Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии пищевых производств. Учебное пособие
.pdf
Тема 3. Производство сахара
отделяется прессованием, освобождается от мезги, стерилизуется
и в смеси со свежей водой направляется в диффузионный аппарат. Свежая вода предварительно подогревается до 72 °С и сульфитируется диоксидом серы до значения рН 5,5–6,0.
Длительность диффузии при температуре 74–75 °С составляет 75–80 мин, выход диффузионного сока 120–125 кг из 100 кг
свеклы.
Очистка диффузионного сока. Диффузионный сок представляет собой пенящуюся жидкость черного цвета, содержит взвешенные частицы (обрывки клеточных стенок, скоагулированные
белки), растворенные несахара, мешающие кристаллизации сахарозы и увеличивающие потери сахара. Сок имеет кислую реакцию (рН 6,0–6,5), и при упаривании такого сока будет происходить инверсия сахарозы.
Цель очистки диффузионного сока – нейтрализация кислот, удаление взвешенных частиц и растворенных несахаров. Применяется
многостадийная очистка, схема которой приведена на рисунке 2.
Важным показателем является чистота сока, под которой
понимают процентное отношение сахарозы к сухим веществам
свеклы. Степень чистоты сока называется его доброкачественностью. Чем меньше в соке содержится несахаров, тем выше его доброкачественность. Для свежеотжатого свекловичного сока доброкачественность составляет примерно 87 %. В процессе очистки
от несахаров она повышается до 90–92 %, чистый белый сахар
имеет доброкачественность, равную 100 %.
Дефекация. После отделения мезги диффузионный сок подвергают дефекации – обработке известью. При этом происходит
нейтрализация кислот с образованием солей кальция, коагуляция
высокомолекулярных соединений, разложение некоторых несахаров. Дефекацию проводят в две стадии. Во время предварительной дефекации диффузионный сок медленно смешивается с дефекованным соком и соком I сатурации до достижения значения
рН 10,8–11,6. На этой стадии необходимо осадить максимальное
количество несахаров и получить осадок с оптимальными свойствами для дальнейших операций, в частности фильтрования.
В зависимости от качества свеклы температура сока на предварительной дефекации может составлять от 50 до 90 °С. При
переработке свеклы невысокого качества предпочтительна холодная дефекация, поскольку при этом в сок переходит меньше продуктов распада белков и пектиновых веществ.
31
Основы технологии пищевых производств
ДИФФУЗИОННЫЙ СОК
Нагревание сока до 85–90 °С
Ca(OH)
CO
Ca(OH)
CO
SO
2
SO
2
2
Предварительная дефекация сока
Сок
Основная дефекация сока
2
I сатурация сока
Вода
Нагревание сока до 85–90 °С
Отстаивание (фильтрование) сока
Суспензия
Отделение
сатурационного
осадка
Контрольное фильтрование сока
Фильтрат
Контрольное фильтрование сока
Промои
2
2
Нагревание сока до 92–95 °С
II сатурация сока
осадок
Фильтрационный
Фильтрование сока
Желтый
Сульфитация сока
Нагревание сока до 126–128 °С
Сок
сахар
Растворение
желтого
Сгущение сока выпариванием
Клеровка
сахара
Сульфитация сиропа
32
Нагревание сиропа до 85–90 °С
Фильтрование сиропа
Сироп на уваривание утфеля I
Рис. 2. Технологическая схема очистки диффузионного сока
Тема 3. Производство сахара
Для основной дефекации сок нагревают до температуры 85–
90 °С и добавляют в избытке известковое молоко, значение рН
сока при этом возрастает до 12,2–12,3, создается избыток извести, необходимый для получения достаточного количества карбоната кальция на I сатурации.
В ходе основной дефекации протекает ряд процессов: донейтрализация кислот, омыление жиров, разложение органических
несахаров (амидов кислот, редуцирующих сахаров, пектиновых
веществ). Состав сока усложняется: при разложении сахаров образуются органические кислоты (молочная, уксусная, муравьиная), которые образуют растворимые соли кальция, из пектиновых веществ получаются метиловый спирт, уксусная и полигалактуроновая кислоты.
Метиловый спирт улетает при последующем выпаривании
сока, уксусная кислота дает растворимый ацетат кальция, а полигалактуроновая кислота образует пектат кальция – труднофильтрующийся слизисый осадок.
