Переработка межкристальных растворов. Меласса. Её состав и применение

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Характеристика основного и дополнительного сырья для данного производства………………………………………………………………..6
2. Технологическая схема производства…………………………………...10
3. Характеристика готовой продукции и требования стандартов………..15

Заключение……………………………………………………………………….19

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Сахарное производство — крупнейшая отрасль пищевой промышленности, выпускающая сахар-песок и сахар-рафинад. В настоящее время в Российской Федерации работает 95 свеклосахарных заводов. Это крупные предприятия, перерабатывающие в среднем 3 тыс. т свеклы в сутки.

Сахар и сахаристые вещества используются и как сырьё в кондитерской, хлебопекарной, консервной и других отраслях пищевой промышленности, при производстве напитков и мороженого.

Сахар – относится к важнейшим компонентам пищевого рациона – углеводам. Последние подразделяются на моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза), на перевариваемые полисахариды (крахмал, глюкоген) и неперевариваемые полисахариды (пищевые волокна). Моносахариды и дисахариды имеют сладкий вкус и поэтому их называют сахарами. Дисахариды и неперевариваемые полисахариды расщепляются в организме человека с образованием глюкозы и фруктозы. Сахароза легко и полностью усваивается в организме человека, способствует быстрому восстановлению затраченной энергии.

При переработки сахарной свеклы для пищевых целей вырабатывают белый сахар-песок, содержащий не менее 99,75 % сахарозы (в пересчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 0,8 условных единиц. Для промышленной переработки также производят белый с желтым оттенком сахар-песок, содержащий не менее 99,55 % сахарозы  (в перерасчете на сухое вещество) и имеющий цветность не более 1,5 условных единиц. Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов от 0,2 до 2,5 мм.

Качество сахара-песка должно соответствовать требованиям стандарта по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.

 

 

Ежегодная потребность России в сахаре составляет 5,4-5,6 млн. тонн. Ресурсы этого продукта складываются на 65-75% из собственного производства сахара из сахарной свеклы, на 25-30%  из импортного сахара-сырца и на 5% из импорта сахара из стран Таможенного союза и Дальнего зарубежья.

В структуре потребления сахара личное потребление населения занимает 55-57%.

Основная доля в ресурсах обеспечивается за счет производства сахара из сахарной свеклы, являющейся традиционной культурой севооборота. Возделыванием  сахарной свеклы занимаются более 2100 хозяйств в 28 регионах России. Основные зоны свеклосеяния расположены в Центральном (50-55%),Южном (18-20%), Северо - Кавказском (4-5%) и Приволжском (20% - 22%) федеральных округах, а также Алтайском крае (до 2%).

Основная продукция свеклосахарного комплекса – сахар, не только используется в ежедневном рационе питания каждого россиянина, являясь ценнейшим продуктом питания, но широко используется в кондитерской, хлебопекарной, консервной, молочной и других отраслях промышленности. Побочная продукция: свекловичная меласса и свекловичный жом служат сырьем для производства химических продуктов: спирта, бетаина, глицерина, ацетона, поташа, хлебопекарных дрожжей, а также в качестве кормовых ресурсов для животноводства. Сахар-песок имеет особую ценность благодаря быстроте и легкости его усвояемости и тем самым служит незаменимым источником калорий для людей умственного  и физического труда.

Основными производителями сахарной свеклы остаются сельскохозяйственные организации.

В России, как и во всем мире, производство сахара из сахарной свеклы имеет ярко выраженный сезонный характер. Заводы работают только в период переработки сахарной свеклы (с августа по декабрь), поскольку убранная сахарная свекла имеет ограниченный срок хранения.

Превышение сроков хранения приводит к сверхнормативным потерям свекломассы и сахара и как результат, росту себестоимости производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Характеристика основного и дополнительного сырья

Сырьем для производства сахара в промышленных масштабах служат сахарный тростник и сахарная свекла.

Сахарный тростник - многолетнее травянистое растение семейства злаковых, в стеблях которого содержится до 20% сахара. Возделывается на Кубе, в Мексике, Индии, Австралии и других странах жаркого климата.

