53,8 | 0,05

0,05

0,06

0,03

0,03 | 92,0

93,0

92,8

92,3

92,1

В результаті проведеного аналізу було встановлено, що вміст катіонів важких металів не перевищує норми. Встановлено, що мікробіологічні характеристики фруктозного сиропу відповідають ТУ Україна 93-93. Токсикологічні та мікробіологічні характеристики отриманого фруктозного сиропу знаходяться в межах норми і він є придатним до використання в виробництві харчивих продуктів.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

ПРОМИСЛОВОСТІ

1.

2. Вивчені закономірності процесу і створена математична модель ферментативного гідролізу цукрози мелясного розчину, що включає основні фактори: концентрацію цукрози, витрати інвертазного препарату, тривалість та температуру процесу. Запропонована математична модель дозволяє здійснювати науково-обгрунтовані розрахунки ферментативного гідролізу цукрози при значному скороченні тривалості процесу, вибраній температурі та заданих витратах інвертази.

3. Методами рентгеноструктурного аналізу доведено, що оптимальними витратами вапна для осадження з інвертованих мелясних розчинів фруктози є 46,0...47,5 % СаО до її маси ( молярне співвідношення фруктоза : СаО = 1 : 1,5 – 1 : 1,75). Це забезпечує видалення 88-89,5 % фруктози від теоретично можливого при кількості співосадженого баластного гідроксиду кальцію 6,5-19,5% до маси утвореного осаду.

4. Методом мікроструктурного аналізу встановлено, що оптимальною тривалістю осадження фруктозату кальцію при витратах вапна 46,0...47,5 % СаО є 30-40 хвилин, при цьому досягається його вихід не менше 88% від теоретичного при достатніх седиментаційних і фільтраційних показниках.

5. Оптимальний температурний режим сатурації, при якому мають місце мінімальні втрати фруктози від лужного розкладу та в сатураційному осаді, забезпечується при температурах не вище 250С. При цьому загальні втрати фруктози не перевищують 0,5% до її маси у розчині.

6. Доказано ефективність і розроблено спосіб попереднього концентрування фруктозного розчину після сатурації і фільтрування шляхом його рециркуляції на розведення осаду фруктозату кальцію (Патент України №24797А). При цьому концентрація фруктози в розчині перед випарюванням досягає 25-27%, зменшується тривалість згущення фруктозного розчину до сиропу, втрати фруктози та витрати енергоносіїв.

7. Найбільш ефективними для очищення та знебарвлення фруктозних розчинів, окрім традиційних сорбентів (активного вугілля), виявились дешеві природні сорбенти (бентонітові глини, та ін.), при витратах яких близько 1% до маси розчину ефект знебарвлення становить не менше 30%.

8. Розроблена конструкція плівкового випарного апарату, що дозволяє згущувати фруктозні розчини до сиропу при відносно низьких температурах (60-70С) і суттєво зменшити втрати фруктози від термічного розкладу. На дану конструкцію випарного апарату отримано патент України № 24763А .

9. В результаті проведених промислових випробувань технології фруктозних сиропів на експериментальній установці, змонтованій на Велико-Октябрському цукровому заводі, була підтверджена доцільність і ефективність переробки бурякової меляси на фруктозний сироп в умовах бурякоцукрового виробництва. Вихід фруктози при цьому досягає не менше 79% до маси фруктози у гідролізованому розчині. Проведені токсикологічні та санітарно-бактеріологічні дослідження зразків фруктозних сиропів свідчать про їх відповідність ТУ Україна 93-93 і можливість використання в виробництві харчових продуктів.

По темі дисертаційної роботи опубліковані роботи:

1. Солов`янчик І.В., Гулий І.С., Рева Л.П. Про методи кількісного визначення фруктози при наявності глюкози // Наукові праці Українського державного університету харчових технологій.- 1998.- № 4.- С.83-85.

2. Солов`янчик І.В., Яковенко В.Ю., Гулий І.С., Рева Л.П. Створення математичної моделі процесу ферментативного гідролізу цукрози мелясних розчинів у технології фруктозних сиропів // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво.- 1998.- № 6.- С. 20-21.

3. Солов`янчик І.В., Яковенко В.Ю., Гулий І.С., Рева Л.П. Оптимізація процесу ферментативного гідролізу цукрози мелясного розчину на фруктозу і глюкозу // Наукові праці Українського державного університету харчових технологій.- 1998.- № 4.- С.80-82.

4. Солов`янчик І.В., Гулий І.С., Рева Л.П. Визначення оптимальних умов проведення сатурації суспензії фруктозату кальцію у технології фруктозних сиропів // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво.- 1998.- № 6.- С. 12-14.

5. Патент 24797 А Україна, МКІ С 13 К 3/00, С 12 Р 19/02. Спосіб отримання фруктози / Солов`янчик І.В., Гулий І.С., Рева Л.П.( Україна).- заявл. 10.02.98., опубл. 06.10.98.

6. Патент 24763 А Україна, МКІ В 01 D 1/22 Плівковий випарний апарат / Штихір В.С., Солов`янчик І.В.( Україна).- заявл. 27.06.97., опубл. 06.10.98.

7. Солов`янчик І.В., Гулий І.С., Рева Л.П. Отримання високофруктозного сиропу із меляси бурякоцукрового виробництва // Праці Міжнар. наук.-техн. конф. “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість”.- Київ (Україна).- 1998.- С. 15.