И предварительная, и основная дефекации проходят в вертикальном цилиндрическом аппарате с мешалкой, сок и известковое молоко поступают в аппарат снизу, а дефекованный сок
отводится сверху.
Сатурация. Сразу же после основной дефекации сок вместе с
осадком поступает в сатуратор. В дефекованном соке 90 % извести находится в виде осадка и 10 % – в растворенном состоянии.
Сатурация заключается в пропускании через сок сатурационного
газа, содержащего 30–34 % диоксида углерода, избыточная известь при этом выпадает в осадок в виде карбоната кальция. На
поверхности частиц осадка сорбируются различные примеси.
Чем больше образуется осадка и чем меньше его частицы, тем
полнее проходит очистка сока.
Сатурацию проводят в две стадии. На первой стадии (I сатурация) температура сока 85–90 °С. Вторая стадия необходима
для окончательного удаления извести и растворимых солей кальция с целью предупреждения образования накипи в выпарных
аппаратах.
Вторую стадию (II сатурацию) проводят при температуре
126–128 °С, что позволяет разложить бикарбонат кальция, име-
ющий высокую растворимость.
Сатуратор представляет собой цилиндрическую емкость с
коническим днищем. Сатурационный газ подается снизу и с по-
33
Основы технологии пищевых производств
мощью решетчатых перегородок равномерно распределяется по
сечению аппарата. Навстречу газу стекает дефекованный сок. Чем
выше скорость сатурации, тем мельче частицы образующегося
осадка и выше их адсорбционная способность. Отсатурированный сок отводится из нижней конической части. После I сатурации он делится на два потока: один подается на предварительную
дефекацию, второй – на фильтрование, после II сатурации весь
сок направляется на фильтрование.
Фильтрование. Перед фильтрованием сок подогревают до
температуры 85–90 °С, при этом его вязкость снижается и филь-
трование ускоряется.
Сок после I сатурации содержит 4–5 % твердых частиц. Его
фильтрование проводят в две стадии: грубое и тонкое (контрольное) фильтрование. Используют различные фильтры (дисковые,
патронные, фильтр-прессы) и разные фильтрующие материалы
(ткань, керамику, металлические сита). Важное значение в процессе фильтрования имеет слой осадка на фильтрующем материале, между частицами осадка образуются тонкие извилистые
ходы, через которые проходит жидкость. Если осадок слишком
крупный, фильтрование идет неудовлетворительно, если частицы очень мелкие – процесс длительный. С ростом толщины слоя
осадка возрастает сопротивление, поэтому фильтрующую поверхность периодически очищают от осадка. Осадок на 75–80 %
состоит из карбоната кальция, а на 20–25 % – из белков, пектиновых веществ, кальциевых солей органических кислот, минеральных веществ. Его можно использовать для известкования
кислых почв.
Сок после II сатурации фильтруют в одну стадию на дисковых или патронных фильтрах.
Сульфитация. Сульфитации подвергают фильтрованный
диффузионный сок после II сатурации.
Сульфитация заключается в обработке сульфитационным
газом, содержащим 10–15 % диоксида серы. Его получают при
сжигании серы в специальных печах. При пропускании газа через жидкость образуется сернистая кислота, которая восстанавливает и, значит, обесцвечивает красящие вещества. Одновременно сернистая кислота снижает щелочность сока и вязкость
сиропа, блокирует карбонильные группы сахаров и тем самым
предотвращает образование красящих веществ при выпаривании, способствует обеззараживанию сока и воды.
34
Тема 3. Производство сахара
Оптимальное значение рН после сульфитации: сока – 8,5–
8,8, сиропа – 7,8–8,2, воды – 5,5–6,0.
Очищенный диффузионный сок содержит 12–14 % сухих веществ, из которых 10–12 % сахароза, 0,5–0,7 % азотистые вещества, 0,4–0,5 % безазотистые органические вещества и около
0,5 % минеральные вещества. Чистота сока 90–92 %.
Сгущение сока до сиропа. Очищенный сок необходимо сгустить до получения перенасыщенного раствора. Сгущение осуществляют в два этапа.