Сахарная свекла – единственная сельскохозяйственная культура в России для производства сахара, содержание которого составляет 15-18%. Сахарная свекла является традиционной культурой севооборота, повышает его продуктивность в целом и является ценным предшественником для зерновых культур, повышая их урожайность на 15-20%.

Сахарная свекла принадлежит к ботаническому семейству Маревые. Это двулетнее засухоустойчивое растение. В первый год из семян вырастает корнеплод с розеткой листьев и мощной корневой системой. В следующем году из высаженных в почву корнеплодов вновь вырастают листья, стебель, цветы и семена. Для производства сахара используют корнеплоды первого года вегетации. Корнеплод сахарной свеклы представляет собой мясистую, сильно уплотненную часть корневой системы. Масса корнеплодов составляет в среднем 200...500 г. Мякоть корнеплода состоит из множества микроскопических клеток, выполняющих различную роль. Перидерма (наружная защитная ткань корнеплода) состоит из плотных, непроницаемых для влаги клеток, обладающих естественным иммунитетом, а основная ткань корня — из клеток, в которых содержится свекловичный сок и другие растворимые в воде вещества. Чтобы извлечь сахар из клетки, необходимо прогреть протоплазму до температуры денатурации белка (выше 60 °С).

Химический состав корнеплода сахарной свеклы зависит от сорта свеклы, условий ее выращивания и хранения. В корнеплоде сахарной свеклы

 

 

содержится 20...25 % сухих веществ, которые в сахарном производстве условно делят на сахара и несахара. Под несахарами понимают все растворимые и нерастворимые сухие вещества свеклы, кроме сахарозы. Содержание сахарозы в корнеплоде сахарной свеклы колеблется от 14 до 18 %. Например, в 100 кг сахарной свеклы часть воды (примерно 2,5 кг) прочно удерживается коллоидами, а 74 кг воды являются растворителем для 16,2 кг сахарозы при ее сахаристости 16,2 % и 2,8 кг несахаров сока. В 100 кг свеклы содержится 93 кг свекловичного сока. В свекловичном соке содержится сахарозы 17,4% (16,2 • 100 : 93 = 17,4 %), несахаров 3 % (2,8 • 100 : 93 = 3 %). Общее количество сухих веществ в соке равно 17,4 + 3 = 20,4 %. Чистота сока, под которой понимают процентное отношение сахарозы к массе сухих веществ сока, равна 17,4 • 100 : 20,4 = 85,29 %. В 100 кг свеклы (в основном в соке и мякоти) содержится в сумме 2,8 кг растворимых несахаров. Они представлены азотистыми органическими веществами (1,5 кг), безазотистыми органическими веществами (0,7 кг) и минеральными веществами (0,6 кг). А нерастворимых несахаров содержится 4,5 кг. Они представлены целлюлозой — 1,1 кг, гемицеллюлозой — 1,0 кг, протопектином — 2,0 кг, белками — 0,1 кг, лигнином — 0,2 кг, золой — 0,1 кг и сапонином — 0,01 кг.

