Лекция № 15 Тема: Технология сахара из сахарной свеклы. - Лекция № 15 - ЛЕКЦИИ - Каталог файлов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Дисциплина: «ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ»

Специальность: 050642 – « Инженерия пищевых продуктов »

Преподаватель: доц., к.т.н. Эльданиз Энвер оглы Байрамов

Тема: Технология сахара из сахарной свеклы.

2. Технологическая схема производства сахара.

3. Общая характеристика сырья для производства сахара.

4. Стадии технологического процесса производства сахара.

4.5.Получение свекловичной стружки и диффузионного сока.

4.8.Уваривание, кристаллизация и центрифугирование утфелей.

4.10.Получение известкового молока и сатурационного газа.

Кроме рафинированного сахара-песка и сахара-рафинада кускового прессованного на сахарорафинадных заводах производят рафинадную пудру, кристаллическую сахарозу, жидкий сахар, сахар-рафинад дорожный.

Рафинадная пудра представляет собой измельченные кристаллы сахара-рафинада размером не более 0,1 мм. В качестве сырья используют рафинадную крошку и рафинированный сахар, влажность которых перед размалыванием не должна превышать 0,1%. Во избежание комкования в рафинадную пудру следует добавлять до 4% кукурузного крахмала.

Рафинадную пудру упаковывают в пакеты массой 0,5 и 1 кг, а также в двухслойные мешки (внутренний слой бумажный непропитанный или полиэтиленовый).

Производство рафинадной пудры является пожаровзрывоопасным.

Кристаллическую сахарозу с размером кристаллов 0,8-1,5 мм, содержанием сахарозы в пересчете на сухое вещество не менее 99,95 % и влажностью не более 0,04 % применяют в производстве шампанского и некоторых других вин.

Для ее изготовления в качестве сырья используют сахар-песок цветностью до 0,8 усл. ед. Использование брака сахара-рафинада в сироп не допускается из-за присутствия красителя.

Утфель центрифугируют в вертикальных циклически действующих центрифугах. Кристаллы сахарозы промывают чистой горячей водой, пропаривают сухим паром и досушивают на транспортерах на пути от центрифуг до упаковочного отделения. Сушильно-охладительные установки не применяют.

На заводах ряда зарубежных стран вырабатывают сахар в жидком, аморфном, желейном, пастообразном и мягком видах, а также в виде леденцов, крупных кристаллов (кандис). Сахара, различающиеся по цвету от светло-желтого до коричневого, пользуются повышенным спросом у населения, обладают специфическим вкусом благодаря наличию в них небольших количеств минеральных и органических соединений.

Вырабатывают специальные сорта сахара: помадный, желирующий, быстрорастворимый. Для получения влажного помадного сахара рафинированный сахар и глюкозу в соотношении 9:1 (по массе) растворяют в воде, сгущают до пересыщения и охлаждают при перемешивании. При этом образуются мельчайшие кристаллы и продукт превращается в белоснежную пасту.

Сухой помадный сахар готовят из смеси мелких кристаллов сахарозы и инвертного сахара с добавлением воды до консистенции помадки. Помадный сахар широко используют в кондитерской промышленности.

Желирующий сахар готовится из 0,8% яблочного пектина; 0,6% лимонной кислоты; 98,2% рафинированного сахара и 0,4% воды. Отдельные компоненты предварительно измельчают и тщательно смешивают с сахаром. Желирующий сахар идет на приготовление мармелада.

При получении быстрорастворимого сахара сахарную пудру подают в струю влажного воздуха, где поверхность частиц сахара покрывается пленкой из растворенного сахара, образуя мягкие конгломераты. При высушивании влага удаляется и конгломераты приобретают пористую структуру с очень большой площадью поверхности, но, несмотря на это, сахар не гигроскопичен. Если быстрорастворимый сахар высыпать в измерительный цилиндр с водой, то он растворяется уже во время оседания, не достигнув дна.

Мягкие сахара производят в Японии. Они различаются по чистоте, цветности и размеру кристаллов. Мягкий белый сахар высшего качества представляет собой сахар 1, 2, 3-й кристаллизации в отдельности или их смесь, вырабатываемую на рафинадных заводах; мягкий белый сахар среднего качества - сахар 4-й и 5-й кристаллизации; мягкий желтый сахар - сахар 6-й кристаллизации. Чистота утфелей мягких сахаров следующая (в %): высшего качества - 99,2; среднего качества - 94; желтого сахара - 87%. Уваривание утфелей указанных сахаров отличается количеством сахарной пудры, употребляемой для затравки (от 3 до 500 г пудры на 15 м³ утфеля).

Особенностью производства мягких сахаров является промывка их при центрифугировании сначала водой, а затем инвертированным сиропом. Использование инвертированного сиропа необходимо для сохранения сахара достаточно мягким и предохранения его от затвердевания в процессе хранения и транспортирования.