На первом этапе сок имеет невысокую вязкость, и его сгущают до сиропа с содержанием сухих веществ 62–65 % в многокорпусных выпарных установках. Это позволяет экономить энергию, поскольку греющий пар подается только в первый корпус,
остальные корпуса обогреваются вторичным паром предшествующего корпуса. Сироп смешивают с клеровкой желтого сахара,
сульфитируют, фильтруют на патронных фильтрах и направляют
на дальнейшее сгущение.
Варка и центрифугирование утфеля I. На втором этапе очищенный сироп сгущают до содержания сухих веществ 92,5–
93,5 %. Уваривание проводят под разрежением при пониженной
температуре кипения для предотвращения разложения сахарозы.
По мере сгущения сиропа возрастает коэффициент пересыщения, который показывает, во сколько раз в данном растворе
сахарозы больше, чем в насыщенном растворе при тех же условиях. При значении коэффициента пересыщения 1,25–1,30 раствор
находится в неустойчивом состоянии, и в этот момент вводят
тонкоизмельченную сахарную пудру для заводки («затравки»)
кристаллов. Своевременная заводка кристаллов и прекращение их образования имеют важное значение для качества сахара. Если момент «затравки» кристаллов упущен, то получится
слишком крупный сахар, а если вовремя не остановить процесс
образования кристаллов, то сахар получится мелким. Процесс
образования новых кристаллов прекращают, снижая коэффициент пересыщения до 1,08–1,12 путем введения свежих порций
сиропа. Такой коэффициент поддерживают при дальнейшей кристаллизации, чтобы росли уже образовавшиеся кристаллы, а не
образовывались новые. Длительность уваривания утфеля I кристаллизации – 2,5–3,0 ч.
Продукт, полученный после уваривания, называют утфелем.
Он представляет собой смесь кристаллов сахарозы и межкри-
35
Основы технологии пищевых производств
стальной жидкости (насыщенного раствора сахарозы, содержащего несахара). В утфеле около 55 % сахарозы находится в выкристаллизованном состоянии. При более высоком содержании
кристаллов утфель становится малоподвижным, что затрудняет
его дальнейшую обработку.
Межкристальный раствор отделяют от кристаллов центрифугированием (оттек I). На поверхности кристаллов остается
тонкая пленка межкристального раствора, придающая им желтый цвет. Кристаллы в центрифуге промывают горячей водой,
промывную жидкость отделяют центрифугированием (оттек II).
Сахар, выгружаемый из центрифуги, имеет температуру 55–60 °С
и влажность 0,8–1,0 %, он легко высыхает в простейшей барабанной сушилке. Оттеки утфеля I направляют на варку утфеля
II кристаллизации.
Варка утфелей II и III кристаллизации. Оттеки утфеля I
представляют собой насыщенные растворы сахарозы, процесс
их уваривания состоит из тех же этапов, что и варка утфеля I
(получение пересыщенного раствора, «затравка» и наращивание
кристаллов), длительность уваривания 5,0–5,5 ч. Утфель II имеет
концентрацию сухих веществ 93 %.
Оттеки утфеля II, полученные после центрифугирования,
направляют на уваривание утфеля III, а желтый сахар II кристаллизации подвергают клерованию.
Цикл уваривания утфеля III состоит из тех же операций,
что и предыдущие варки, только длительность этого процесса в
1,5–2,0 раза больше, чем варка утфеля II. Концентрация сухих
веществ в утфеле III составляет 93,5–96,0 %. Из вакуум-аппарата
утфель III поступает в кристаллизационную установку, где охлаждается с помощью холодной воды до температуры 35–40 °С
для дополнительной кристаллизации сахарозы. При центрифугировании утфеля III образуются оттек (меласса) и кристаллы, на
поверхности которых остается слой мелассы, вследствие чего они
имеют бурый цвет.
Аффинация и клерование. Бурый сахар III кристаллизации
для повышения чистоты направляют в аффинатор, смешивают с
разбавленным первым оттеком утфеля I кристаллизации до содержания сухих веществ 89–90 %, часть несахаров с поверхности
кристаллов переходит в раствор и при центрифугировании получается более чистый сахар. Аффинационный оттек возвращают
на уваривание утфеля III кристаллизации.
36
Тема 3. Производство сахара
Полученный сахар вместе с сахаром II кристаллизации направляют в клеровочный аппарат и растворяют (клеруют) в соке
II сатурации до содержания сухих веществ 65–70 %, затем смешивают с сиропом из выпарной установки и направляют на сульфитацию.