Период уборки сахарной свеклы составляет в среднем 50 суток. Сахарные заводы работают 110... 150 суток в году, поэтому около 60 % убранной свеклы приходится длительное время хранить. Свеклу хранят в трапецеидальных кучах — кагатах, в которые свеклу укладывают кагатоукладчиками. Длина кагата от 50 до 100 м, высота от 2 до 5, ширина от 8 до 18 м. При приеме сахарной свеклы и закладке ее в кагаты определяют соответствие свеклы (ее физическое состояние, спелость и общая загрязненность) требованиям стандарта и закладывают в кагаты на разные сроки хранения. В кагаты длительного хранения направляется свежая, здоровая свекла без механических повреждений, с минимальным количеством примесей. Здоровые корнеплоды свеклы обладают естественным иммунитетом. При механическом повреждении корнеплодов и нарушении правильных режимов их хранения фитопатологические потери могут быть весьма значительны. Поэтому поврежденную свеклу сразу направляют на переработку. В процессе хранения свекла дышит. На интенсивность дыхания оказывают влияние температура хранения, физическое состояние корнеплодов, влажность воздуха, способ и продолжительность хранения. При аэробном дыхании корнеплоды обеспечивают себя необходимой для жизненных процессов энергией, окисляя значительно меньше сахара, чем при анаэробом дыхании. Следовательно, принудительное вентилирование кагатов, обеспечивающее более эффективное в энергетическом отношении аэробное дыхание, предохраняет корнеплоды от излишней потери сахара. Оптимальная температура хранения свеклы 0...2 °С. При повышении температуры интенсивность дыхания значительно возрастает, поэтому длительное хранение свеклы в послеуборочный период экономически невыгодно. Во избежание подмораживания боковые поверхности кагатов среднего и длительного сроков хранения укрывают теплоизоляционными материалами. В районах с устойчивыми морозами (север центральной части России, Башкирия, Поволжье и др.) в зимнее время свеклу замораживают в кагатах и тщательно укрывают для предотвращения ее оттаивания. Такая свекла не дышит и может сохраняться без потерь в течение длительного времени. Для обеспечения бесперебойной работы и создания 1...2-суточного запаса свеклы завод имеет бурачную, откуда свекла гидравлическим транспортером подается в производство.

Основными полуфабрикатами свеклосахарного производства являются свекловичная стружка, диффузионный сок, сироп, утфель и промытый сахар-песок.

В результате переработки сахарной свеклы наряду с основной продукцией (сахар-песок) получают большое количество побочной продукции. При среднем выходе сахара 10…12 % свекловичное производство дает в процентах к массе переработанной свеклы: 80…83 сырого свекловичного жома, 5,0…5,5 мелассы, 10…13 фильтрационного осадка, которые являются ценными вторичными ресурсами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Технологическая схема получения сахара из свеклы

 

 

(рисунок 1)

 

 

 

Варка утфеля I кристаллизации, получение кристаллического сахара

Очищенный сироп в смеси с клеровкой желтого сахара, содержащий 65...67 % сухих веществ, поступает на дальнейшее уваривание в вакуум-аппараты. Он содержит большую часть несахаров, которые не удалось выделить при очистке диффузионного сока. Из сиропа необходимо выделить практически чистую сахарозу. Кристаллизацию сахарозы из пересыщенных растворов проводят в вакуум-аппаратах. Уваривание ведут под разрежением при пониженной температуре кипения для снижения потерь сахарозы от термического разложения. Продукт, полученный после уваривания, представляет собой смесь кристаллов сахарозы и сиропа, его называют утфелем. Утфель содержит 92...92,5 % сухих веществ, в том числе около 55 % выкристаллизовавшегося сахара. Межкристальная жидкость — это насыщенный раствор сахарозы, содержащий также несахара.

Получение утфеля I кристаллизации

Утфель уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах в четыре этапа: получение пересыщенного раствора; заводка кристаллов сахара; наращивание кристаллов сахара; окончательное сгущение и спуск утфеля. Сгущение сиропа выпариванием начинают при остаточном давлении 0,020 МПа и низкой температуре кипения (70...72 °С), чтобы предотвратить карамелизацию сахарозы. По мере сгущения сиропа до 80...82 % сухих веществ температура его кипения при том же разрежении повышается до 74...76 °С, а коэффициент пересыщения достигает значения 1,25...1,3. Коэффициент пересыщения показывает, во сколько раз в данном растворе находится сахарозы больше, чем в насыщенном растворе при тех же условиях. При этом коэффициенте пересыщения, когда раствор находится в неустойчивом состоянии, начинают заводку кристаллов введением тонкоизмельченной сахарной пудры, что приводит к немедленному образованию новых кристаллов. Применяют также суспензию кристаллов и наращивают их. Своевременная заводка кристаллов и прекращение их образования имеют очень важное значение.

Поэтому, как только в утфеле будет достаточное количество кристаллов, их дальнейшее образование прекращают, снижая коэффициент пересыщения до 1,08...1,12 введением новых порций сиропа. Дальнейшее наращивание кристаллов ведут при остаточном давлении 0,02 МПа и температуре 76 °С, чтобы росли уже образовавшиеся кристаллы, но не образовывались новые. Для этого осуществляют постоянно подачу сиропа, поддерживая коэффициент пересыщения на уровне 1,12...1,15. Когда кристаллы сахарозы достигнут нужной величины, утфель сгущают до максимально возможной концентрации сухих веществ 92...92,5 %, при этом его температура не должна превышать 75...80 °С. Длительность уваривания утфеля I кристаллизации 2,5...3 ч.

Центрифугирование утфеля, пробеливание и сушка сахара-песка

Утфель I кристаллизации подают в центрифуги и сразу же центрифугируют. Межкристальный раствор под действием центробежной силы отделяется от кристаллов и направляется в сборник первого оттека. На поверхности кристаллов сахара остается еще тонкая пленка межкристального раствора, придающая им желтоватый цвет. Чтобы удалить ее, здесь же в центрифуге кристаллы сахара- песка промывают горячей артезианской водой (3,5...4 % к массе утфеля), в результате чего образуется второй оттек, который направляют в соответствующий сборник. Сахар-песок влажностью 0,8...1,0% и температурой 55...60°С загружают в сушильно-охладительную установку, которая состоит из двух наклонных вращающихся стальных барабанов, к внутренним стенкам которых по винтовой линии прикреплены лопатки. При вращении барабанов сахар-песок пересыпается и одновременно передвигается вдоль барабана. Через первый (сушильный) барабан вентилятором просасывается горячий воздух (105...110 °С), через второй (охлаждающий) барабан — очищенный холодный воздух. Сахар сушат горячим воздухом до влажности 0,14 % и охлаждают. Охлажденный сахар-песок направляется на фасование.

Сахар-песок по качеству должен удовлетворять требованиям ГОСТ 21—94.

Переработка оттеков утфеля I кристаллизации

Утфель 1 кристаллизации должен содержать кристаллов сахара не более 56 %, при более высоком содержании он становится малоподвижным, не поддающимся дальнейшей обработке. Поэтому выкристаллизовывание сахарозы ведут в 2...3 стадии. Наиболее рациональной является трехкристаллизационная схема продуктового отделения (рис.2)

Полученные при центрифугировании и пробеливании утфеля I кристаллизации оттеки являются насыщенными растворами сахарозы. Их используют для варки утфеля II кристаллизации.

 

Рис.2. Трехкристаллизационная схема продуктового отделения

 

Цикл уваривания состоит из тех же основных этапов и длится в течение

5...5,5 ч. После наращивания кристаллов утфель окончательно сгущают до концентрации 93,0 % сухих веществ. Утфель II кристаллизации центрифугируют в центрифугах периодического действия в горячем состоянии, сразу после спуска в утфелемешалку. Сахар пробеливают чистой горячей водой в количестве 1 % к массе утфеля. При центрифугировании отбирают два оттека с разной чистотой, вводят аффинационный оттек и раствор, полученный от промывки сит в центрифугах утфеля III, и направляют на варку утфеля III кристаллизации. Цикл уваривания утфеля III кристаллизации в вакуум-аппарате состоит из тех же операций, но длительность уваривания в связи с меньшей чистотой оттеков 2 раза больше, чем утфеля II. Утфель уваривают до концентрации 93,5...96,0 % СВ. Из вакуум-аппарата утфель III поступает в приемную утфелемешалку, а затем в кристаллизационную установку, состоящую из шести утфелемешалок-кристаллизаторов, в которых утфель охлаждают с помощью холодной воды для дополнительной кристаллизации сахарозы. За время кристаллизации температура утфеля снижается с 70...75 до 35...40 °С. Коэффициент пересыщения удерживают в пределах 1,20...1,25, для того чтобы росли только имеющиеся кристаллы и не образовывались мелкие кристаллы. Перед центрифугированием утфель нагревают до 50 °С в утфелемешалке и центрифугируют без пробеливания сахара водой, с отбором одного оттека — мелассы. При этом на поверхности кристаллов сахара остается слой мелассы, чистота сахара составляет 94...95 %. Для повышения чистоты сахар подвергают аффинации, т. е. смешивают с разбавленным первым оттеком утфеля I кристаллизации до содержания сухих веществ 89...90 %.