Наиболее распространены следующие виды жидкого сахара - чистая сахароза, инвертированный сироп, специальные сиропы с добавками, вторые оттеки разных оттенков - бесцветного, соломенно-желтого, янтарного и темно-желтого. Выпуск различных видов сахара все время растет. Например, в США и Англии вырабатывают более 30% от общего производства сахара. Инвертированный сироп получают также и из нетрадиционного сырья - фиников, винограда, кленового и березового соков, из стеблей сахарного сорго. Сок, полученный из фруктов, последовательно обрабатывают катионообменными и анионообменными смолами для инвертирования сахаров и очистки.

Вырабатывают также заменители сахара: натуральные (глюкозные и глюкозно-фруктозные сиропы), искусственные (сахарин, цикламаты, дульцин, аспартам и др.).

Глюкозно-фруктозный сироп (ГФС) получают в основном из кукурузного крахмала, который гидролизуют до глюкозы, затем гидролизат обрабатывают ферментом глюкозоизомеразой, превращая часть глюкозы в фруктозу. Полученный жидкий сироп очищают и сгущают до СВ 70-71%. Такой сироп содержит примерно 50% глюкозы, 42% фруктозы, до 8% полисахаридов, имеет такой же сладкий вкус, как и сахароза. Производят ГФС в США, а также в Японии, Канаде и других странах. В таблице 15.1 показаны некоторые виды сахаров вырабатываемых в заводских условиях.

2. Технологическая схема производства сахара

Сахарное производство – крупнейшая отрасль пищевой промышленности,объединяющая сахаропесочное (рис.15.1) и сахарорафинадное производства.

Рис.15.1. Технологическая схема получения сахара-песка.

Сырьем сахарного производства является свекла, которую хранят на специально подготовленных кагатных полях в трапецеидальных кучах, называемых кагатами. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20-25% сухих веществ, которые в сахарном производстве условно делят на сахарозу и несахара. Под несахарами понимают сухие вещества, включая редуцирующие и рафинозу, кроме сахарозы.

3.Общая характеристика сырья для производства сахара.

Сахарная свекла (Beta vulgaris)- является одним из видов ботанического семейства маревых (Chenopodiaceae), куда относятся также лебеда, шпинат и другие засухоустойчивые растения (ксерофиты), которые могут расти и на солонцеватых почвах. Cамое слово «свекла» имеет греческое происхождение (по гречески «svekle», а по латыни «beta»).

Самой сахаристой является белая силезская свекла конической формы с белой кожурой и мякотью. Желтые и особенно красные сорта свеклы оказались менее сахаристыми.

Все же первоначально белая силезская свекла содержала лишь 7-10% сахара. Но затем постепенно путем селекции, т. е. отбора, образовалась современная сахарная свекла со средним содержанием сахара 17-20%.

Сахарная свекла – растение двухлетнее: в первый год развития из семени вырастают лишь корень и листья, но не образуется семени (рис. 15.2); во втором году из перезимовавшего корня вновь вырастают листья, образуются цветоносные стебли высотой 1,5÷2,0 м, цветы и семена (рис.15.3).

Для производства сахара применяют исключительно корни свеклы первого года развития.

При нормальной температуре (8÷9°С) семена свеклы прорастают дней через 8. Через 10÷14 дней после посева появляются всходы свеклы: сначала «вилочка», т. е. пара семядолей, затем настоящие листья, образующиеся из почки (первая пара листьев, вторая пара и т. д.). С появлением второй пары листьев начинает утолщаться корешок свеклы и постепенно образуется корнеплод.

Корнеплод имеет веретенообразную форму. С двух сторон веретена расположены по спирали углубления − бороздки. Из этих углублений растут тонкие корешки с корневыми волосками, при помощи которых растение получает из почвы влагу и растворенные питательные вещества (соли, азотистые соединения). Корешки весьма широко и глубоко распространяются в почве (даже до 2,5 м в глубину). Поэтому свекла и является довольно засухоустойчивым растением. Растворы солей двигаются внутри корнеплода свеклы по сосудисто-волокнистым пучкам к листьям. Так же по особым сосудистым пучкам передвигаются в корень углеводы, образовавшиеся в листьях. На поперечном разрезе корня свеклы видны кольца, по которым расположены сосудисто-волокнистые пучки (рис.15.4). Таких колец у корня свеклы бывает 10÷12 и более. Чем их больше и чем гуще они расположены, тем сахаристее свекла. Самыми молодыми являются периферийные кольца сосудистых пучков и самыми старыми − центральные.

