Тема 5. Производство сахара

Сахарная промышленность страны объединяет свеклосахарное и сахарорафинадное производства. Сырьем для производства сахара-песка и сахара-рафинада в нашей стране является свекла сахарная. С 1955 года промышленность перерабатывает сахар-сырец, получаемый путем переработки сока стеблей сахарного тростника.

Свеклосахарное производство сезонное, длительность составляет 100 – 130 суток (сентябрь, январь), вырабатывает сахар-песок.

Сахарорафинадное производство работает круглый год, перерабатывает сахар-песок или сахар-сырец и выпускает сахарорафинадный песок, сахар-рафинад и жидкий сахар.

При производстве основных продуктов сахара-песка и сахара-рафинада образуются отходы: свекловичная ботва, часть свекловичного корня – хвостики и вторичные продукты: свекловичный жом, патока-меласса, фильтрационный осадок – дефекат.

Дефекат используется как известковое удобрение, меласса является сахаросодержащим сырьем для производства этилового спирта, хлебопекарных дрожжей, лимонной кислоты и другой продукции

5.1 Характеристка сырья для производства сахара-песка

Наиболее распространенным сахаром в природе является сахароза.

Наибольшее количество сахарозы содержится в сахарном тростнике и сахарной свекле. Сахароза обладает чисто сладким вкусом, высокой энергетической ценностью (16000 Дж/кг), полностью усваивается организмом человека.

Сахарная свекла (Beta vulgaris) – двухлетнее засухоустойчивое растение, принадлежащие к ботаническому семейству маревых.

В первый год из семян образуются корни богатые сахаром. Химический состав корнеплода сахарной свеклы зависит от сорта свеклы, условий ее выращивания и хранения.

Сахароза в корнеплодах образуется путем синтеза углеводов глюкозы и фруктозы. На первом этапе из диоксида углерода и воды образуются моносахариды:

6CO₂ + 6H ₂O = C ₆H ₁₂O₆ + 6O₂

Затем моносахариды (глюкоза и фруктоза), под действием имеющихся в растении ферментов, превращаются в дисахарид сахарозу:

C ₆H ₁₂O₆ + C ₆H ₁₂O₆ = C ₁₂H ₂₂O₁₁ + H ₂O

Цель свеклосахарного производства – извлечь из свеклы сахарозу. Сахароза растворена в клеточном соке свеклы.

Химический состав корня свеклы, %

Вода 75,0

Сахароза 17,5

Безазотистые органические соединения 3,4

Азотистые органические соединения 1,2

Клетчатка 0,6

Нерастворимые в воде вещества (клетчатка) не перейдут в раствор(диффузионный сок), другие вещества растворимые в воде полностью или частично вместе с сахарозой перейдут в раствор в виде так называемых несахаров, хотя среди них имеются и сахара: инвертный сахар, раффиноза. Среди несахаров различают несахара вредные и невредные. К последним относятся те, которые легко удаляются из сока осаждением при помощи извести и последующей фильтрации.

Вредными являются те, которые не могут быть удалены из диффузионного сока и сопровождают сахарозу через все производственные операции. Эти вещества осложняют производственный процесс, связанный с выделением сахарозы из сока. Большинство их являются антикристаллизаторами. Поэтому некоторое количество сахарозы остается в растворенном состоянии и переходит в патоку. Другие несахара вызывают потемнение диффузионного сока, что может вызвать потемнение сахарного песка. Поэтому освобождение диффузионного сока от несахаров является важнейшей задачей сахарного производства.

Несахара подразделяют на 3 группы: безазотистые органические соединения, азотистые органические вещества,зольные элементы.

Безазотистые органические соединения – инвертный сахар, раффиноза, пектиновые вещества, органические кислоты и пр. Почти все они являются вредными, кроме органических кислот, которые при обработке известью дают нерастворимые соли, удаляемые при фильтрации.

Особенно вредным является инвертный сахар (до0,15%). При обработке известью глюкоза и фруктоза разлагаются с образованием ряда веществ, часть которых имеет темную окраску. Но и неразложившиеся монозы могут вступать в реакцию с аминокислотами сока с образованием темноокрашенных продуктов меланоидинов ( при 85С⁰). Окрашивание сока может происходить также в результате окисления пирокатехина и тирозина.

В свекле содержится также глюкозид сапонин(0,2%), нерастворимый в воде, но переходящий в коллоидный раствор после обработки сока известью. Являясь ПАВ, сапонин вызывает образование стойкой пены в диффузионном соке, что осложняет работу.

Азотистые органические вещества – белки (0,7%) при обработке известью и под действием высоких температур коагулируют и удаляются при фильтрации, и являются невредными. Другие соединения азота (аминокислоты и др.) при очистке сока не удаляются, поэтому их относят к вредным несахарам.

Безазотистые органические соединения – инвертный сахар, раффиноза, пектиновые вещества, органические кислоты, т.к. затрудняют кристаллизацию сахарозы, чем способствуют ее переходу в патоку, т.е. увеличивают потери сахарозы.

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 свежего отжатого свекловичного сока доброкачественность составляет примерно 87%. В процессе очистки от несахаров доброкачественность сока повышается до 90 – 92%, чистый белый сахар имеет доброкачественность равную 100%.

После уборки сахарной свеклы до времени ее переработки свеклу укладывают в кагаты (бураты) на полях, укрывают соломенными или пленочными материалами. Температура хранения свеклы 1 – 4ºС для замедления физиологических процессов при хранении.

Основной процесс – дыхание, для которого необходимы сухие вещества и прежде всего сахара. Даже при благоприятных условиях хранения есть потери сухих веществ – 0,015% от массы свеклы в сутки.

При хранении в течение 40 суток потери составляют приблизительно 1% от массы свеклы. В целом при хранении и транспортировании свеклы потери сухих веществ составляют 3 - 4%.

Тростниковый сахар–сырец получают из тропических или субтропических районов.

Сахар-сырец – это продукт переработки сока, полученного из сахарного тростника. Сахар-сырец содержит влаги в количестве 0,5 – 0,8%, сахарозы не менее 97 – 98%, доброкачественность – 98 – 99%. Сахар-сырец содержит до 1% инвертного сахара, цвет сахара-сырца светло-кремовый.

Тростник содержит влаги 73 – 74%, сухих веществ 26 – 27%, из них сахарозы 14 – 15%, клетчатки 6%, редуцирующих сахаров до 1%.

Для получения сахара-сырца из тростника выжимают сок, обрабатывают его известью и сернистым газом, отфильтровывают и затем выпаривают. После этих операций сок уваривают до образования кристаллов сахарозы и на центрифугах получают сахар-сырец. Выход сахара из тростника составляет 8 - 12%.