Современные технологии переработки сахарной свеклы. Производство сахара из свеклы. Каким образом получают сахарные кристаллы

Характеристика и производство сахара

Продукт представляет собой чистый углевод – сахарозу, характеризуется приятным сладким вкусом и высокой усвояемостью. Обладает большой физиологической ценностью, возбуждающе действует на ЦНС, способствуя обострению органов зрения, слуха; является питательным веществом для серого вещества мозга; участвует в образовании жира, белково-углеводных соединений и гликогена.
При избыточном употреблении сахара развиваются ожирение, сахарный диабет, кариес. Суточная норма – 100 г, в год – 36,5 кг, но ее следует дифференцировать в зависимости от возраста и образа жизни.

Технология производства

Сырье: сахарная свекла, импортный тростниковый сахар-сырец. Вырабатывают два вида сахара – сахар-песок и сахар-рафинад.

Классификация и ассортимент

Сахар классифицируется на сахар-рафинад и сахар-песок. Сахар-рафинад в зависимости от способа выработки подразделяется на:
- прессованный;
- рафинированный сахар-песок;
- рафинадная пудра.
Сахар-рафинад вырабатывается в следующем ассортименте:
- прессованный колотый насыпью в мешках, пачках и коробках;
- прессованный быстрорастворимый в пачках и коробках;
- прессованный в мелкой фасовке;
- рафинированный сахар-песок насыпью в мешках и пакетах;
- рафинированный в мелкой фасовке
- сахароза для шампанского;
- рафинадная пудра в мешках и пакетах.

Кусковой прессованный сахар-рафинад производят в виде отдельных комочков, имеющих форму параллелепипеда, толщина куска 11 или 22 мм (3 мм). Рафинированный сахар-песок вырабатывается со следующими размерами кристаллов(мм): мелкий 0,2-0,8; средний 0,5-1,2; крупный 1,2-2,5.
Сахарозу для шампанского вырабатывают в виде кристаллов размерами от 1, 0 до 2,5 мм без подкраски ультрамарином или индигокармином.

Показатели качества сахара

Органолептические: Цвет – белый, чистый, без пятен и посторонних примесей, допускается у сахара-рафинада голубоватый оттенок, у сахара-песка для промышленной переработки – желтоватый.
Вкус у всех видов сахара должен быть сладким, запах – характерным, без посторонних привкусов и запахов (как в сухом сахаре, так и в растворе).
Раствор должен быть прозрачным или слабоопалесцирующим, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних примесей.
Сахар-песок должен быть сыпучим, без комков, у сахара-песка для пром. переработки допускаются комки, разваливающиеся при легком нажатии.
Физико-химические показатели: - массовая доля влаги (%, не более): сахар-песок – 0, 14, (сахар-песок для промпереработки – 0,15); сахар-рафинад - от 0,1 для сахара-песка до 0,3 для сахара-рафинада в мелкой фасовке.

Массовая доля сахарозы (в пересчете на сухое вещество, % не менее): сахар-песок – 99,75 (для промпереработки – 99,55); сахар-рафинад – 99,9.
- массовая доля редуцирующих веществ (в пересчете на сухое вещество, % не более): сахар-песок – 0, 05, сахар-песок для промпереработки – 0,065); сахар-рафинад всех видов – 0,03.

Массовая доля мелочи (осколков сахара-рафинада массой менее 25% массы кусочка, кристаллов пудры) для сахара-рафинада прессованного колотого в пачках - не более 2,0%, для быстрорастворимого в пачках – не более 1,5%.

Дефекты и условия хранения

1. увлажнение, потеря сыпучести, наличие нерассыпающихся комочков. Причина – хранение при высокой относительной влажности и резких перепадах температур.
2. нехарактерный желтоватый или серый цвет, наличие комочков непробеленного сахара, примеси. Причина – нарушение технологии.
3. посторонние вкус и запах сахар может приобретать от упаковки, а также вследствие несоблюдения товарного соседства.
Хранение

Упакованные сахар-песок и сахар-рафинад должны храниться на складах, при температуре не выше 40 С и ОВВ не выше 70%, а неупакованный сахар-песок – в силосах при температуре не выше 60 С и ОВВ 60%, не допуская перепадов температур.
Запрещается хранить сахар совместно с другими материалами.