Трехкристаллизационная схема продуктового отделения позволяет максимально выделить сахарозу из перерабатываемого
сырья.
Производство сахара-рафинада
Сахар-рафинад вырабатывается в виде рафинированного сахара и кускового сахара-рафинада: прессованный колотый, прессованный со свойствами литого, быстрорастворимый, дорожный
в мелкой упаковке и литой колотый. Прессованный сахар-рафинад выпускают в виде отдельных кусочков, литой колотый –
в виде кусков произвольной формы размером 40–70 мм.
По органолептическим показателям сахар-рафинад должен
соответствовать следующим требованиям: иметь белый цвет (без
пятен и примесей), допускается слегка голубоватый оттенок;
вкус – сладкий; без посторонних привкуса и запаха; раствор должен быть прозрачным.
Технологическая схема производства прессованного рафинада состоит из следующих стадий:
y взвешивание и просеивание сахара;
y приготовление рафинадного сиропа и клерса;
y удаление из сиропа механических примесей;
y адсорбционная очистка сиропа;
y сгущение сиропа до образования кристаллов;
y кристаллизация;
y центрифугирование и пробеливание кристаллов;
y получение рафинадной кашки;
y прессование рафинадной кашки;
y сушка и охлаждение брикетов;
y фасование и упаковывание сахара-рафинада;
y складирование и хранение.
Сахар, поступающий в производство, просеивается для удаления примесей, взвешивается на автоматических весах и подается
на приготовление сиропа и клерса. Рафинадный сироп, имеющий
концентрацию сухого вещества 73 %, готовят из обычного сахара.
37
Основы технологии пищевых производств
Клерс – это сироп, приготовленный из лучшего по качеству
сахара и отходов сахара-рафинада. Температура сиропа 75 °С, pH
не ниже 7,5.
Затем сиропы фильтруют через гравий или фильтроперлит
для удаления механических примесей и подвергают адсорбционной очистке для обесцвечивания и освобождения от минеральных примесей. В качестве адсорбентов используют гранулированные костяной или активный угли, порошкообразный уголь и
ионообменные смолы. Наибольшее распространение для очистки
рафинадных и продуктовых сиропов получили гранулированные
угли: костяной и активный. Костяной уголь получают путем
прокаливания без доступа воздуха обезжиренных костей крупного рогатого скота. Для очистки сиропов применяют костяную
крупку с линейным размером частиц 2–25 мм.
Обработка сиропов ведется в специальных аппаратах – адсорберах – периодическим или непрерывным способом. Адсорбирующая способность угля и производительность установки
возрастают, если процесс адсорбции выполняется непрерывно.
При этом используется принцип противотока: обесцвечиваемый
сироп поступает в адсорбер снизу, а гранулы угля, поддерживаемые во взвешенном состоянии, – сверху. Активность адсорбентов по мере поглощения красящих веществ и растворимых солей
уменьшается, поэтому периодически их направляют на регенерацию. Процесс регенерации достаточно сложен и удорожает производство.
Широко применяют для обесцвечивания рафинадных сиропов активные угли (типа карборафина). Их получают обугливанием без доступа воздуха древесины твердых пород деревьев. Основную массу активного угля (от 80 до 95 %) составляет углерод.
Эффективен комбинированный способ обработки сиропов
карборафином, заключающийся в том, что водную суспензию
угля вводят непосредственно в сироп при температуре 80–85 °C
на 15 мин, после чего смесь фильтруют через дисковые или барабанные фильтры, на которых также нанесен слой карборафина.
Таким образом адсорбент действует на сироп дважды: в мешалках-смесителях и при фильтровании.
В сахарной промышленности для обесцвечивания сиропов
используют также ионообменные смолы. Это искусственно полученные органические вещества, способные к быстрому обмену
своих ионов на другие одноименно заряженные ионы, находя-
38
Тема 3. Производство сахара
щиеся в сахарных сиропах. Сиропы, направляемые на обесцвечивание, не должны иметь температуру выше 80 °C, pH 7,1–7,3.
Очистку сиропа ионитом проводят в ионообменных установках,
состоящих из реакторов и вспомогательного оборудования.