Микроскопическое строение корня сахарной свеклы можно видеть на рис.15.5, где изображен продольный радиальный и поперечный разрезы наружной части корня. Корень состоит из множества различных микроскопических клеточек, которые образуют разнообразные ткани. На самой наружной поверхности видна перидерма, или наружная кожица свеклы, состоящая из плотных, не проницаемых для влаги опробковевших клеток. Далее внутрь корня идет ткань коры, затем волокнистая ткань коры и, наконец, основная паренхимная ткань, т. е. ткань из кругловатых, а не продолговатых клеток, содержащая в своих вакуолях главную массу сахарного сока свеклы. Эта ткань перемежается с вытянутыми клетками сосудистых пучков и лубяных волокон, придающих корню прочность.

Строение клеток паренхимы свеклы показано на рис.15.6. Клетка имеет оболочку 1, или клеточную стенку, состоящую из целлюлозы, гемицеллюлозы и пектиновых веществ. Внутри клетки расположен слой протоплазмы 2 (белковых веществ), в ко-тором находится клеточное ядро 3. Протоплазма охватывает так называемую вакуоль 4 − внутреннюю часть клетки, заполненную клеточным соком, т. е. водным раствором сахарозы и различных примесей (несахаров).

Слой протоплазмы не пропускает ни сахара, ни несахара клеточного сока. Из кусочка свежей свеклы невозможно высолодить сахар холодной водой. Но это легко сделать, если свеклу сначала нагреть до температуры свертывания белков протоплазмы: протоплазма, распавшаяся на отдельные сгустки, уже не мешает диффузии сахара. Из мороженой свеклы сахар легко извлекается водой, так как при замораживании протоплазма свертывается.

Распределение сахарозы в корне свеклы показано на рис. 15.7. Место наибольшей сахаристости свеклы отмечено цифрой 100, а другие цифры показывают количество сахара в соответствующих местах корня свеклы в процентах от максимальной сахаристости. Распределение сахара в свекле далеко не равномерно. Количество его быстрее понижается по направлению к головке свеклы и медленнее − к хвостику. Одновременно с уменьшением количества сахара в головке свеклы всегда наблюдается увеличение количества несахаров (азота, особенно золы) и, следовательно, понижение чистоты сока (77÷78%).

За первый год своего развития сахарная свекла образует около 80 листьев ярко-зеленого цвета, так как в клетках листьев содержится много зерен хлорофилла. Они и представляют собой те природные лаборатории, где синтезируются углеводы.

Молодые растущие листья расположены в центре, а старые увядающие − по периферии головки свеклы. Но центральные листья связаны сосудистыми пучками не с центральной, а с периферийной молодой частью корня свеклы; периферийные листья, наоборот, связаны с центральной частью корня.

Углеводы в листьях образуются под влиянием солнечного света из углекислого газа, содержащегося в воздухе, и из воды. Первым продуктом, ассимиляции является формальдегид. Этот процесс эндотермический, поэтому для осуществления его и требуется энергия солнечного света.

Далее молекулы формальдегида немедленно конденсируются, образуя гексозу (глюкозу). Моносахара по сосудистым пучкам из листьев перемещаются в корень свеклы, по пути из них под влиянием фермента сахаразы (инвертин, инвертаза) синтезируется сахароза. В листьях свеклы содержится еще много моносахаров (от 1 до 3,5%), тогда как в корне свеклы имеется сахароза и очень мало (0,1%) моносахаров.

Размеры и форма корня свеклы. Корень свеклы изображен на рис.15.8. В нем различают три части: головку 1– верхнюю часть, на которой сидели листья; шейку 2 – ту часть корня, на которой нет ни листьев, ни боковых бороздок с тонкими корешками; собственно корневое тело 3 – ту часть, где имеются боковые бороздки.

Масса корня свеклы обычно составляет 200÷500 г, но бывают и более крупные корни, например массой 1 кг (даже до 8 кг). От среднего размера корня зависит и урожай свеклы. На 1 га при хорошем уходе сохраняется около 100 тыс. корней. Следовательно, для урожая 200 ц с 1 га средняя масса корня будет 200 г. Для крупных урожаев 500 и 1000 ц необходимо иметь среднюю массу корня 500 и 1000 г. Старое мнение будто крупные корни менее сахаристы опровергнуто практикой. Менее сахаристы лишь те крупные корни, которые разрослись или вследствие гибели соседних корней, или под влиянием одностороннего чрезмерного азотистого удобрения.

Иногда встречаются корни свеклы ненормального строения, неудобного для производства. Сюда относятся, например, ветвистые корни с несколькими хвостиками, которые труднее промывать; кроме того, хвостики от них отламываются и теряются в воде мойки. Такие корни развиваются, когда главному корню трудно проникать в почву, т. е. при каменистой почве, при мелкой пахоте, при плохой разделке почвы; получаются они также и при неравномерной заделке навоза. Иногда встречаются дуплистые корни с сухими или с мокрыми дуплами. Такие корни, особенно с мокрыми дуплами, легко загнивают при хранении. Дупла образуются чаще всего во влажную погоду и при неполном насаждении свеклы на поле.

