19. Процесс диффузии. Теория Фика применительно к обессахариванию стружки. Факторы, влияющие на процесс диффузии.

Цель диффузионного процесса — извлечь из свекловичной стружки максимально возможное количество сахарозы. Для этого стружка нагревается до температуры денатурации белка протоплазмы свекловичных клеток (выше 60 °С) и обессахаривается противотоком горячей воды. В результате денатурации белка протоплазмы целостность клеточных стенок нарушается и растворенные вещества легко переходят (диффундируют) из свекловичного сока в экстра­гирующую жидкость (воду).

Диффузионный процесс подчиняется закону Фика по которому количе­ство растворенного вещества S, продиффундировавшего сквозь некоторый слой растворителя, пропорционально разности концентраций на границах этого слоя С—с, времени τ и площади слоя Fи обратно пропорционально толщине слоя х.

S = DFτC— c)/x

где D— коэффициент диффузии, показывающий, сколько данного вещества продиффундирует в единицу временодной единицы длины при разности концентраций, равной единице. Егoве­личина зависит от размера молекул экстрагируемого вещества и темпера­туры процесса.

Влияние различных факторов на процесс диффузии

1. Качество свекловичной стружки и питающей воды. Активная площадь поверхности диффузии тем больше, чем тоньше стружка. При этом укорачивается путь, который молекулы са­харозы должны пройти до выхода из тканей свеклы. Соответ­ственно этому уменьшаются и потери сахарозы в обессахарен­ной стружке. Но тонкая стружка менее упруга и легче обра­зует в диффузионном аппарате пробки, чем толстая. Она более чувствительна к воздействию высокой температуры, легче измельчается транспортирующими устройствами.

Форма и размер стружки характеризуют ее проницаемость для экстрагирующей жидкости. Особенно затрудняют движе­ние воды кусочки стружки длиной меньше 1 см. Поэтому про­ницаемость стружки (Пр) в диффузионном аппарате оцени­вают по величине шведского фактора (Ф), с повышением которого, как, проницаемость стружки быстро увеличивается: при Ф=8-12стружка обладает довольно высокой проницаемостью, а при Ф=20 проницаемость достигает предела.

Для обессахариваиия стружки применяется чистая горя­чая вода, не содержащая коллоидных веществ и соединений, не удаляемых при очистке сока известью.

2.Температура и рН среды. От температуры и продолжитель­ности ее воздействия зависят полнота денатурации прото­плазмы в стружке, скорость диффузии сахарозы, жизнедея­тельность микроорганизмов, физическое состояние клеточных стенок свеклы. Денатурация протоплазмы происходит при тем­пературе выше 60 ^DC и зависит от продолжительности нагре­вания. Температура денатурации вы­ше 80 °С ие применяется, так как перегретая стружка теряет упругость и слипается.

рН—водородный показатель, т. е. величина, характеризу­ющая концентрацию водородных ионов, численно равную от­рицательному десятичному логарифму этой концентрации, вы­раженной в грамм-ионах на 1 л.

Обычно, когда условия процесса близки к стерильным, в ак­тивной части аппарата самопроизвольно устанавливается рН 6,2—6,5, что соответствует рН свекловичного сока спелой здоро­вой свеклы. Но в хвостовой части рН питающей воды может существенно влиять на накопление пектиновых и других ве­ществ в диффузионном соке. Поэтому, используя в качестве экстрагента аммиачные конденсаты иди барометрическую воду, перед подачей в диффузионный аппарат их подкисляют до рН 5,5—6,0 и освобождают от нежелательных примесей.

3.Длительность диффузии. Увеличение длительности диффу­зии способствует более полному извлечению сахарозы из стружки, но количество извлекаемой сахарозы не прямо пропор­ционально этой длительности, так как со временем разность концентраций сахарозы в стружке и соке снижается и скорость диффузии уменьшается.

В современных диффузионных установках до­статочно полное обессахарнвание стружки из хорошей свеклы достигается за 65—70 мни.

4.Величина отбора диффузионного сока. Отбор диффузионного сока, необходимый для достижения определенной степени обессахариваиия свекловичной стружки, и необходимое для этого количество свежей воды существенно зависят от качества пе­рерабатываемой свеклы, площади поверхности стружки, темпе­ратуры и длительности диффузии и в меньшей степени от са­харистости свеклы. С увеличением расхода свежей воды сни­жаются потери сахарозы в жоме, но увеличивается расход топ­лива на выпаривание избыточной воды.

На практике отбор диффузионного сока поддерживают на уровне 120—130 % к массе свеклы, а потери сахарозы в жо­ме — 0,3—0,4 % к массе свеклы.

5.Действие микроорганизмов. Свекловичная стружка и сок яв­ляются хорошей питательной средой для развития микроорга­низмов, потребляющих в процессе обмена веществ сахарозу. Важным условием для их жизнедеятельности является соот­ветствующая температура и время, необходимое для приспо­собления к условиям среды (адаптация). После этого микроор­ганизмы быстро размножаются. Потери сахарозы от действия микроорганизмов относятся к неучтенным.