Обесцвеченные сиропы подают в вакуум-аппараты для сгущения. Варка утфеля из рафинадного сиропа не отличается от
варки утфеля в свеклосахарном производстве. Только рафинадные утфели варят значительно быстрее свеклосахарных (в течение 70–85 мин для рафинадных и 2–3 ч для продуктовых), что
обусловлено высокой доброкачественностью увариваемых сиропов и высокой концентрацией (73 % сухого вещества).
Особенностью получения рафинадного утфеля является введение при его уваривании ультрамарина – минеральной краски
интенсивно-синего цвета.
Утфели рафинадных кристаллизаций уваривают до 91,5–
92,0 % сухого вещества при 78 °C. Утфели продуктовых кристаллизаций уваривают до меньшего содержания сухого вещества: I –
до 91,0–91,5 %; II – до 90,5–91,0 %; III – до 90,0–90,5 %; IV – до
89,0–90,0 %.
Готовый утфель спускают в утфелемешалки-кристаллизаторы для дополнительной кристаллизации. По мере охлаждения
и кристаллизации утфель густеет. Чтобы поддерживать его установленную плотность, утфель разжижают (раскачивают) путем
добавления к нему очищенного сиропа последующего продукта.
Для отделения кристаллов сахара утфель направляют на центрифуги. Используют центрифуги циклического и непрерывного
действия. Широко применяют непрерывно действующие пульсирующие центрифуги. Центрифуга имеет 4 горизонтальных барабана, изготовленных из щелевидных сит, расположенных последовательно, один за другим вдоль оси центрифуги и вращающихся с частотой 800 мин–1. Диаметры барабанов увеличиваются по
мере продвижения сахара. Первый и третий барабаны совершают
как вращательное, так и возвратно-поступательное движение.
Центрифуга заключена в горизонтальный кожух, в котором
установлена перегородка для отделения первого оттека от второго. Пробеливание сахара осуществляется клерсом, в который
добавлена суспензия ультрамарина. После центрифугирования и
пробеливания получают полупродукт – рафинадную кашку, которая состоит из кристаллов, покрытых пленкой увлажняющего
их клерса.
39
Основы технологии пищевых производств
Влажность рафинадной кашки регулируется количеством
расходуемого клерса и режимом работы центрифуги. В зависимости от того, какой должна быть крепость рафинада, влажность
может колебаться от 1,5 до 2,9 %. Для производства прочного
сахара в кашке оставляют максимально возможное количество
клерса, чтобы в процессе сушки прессованной кашки кристаллизуемая сахароза цементировала монокристаллы кусков сахара.
Для получения прессованных брикетов рафинада равной
окраски, требуемой массы и крепости кашка должна иметь равномерную кристаллоструктуру, температуру и влажность. Мелкие
кристаллы удерживают излишнюю влагу, крупные кристаллы
образуют неровную поверхность брикетов. Поэтому кашку, поступающую от центрифугирования разных утфелей, смешивают
в спиральном ленточном конвейере, установленном под центрифугами. Дальнейшее ее перемешивание происходит при транспортировании элеватором и просеивании в барабанном сите над
лентой конвейера. В кашке, поступающей на прессование, допускается содержание кристаллов размером 1,0–1,5 мм и более –
30 %; размером 0,5–1,0 мм – 60 %; размером до 0,5 мм и менее –
10 %. Температура кашки – 60–65 °С, влажность – 2,4–2,6 %.
Прессование рафинадной кашки проводится с целью формирования брикетов. Его выполняют под давлением. В зависимости от физико-механических свойств рафинадной кашки и силы
сдавливания, при которой происходит сближение кристаллов
сахарозы, брикеты получаются разные по плотности и форме.
После сушки и охлаждения брикеты раскалывают на кусочки
правильной формы, определенной крепости и массы. Процесс
прессования кашки осуществляют в прессе карусельного типа, в
диске которого размещено 4 пресс-формы, состоящие из матрицы и пуансона. На прессе периодического действия осуществляется 28–32 прессования в минуту.
Сушка сырого прессованного рафинада протекает в два периода, отличающихся в основном скоростью процесса. Первый
период характеризуется интенсивным удалением влаги, второй –
резким замедлением процесса сушки. Сушка рафинадных брусков обычно производится в туннельных противоточных конвективных сушилках. Продолжительность сушки рафинада составляет 8–10 ч. При сушке прочного прессованного рафинада
(влажностью выше 2,3 %) применяют вакуум-сушилки. Общий
цикл высушивания брикетов под вакуумом – 5–6 ч.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]