Характеристика сахара, его применение в пищевой промышленности

Сахарное производство – крупнейшая отрасль пищевой промышленности, объединяющая сахаропесочное и сахарорафинадное производство. В Российской Федерации действует 95 свеклосахарных заводов, перерабатывающих в сутки 280 тыс. тонн свеклы, 3 сахарорафинадных завода и 8 сахарорафинадных отделений при свеклосахарных заводах, вырабатывающих более 700 тыс. тонн сахара- рафинада. Сахарные заводы работают 110- 150 суток в году, т.е. это сезонное предприятие. Период уборки сахарной свеклы длится 40-50 суток, остальное время убранную свеклу хранят на специально подготовленных кагатных полях в трапециидальных кучах, называемых кагатами. Каждый кагат имеет размеры (50….100)х(8….18)х(2…5) м. Укладка свеклы осуществляется кагатоукладчиками.

Сахарная свекла (Beta vulgaris) – двухлетнее засухоустойчивое растение, принадлежащее к ботаническому семейству маревых. Для получения сахара используют корнеплоды первого года развития. Масса корнеплода колеблется от 200 до 500 г. В клетках тканей корнеплода содержится клеточный сок с растворенными в нем сахарозой и другими веществами.

Химический состав корнеплодов сахарной свеклы зависит от сорта, климатических и др. условий их выращивания и хранения. Примерный химический состав сахарной свеклы представлен на схеме:

Рис. 2.1 Химический состав корнеплодов сахарной свеклы

В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20-25 % сухих веществ, которые в сахарном производстве условно делят на сахара и несахара. Под несахарами понимают все остальные сухие вещества, включая редуцирующие и рафинозу, кроме сахарозы. Содержание сахарозы колеблется от 14 до 18 %. Важным показателем качества является чистота сока, под которой понимают процентное отношение сахарозы к другим веществам свеклы. Для приведенного выше среднего химического состава свеклы чистота сока (%) подсчитывается следующим образом:

Ч = = , (2.1)

где: 18,69 – содержание сахарозы;

3,04 - содержание несахара в 100 кг сока.

При закладке свеклы в кагаты определяют ее соответствие требованиям ГОСТа по следующим показателям: физическому состоянию, спелости, общей загрязненности и т.д. В кагаты длительного хранения укладывают здоровые корнеплоды без механических повреждений с минимальным количеством примесей. Наружная ткань корнеплодов обладает естественным иммунитетом, препятствующим развитию микроорганизмов. При механическом повреждении корнеплодов и нарушении режимов их хранения фитопатологические потери могут достигать значительных размеров. Поэтому поврежденную свеклу сразу направляют на переработку.

В процессе хранения свекла дышит. Дыхание может быть как аэробным, так и анаэробным. В том и другом случае на процесс дыхания расходуются сухие вещества свеклы (в основном сахар), причем при аэробном дыхании потери сухих веществ значительно ниже, поэтому следует проводить вентилирование кагатов, так как вентиляция предохраняет корнеплоды от излишней потери сахара.

Оптимальная температура хранения свеклы 0…+2 ⁰С. Повышение температуры способствует увеличению интенсивности дыхания корнеплодов, что весьма нежелательно.

Во избежание подмораживания боковые поверхности кагатов среднего и длительного сроков хранения укрывают теплоизоляционными материалами. В районах с устойчивыми морозами свеклу в кагатах замораживают, так как свекла не дышит и может храниться без потерь длительное время, но после размораживания ее немедленно отправляют на переработку.

Рассмотрим отдельные технологические стадии более подробно.

Доставка свеклы на завод и отделение примесей. Из бурачной на завод свеклу подают по гидравлическому транспортеру, по которому она движется под давлением воды. Свекла содержит от 5 до 15 % примесей (ботва, солома, песок, камни), если их не удалить, то это приводит к ухудшению работы оборудования, снижает качество диффузионного сока и качество сахара. Свеклу моют в специальных моечных машинах. Затем чистую свеклу подают в верхнее отделение завода, где проводят ее электромагнитную очистку и взвешивают.

Изрезывание свеклы в стружку. Сахарозу извлекают из свеклы диффузионным способом. Для этого свеклу измельчают в тонкую стружку желобчатой, пластинчатой, ромбовидной формы в зависимости от качества свеклы и типа диффузионных аппаратов. Качество стружки оценивают длиной 100 г стружки в метрах (число Силина) или отношением массы стружки длиной более 5 см к массе стружки длиной менее 1 см (шведский фактор) и содержанием в ней брака. В непрерывно действующих диффузионных аппаратах используют стружку, длина 100 г которой составляет 9-15 м, шведский фактор должен быть при этом не ниже 8. Допустимое количество брака не должно превышать 3 %.

Получение диффузионного сока. Получение диффузионного сока основано на явлении диффузии и подчиняется закону Фика, который устанавливает связь между количеством экстрагируемого вещества (S) и основными параметрами процесса:

S= , (2.2)

где: D – коэффициент, зависящий от величины молекул

диффундирующего вещества;

F – площадь слоя;

С – с – разница концентраций;

х – толщина слоя;

τ – время диффузии.

На практике эти величины имеют естественные ограничения. Так, количество сока, извлекаемое из 100 кг стружки (откачка сока). При увеличении расхода воды на обессахаривание стружки (т.е. при увеличении разницы концентраций) возрастают и расходы топлива и электроэнергии на ее последующие выпаривание, что экономически не выгодно.

Длительность обессахаривания (τ), параметры самой стружки (F,х) обусловлены конструкциями используемых диффузионных аппаратов. Так, длительность диффундирования в аппаратах непрерывного действия при использовании грубой стружки составляет 70-80 минут, а температура, при которой идет диффузия, не должна превышать 75 ⁰С.

В настоящее время извлечение сахарозы из свекловичной стружки производится в непрерывно действующих диффузионных аппаратах по схеме: