Совершенствования ассортимента и товароведная характеристика сахара

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

 

Сырье: сахарная свекла

 

В древности свекла первоначально  культивировалась ради ее листьев, которые  употреблялись в пищу. Свекла корнеплодного  типа, выращиваемая ради ее корня, культивировалась в арабских халифатах и во время крестовых походов была перенесена в Западную Европу. В Киевскую Русь свекла попала из Византии в IX-X вв. Поэтому и самое слово «свекла» имеет греческое происхождение (по гречески svekle, а по латыни beta).

Сахарная свекла — растение двухлетнее: в первый год развития из семени вырастают лишь корень и листья, но не образуется семени (рисунок 1.1); во втором году из перезимовавшего корня вновь вырастают листья, образуются цветоносные стебли высотой 1,5-2,0 м цветы и семена [2].

Рисунок 1.1 – Сахарная свекла первого года развития

 

Для производства сахара применяют исключительно корни  свеклы первого года развития. Семена сахарной свеклы представляют собой  клубочки-соплодия диаметром 3-4 мм и  массой около 0,03 г. Клубочки состоят из рыхлой губчатой ткани, в которой гнездится несколько семечек (2-3 и более). Семечки весьма малы, продолговатой формы, длиной около 2 мм, масса их составляет 2-3 мг. На них имеется плотная буро-красная оболочка. Большая часть семени занята зародышем, в котором уже можно различить корешок, почку и две семядоли. Семя содержит питательные вещества (крахмал, белки) для прорастающего растения. Однако этих веществ в таком мелком семечке очень мало. Поэтому при посеве семена свеклы заделывают в землю весьма неглубоко (не глубже 3-4 см), иначе росток не пробьется на поверхность земли.

При прорастании необходимо подводить к семечку из земли  влагу. Клубочек семян поглощает  влаги до 150-170 % от его массы.

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.

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.

Химический состав корнеплодов  сахарной свеклы зависит от сорта, почвенно-климатических и погодных условий, уровня агротехники и других факторов. Знание закономерностей изменения химического состава корнеплодов под действием внешних факторов необходимо для разработки технологии возделывания этой культуры, обеспечивающей получение сырья высокого качества.

В корнеплоде сахарной свеклы в среднем содержится 75 % вода, 17,5 сахара и 7,5 % несахаров. Количество сахара в сухом веществ корнеплода обычно составляет 69-76 %. Выжатый из корнеплода со представляет собой водный раствор сахара и других веществ (несахаров). В нем находится 17,5 % сахара и 2,5 % несахаров. На долю сахар в сухом веществе сока приходится 87,5 % [2].

После отжатия сока остается мякоть корнеплода, которая составляет 5 % его массы. Она состоит в основном из компонентов клеточных стенок и небольшого количества других нерастворимых в виде веществ. В мякоти содержится (%): пектиновых веществ − 48, гемицеллюлоз − 22, клетчатки − 24, белков − 2, сапонина − 2 и золы – 2. В течение вегетации количество и состав мякоти изменяются. В корнеплодах сортов сахаристого направления мякоти больше, чем у сортов урожайного направления. Больше мякоти содержится в головке и пepиферических тканях корнеплода, а также в корнеплодах цветущих растений. Количество ее увеличивается в засушливые годы. Мякоть в воде не растворяется и при переработке свеклы на заводах полностью остается в жоме, т. е. в таком виде выводится из дальнейшего технологического процесса получения кристаллического сахара.

Ниже приведена характеристика основных веществ, содержащихся в корнеплодах сахарной свеклы.

Углеводы. Они составляют основную часть сухих веществ  корнеплода.  Из углеводов наибольшее значение имеют:

- моносахариды (монозы) - глюкоза, фруктоза, галактоза и арабиноза. Смесь глюкозы и фруктозы называют инвертным сахаром;

- дисахариды (биозы) - сахароза, или тростниковый сахар и мальтоза. Сахароза как главная составная часть сухого вещества имеет большое значение прежде всего для сахарного производства. При гидролизе сахарозы, который протекает под действием кислот и фермент; инвертазы, из одной ее молекулы образуются молекула глюкозы и молекула фруктозы. Этот процесс называется инверсией. Наличие инвертного сахара в корнеплодах затрудняет технологические операции сахарной производства, так как при очистке диффузионного сока происходит разложение глюкозы и фруктозы и образование новых веществ полуколлоидного характера, которые мешают кристаллизации сахарозы;

- трисахариды (триозы) - рафиноза. Она относится к нежелательным для технологии сахарного производства веществам, поскольку переходит в патоку и мешает кристаллизации сахарозы; полисахариды (полиозы) - крахмал, целлюлоза и гемицеллюлоза.

Пектиновые вещества. Они представлены протопектином, пектином и пектиновой кислотой. Пектиновых веществ в корнеплоде содержится 2-2,5 % его массы. Более 90 % пектиновых веществ приходится на долю протопектина, нерастворимого в холодной воде, но постепенно растворяющегося в горячей воде. В связи с этим пектиновые вещества переходят в диффузионный сок, препятствуя кристаллизации сахарозы. В процессе диффузии и дефекации (очистка свекловичного сока от посторонних примесей) происходит гидролиз пектиновой кислоты с образованием полигалактуроновых кислот, которые осаждаются известью в виде студенистых осадков, мешающих фильтрации сока. В результате очистки диффузионного сока из него удаляется примерно четвертая часть пектиновых веществ, что отрицательно сказывается на выходе сахара при переработке сахарной свеклы на заводах.

Сапонины. Это вещества типа глюкозидов, которые при гидролизе расщепляются на смоляную и глюкуроновую кислоты. Характерная особенность сапонинов − способность пениться. Во время диффузии примерно третья часть сапонинов переходит в диффузионный сок, который от этого пенится. Осаждаются сапонины вместе с белками. Содержание их в сырой массе корнеплода в зависимости от возраста растений, сорта и применяемых удобрений колеблется от 0,13 до 0,25 %. В корнеплодах сортов сахаристого направления сапонинов больше, чем в корнеплодах сортов урожайного направления. Образование сапонинов, по-видимому, связано с образованием сахара, так как их количество увеличивается с повышением сахаристости свеклы.

Органические кислоты. В корнеплодах свеклы содержатся щавелевая, малоновая, янтарная, яблочная, молочная, лимонная и другие кислоты. В сухом веществе корнеплода на их долю приходится 0,99-1,33 %. Они играют важную роль в обмене веществ растения. Большая часть органических кислот при обработке диффузионного сока известью осаждается и может быть удалена из него.

Азотистые вещества. Они содержатся в корнеплоде в виде белков, представленных протеинами (альбумины, глобулины и др.) и протеидами (нуклеопротеиды и др.), а также в виде аминокислот (лейцин, изолейцин, тирозин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), амидов кислот (аспарагин, глутамин), органических оснований (бетаин, холин, лецитин), циклических производных мочевины (аллантоин), пуриновых оснований (гуанин, ксантин, гипоксантин, аденин) и минерального азота (соли азотной кислоты и аммиак).

Применительно к сахарному производству азот, содержащийся в корнеплодах, принято подразделять на белковый, амидоаммиачный и вредный. К вредному азоту относятся формы, которые в период технологического процесса добывания сахара попадают в диффузионный сок, не удаляются из него в процессе дефекации − сатурации (химическая обработка углекислым газом сахарного сока). Они и перехода в патоку, увеличивают выход патоки и потери сахара в ней. Принято считать, что одна часть вредного азота препятствует кристаллизации 25 частей сахара. К вредным формам азота относятся аминокислоты, бетаин, пуриновые основания и нитраты. Белковый, аммиачный и амидный азот в процессе производства сахара удаляется из диффузионного сока. Количество вредного азота в свекле определяют как разность между общим азотом и суммой белкового и амидо-аммиачного азота.

По данным П. М. Силина, в корнеплодах содержится следующее  количество различных форм азота (% массы свеклы): общего азота – 0,2, белкового – 0,115, аммиачного – 0,005, амидного – 0,015, бетаинового – 0,02, нитратного – 0,002, пуриновых оснований – 0,001, аминокислотного и прочего азота – 0,042.

Минеральные вещества (зола). На долю минеральных веществ (золы) приходится 0,5-0,8 % массы корнеплода. В золе корнеплода содержатся калий, натрий, кальций, магний, железо, фосфор, силиций, хлор, рубидий, цезий, ванадий, бор, марганец, цинк, а также встречаются литий, стронций, йод, медь и другие элементы. При этом 1/3 массы золы составляет калий. Относительно большее количество золы содержите в головке корнеплода, хвостике и периферийной части его. При переработке свеклы соли калия, натрия, хлора не удаляются из диффузионного сока, в результате чего увеличивается патокообразование и снижается выход сахара.

Жиры и жироподобные вещества (липоиды). По результатам опытов П. М. Силина в корнеплоде содержится 0,03 % жира, по данным других исследователей − 0,13-0,21 %. Жироподобные вещества в корнеплоде представлены лецитином, а жирные кислоты - олеиновой, эруковой и пальмитиновой.

Изменения химического  состава корнеплодов в период их хранения бывают значительными. Это вызвано физиологическими и биохимическими процессами, протекающими в хранящихся корнеплодах, и химическими превращениями, связанными с обменом веществ.

В период хранения корнеплодов  содержание сахарозы в них уменьшается. Так, в опытах А. И. Опарина, Н. Н. Дьячкова и И. В. Глазунова содержание сахарозы в сухом веществе корнеплодов свеклы через 103 сут. их хранения уменьшилось с 27,66 до 21,68 %. При этом часть сахарозы была израсходована на дыхание, а другая часть превратилась в инвертный сахар.  Авторы отмечают, что в начальные стадии хранения корнеплода сахарозы разрушается значительно меньше, а в дальнейшем значительно больше, чем требуется для нормального дыхания корнеплода. При длительном хранении корнеплодов увеличивается распад сахарозы.

Во время хранения изменяется структура корнеплодов. Твердость их значительно уменьшается, а коллоидность сока возрастает. Это  способствует переходу инвертазы в  раствор и усилению ее гидролитического действия. При хранении в корнеплодах изменяется и азотный комплекс: уменьшается содержание белкового азота и накапливаются его растворимые формы, в частности вредный азот, который вызывает увеличение выхода мелассы и потери сахара в производстве.

Главный показатель, определяющий качество сахарной свеклы как сырья для выработки сахара, − сахаристость (содержание сахара в корнеплоде, выраженное в процентах к его массе). Чем выше сахаристость, тем лучше технологические качества сахарной свеклы. Однако при переработке на сахарных заводах различных партий свеклы с одинаковой сахаристостью выход сахара может значительно колебаться, т. е. технологические качества этих партий свеклы будут разными. Следовательно, технологические качества будут выше у той партии свеклы, при переработке которой достигается больший выход сахара. Это будет зависеть от количества других химических веществ (несахаров), перешедших вместе с сахаром в сок.

Технологические качества сахарной свеклы − комплекс ее биологических, химических и физических особенностей, обусловливающих протекание технологических процессов ее переработки на сахарных заводах и выход кристаллического сахара.

Полную и всестороннюю оценку технологических качеств  сахарной свеклы можно дать при переработке  ее на лабораторной установке, имитирующей в определенной мере работу сахарного завода. Однако такая оценка требует нескольких дней работы и возможна для анализа небольшого числа проб. Эта методика не может быть принята для массовых анализов, столь необходимых в селекционной работе или в агротехнических опытах. Ряд исследователей предложил учитывать косвенные показатели, характеризующие качество сахарной свеклы.

Так, о качестве сахарной свеклы можно судить по доброкачественности  сока, получаемого в лаборатории. Под доброкачественностью сока понимается соотношение сахара и несахаров в общем количестве сухих веществ сока, выраженное в процентах.

Условия произрастания  могут оказывать большое влияние  на химический состав и качество сахарной свеклы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 2

 

 

Основы свеклосахарного производства

 

 

Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом, состоящим из двух моносахаридов  – α-глюкозы и β-фруктозы, она  встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свекле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара [3].