Соловянчик І.В. Удосконалення технології фруктозного сиропу.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05.- Технологія цукристих речовин. - Український державний університет харчових технологій, Київ, 1998.

Дисертацію присвячено питанням удосконаленя технології фруктозного сиропу в напрямку суттєвої економії матеріальних та енергетичних ресурсів.

На основі методів математичного моделювання та оптимізації процесів розроблено науково-обгрунтовані способи удосконалення кальційфруктозатної технології фруктозного сиропу: мінімізація витрат вапна на осадження фруктозату кальцію, попереднє концентрування фруктозного розчину до випарювання шляхом його рециркуляції на розведення фруктозату кальцію, застосування на очищення ефективних дешевих природних сорбентів та мінімізація втрат фруктози від термічного розкладу шляхом використання низькотемпературного випарного апарату. Наводяться дані про ефективність способів у виробництві.

Ключові слова: меляса, ферментативний гідроліз, фруктозат кальцію, сатурація, бентонітові глини, фруктозний сироп.

Соловянчик И.В. Усовершенствование технологии фруктозного сиропа.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05 - Технология сахаристых веществ. - Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 1998.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования технологии фруктозного сиропа в направлении существенной экономии материальных и энергетических ресурсов.

На основании методов математического моделирования и оптимизации процессов разработаны научно-обоснованные способы усовершенствования кальцийфруктозатной технологии фруктозного сиропа: минимизация расходов извести на осаждение фруктозата кальция, предварительное концентрирование фруктозного раствора до выпаривания путем его рециркуляции на разведение фруктозата кальция, использование на очистку эффективных недорогих природных сорбентов и минимизация потерь фруктозы в результате термического разложения путем использования предложенного выпарного аппарата. Приведены данные об эффективности способов в производстве.

Изучены закономерности процесса и рассчитана математическая модель ферментативного гидролиза сахарозы меласного раствора, которая включает: концентрацию сахарозы, расход инвертазного препарата, продолжительность и температуру процесса. Предложенная математическая модель позволяет производить научно-обоснованные расчеты ферментативного гидролиза сахарозы со значительным сокращением продолжительности процесса.

С использованием методов рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии определены оптимальные расходы СаО на осаждение фруктозы из инвертированных меласных растворов - 46-47,5% СаО к массе фруктозы. При таком расходе извести обеспечивается выход фруктозы 88-89,5% при содержании балластного гидроксида кальция 6,5-19,5% в осадке. Для обеспечения удовлетворительных седиментационных и фильтрационных свойств осадка фруктозата кальция при определенном расходе извести продолжительность процесса реакции должна составлять 30-40 минут.

Наиболее приемлемый температурный режим сатурации, при котором общие потери фруктозы (от щелочного разложения, и в сатурационном осадке) не превышают 0,5% к массе фруктозы в растворе, обеспечивается при температурах не выше 25 0С.

Приведены результаты исследований по эффективности сорбентов для очистки и обесцвечивания фруктозных растворов. Определено, что наиболее эффективными оказались дешевые природные сорбенты (некоторые бентонитовые глины).

Приводится технологическая схема получения фруктозного сиропа, которая включает способ предварительного концентрирования фруктозного раствора после сатурации и фильтрации путем его рециркуляции на разбавление осадка фруктозата кальция. В результате этого, концентрация фруктозы в растворе еще до проведения выпаривания достигает 25-27%, уменьшается продолжительность концентрирования, и, как следствие, потери фруктозы и расход энергоресурсов.

Предложена конструкция пленочного выпарного аппарата, которая обеспечивает проведение процесса выпаривания при относительно низких значениях температур (60-700С) и позволяет существенно уменьшить потери фруктозы от термического разложения.

Приведены результаты промышленных испытаний технологии фруктозного сиропа на экспериментальной установке, смонтированной на Велико-Октябрьском сахарном заводе, которые подтверждают целесообразность и эффективность переработки мелассы на фруктозный сироп в условиях сахарного завода. Приведены результаты токсикологических и санитарно-бактериологических исследований образцов фруктозного сиропа, подтвердившие их соответствие стандартам и возможности использования в пищевой промышленности.

Ключевые слова: меласса, ферментативный гидролиз, фруктозат кальция, сатурация, бентонитовые глины, фруктозный сироп.

Solovyanchyk I.V. Improvement of fructose syrup technology.

The dissertation for scientific degree of the candidate of technical sciences on speciality 05.18.05 - Technology of sugary substances. - Ukrainian state university of food technologies, Kiyv, 1998.

The dissertation is devoted to questions of improvement fructose syrup technology in connected with essential economy material and power resources.

On the basis of mathematic modeling methods and processes’ optimization are developed scientific-justified methods of calcium-fructosat technology improvement of fructose syrup: minimization of lime costs on calcium fructosate precipitation, preliminary concentration of fructose solution up to evaporation by the way of its recirculation on cultivation of calcium fructosate, its usage on clearing effective inexpensive natural sorbents and minimization of fructose losses as a result of thermal decomposition by the way of suggested evaporator installation. Data on efficiency of methods in production are examplitied.

Key words: molasses, fermentative hydrolysis, calcium fructosate, saturation, bentonite clays, fructose syrup.