Некоторые корни свеклы уже в первый год развития выбрасывают цветоносный стебель. Такие корни менее сахаристы, кроме того, они деревенеют, делаются грубоволокнистыми и разрезать их трудно (забиваются ножи резки). Причиной появления такой «цветухи» является временная приостановка роста свеклы, например, вследствие весенних холодов, образования корки на поверхности почвы после дождей. За этим нужно следить и возможно скорее разрыхлять образовавшуюся корку.

Свекла, выращенная при хорошем уходе на поливных землях, отличается крупными размерами, что объясняется обилием солнечного света. При уборке необходимо выделять незрелую свеклу поздних пересевов. Она плохо сохраняется и должна немедленно поступать в переработку.

Тростник. В настоящее время почти ³/₅ мировой продукции сахара получают из сахарного тростника.

Сахарный тростник (Arundo saccharifera) принадлежит к семейству злаков (Gramineae), т. е. к тому же семейству, к которому относится пшеница, рожь и др. Этот гигантский злак достигает высоты 2÷4 м; толщина его стебля 40÷50 мм.

Стебель, как и у всех злаков, узловатый и состоит из отдельных суставов (междоузлий), но стебель тростника не пустой внутри, а заполнен рыхлой сочной тканью, содержащей сахар. Стебли тростника и являются сырьем для производства сахара. Из узлов растут листья, которые в нижней части растения отпадают, а в верхней образуют пучок (рис.15.9). У созревшего тростника имеется обычно 40÷50 и более узлов и суставов. На верхушке тростника может вырасти цветоносная метелка, дающая семена, но тростник убирают для переработки на сахар, не дожидаясь этого периода.

Для культивирования сахарного тростника обычно пользуются не семенами, а черенками. Для этого используют верхние части растений длиной 500÷700 мм. В узлах стебля имеются почки, которые легко прорастают. Как растение многолетнее высаженный тростник дает ряд урожаев; остающийся после уборки черешок с корнями продолжает расти. Таким образом, от одной посадки получают 5÷6 урожаев, которые, однако, постепенно уменьшаются вследствие истощения почвы.

Для созревания сахарного тростника требуется 12÷16 месяцев. Поэтому разведение его возможно лишь в тропической и субтропической полосах, где почти нет зимы и где средняя годовая температура не ниже 4÷16°С. Для тростника требуется почва, богатая питательными веществами и влагой, с годовым количеством осадков не менее 1700 мм.

Родиной сахарного тростника является Азия (Индия, Китай). В настоящее время он культивируется главным образом на Антильских и Филиппинских островах, на Яве и в Индии. Сахарный тростник культивируют часто с искусственным орошением, что дает прекрасные результаты – урожай увеличивается примерно в 1,5 раза.

В сахарном тростнике содержится сахара от 13 до 17%. Чистота, или доброкачественность [1], тростникового сока 81÷85%. Содержание мякоти (главным образом клетчатки) в сахарном тростнике составляет 9÷12%. Урожайность сахарного тростника (без искусственного орошения) колеблется от 40 до 65 т/га, урожай сахара – с 1 га 7÷9 т. Таким образом, в сахарном тростнике саха-ра содержится несколько меньше, чем в сахарной свекле; чистота сока сравнительно невысокая, урожай же сахара с 1 га в 2 раза больше, чем для свеклы.

В сахарном тростнике содержится значительное количество глюкозы (от 0,1 до нескольких процентов). Это является не удобной для производства особенностью, так как глюкоза (и вообще моносахара) не позволяет применять для очистки сока сахарного тростника метод свеклосахарного производства, т. е. обработку нагретого сока избытком извести. При такой обработке в щелочной среде вся глюкоза была бы разрушена с образованием большого количества вредных для производства кальциевых солей ряда органических кислот, сообщающих раствору интенсивную бурую окраску («осмоление»). Известь можно применять лишь в небольшом количестве (около 0,1 %), что затрудняет отде-ление осадка. Реакция сока на всех стадиях производства поддерживается близкой к нейтральной (рН 7,0), и, таким образом, моносахара проходят по всем станциям неизменными и накопляются в мелассе.

Второй особенностью тростниковосахарного производства является метод получения сока прессованием стеблей тростника на вальцах, хотя в последнее время начинают применять и диффузионные аппараты непрерывного действия.

[1] Доброкачественностью, или чистотой, сока в сахарном производстве называется содержание сахара в 100 г растворенных сухих веществ. В дальнейшем будем называть ее чисто-той (Международный термин на славянских, английском и французском языках).

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