Хранение сахарной свеклы

После проведения технологической оценки сахарной свеклы,она поступает на хранение. Корнеплоды укладывают в кагаты на редварительно подготовленном кагатном поле. Корнеплоды сахарной свеклы - живые организмы, в которых протекают процессы дыхания, а при неправильном хранении может происходить прорастание и загнивание корнеплодов сахарной свеклы. Прорастание характеризуется отношением массы ростков к массе всей свеклы в образце. Прорастание начинается через 5-7 суток после уборки при повышенной
температуре и влажности. Корнеплоды, находящиеся в кагате, прорастают неравномерно: в верхней части в 2 раза больше, чем в нижней. Прорастание - отрицательное явление, так как ведет к потерям сахарозы, в связи с усилением дыхания и увеличения выделения теплоты. Интенсивнее прорастают корнеплоды в невентилируемых кагатах, и те, на которых остались ростовые почки.
Для борьбы с прорастанием удаляют верхушки головки корнеплода при уборке и обрабатывают корнеплоды перед укладкой в кагаты 1%-ым раствором натриевой соли гидразида малеиновой кислоты (3-4л на 1т свеклы). Если головка свеклы низко срезана, или она слегка подвялена, то при укладке в кагаты используют 0,3%-ый раствор пирокатехина (3-4л на 1т свеклы).
Микроорганизмы в первую очередь развиваются на отмерших клетках, механически поврежденных, подмороженных и увядших участках корнеплодов, затем поражаются живые, но ослабленные клетки. Поэтому важным условием предохранения сырья от порчи является его целостность. Необходимо создать благоприятные условия для защитных реакций в ответ на механические и другие повреждения. Для подавления жизнедеятельности микрофлоры на корнеплодах применяют 0,3%-ый раствор пирокатехина, 18-20%-ый раствор углеаммиаката (2-2,5% на 1т свеклы), препарат ФХ-1(1-1,5% к массе обрабатываемой свеклы). ФХ-1 представляет собой суспензию свежего фильтрационного осадка =1,05-1,15г/см, обработанного свежей хлорной известью(1,5% к массе свеклы).

Большое значение имеет температура и влажность как для прорастания, так и для развития микроорганизмов. Поддержание температуры 1-2 С, газового состава воздуха в межкорневом пространстве, влажности с помощью принудительного вентилирования кагатов, ликвидация очагов гниения способствуют сохранению корнеплодов сахарной свеклы от гниения, прорастария. Минимальные потери сырья обеспечивают хранение его на комплексных гидромеханизированных складах.

Гидромеханизированные склады с твердым покрытием, оборудованной системой гидроподачи и вентилирования позволяют резко сократить потери свекломассы и сахара, но и значительно повысить эффективность использования всего комплекса технических средств и операций при разгрузке, складировании, хранении и подачи свеклы в переработку. Механизированные способы возделывания и уборки сахарной свеклы привели к тому, что значительно увеличилась ее загрязненность. За последние годы загрязненность приемного сырья в среднем по России составила 14-16%, в отдельных случаях, превышая 30%.

В поступающей свекле содержится земля, травянистые примеси, ботва и свекловичный бой, которые, попадая в кагат, уплотняют его пространство,ухудшают аэрацию. Кроме того, попавшие в кагат мелочь и бой легко поражаются микроорганизмами, тем самым способствуя массовому гниению сырья.

Одно из радикальных средств снижения загрязненности - гидравлический способ очистки корнеплодов и последующее их хранение в мытом виде. Хорошие результаты обеспечивает установка на буртоукладочной машине устройства для выдувания сорняков, ботвы и соломы. На некоторых сахарных заводах в настоящее время используют способ очистки свеклы с помощью грохотов-очистителей с дальнейшим извлечением свекломассы из отходов очистки.

Заменители сахара

В последнее время отмечается существенное увеличение производства и расширение ассортимента подслащивающих веществ, используемых в качестве заменителей сахарозы. Основной тенденцией при этом является получение подслащивающих веществ более низкой калорийности и более высокой сладости по сравнению с углеводами. Групповой ассортимент заменителей сахара представлен сиропами, сладкими веществами естественного и искусственного происхождения, а также композициями на основе нескольких сладких веществ.

К первой группе относятся: глюкозо-фруктозные, глюкозные, фруктозные и другие сиропы, вырабатываемые из крахмал-фруктозного и сахаросодержащего сырья. К природным заменителям сахара относят полиспирты – сорбит и ксилит. Они обладают сладким вкусом, однако сладость их в 2 раза ниже сладости сахарозы. Энергетическая ценность – 1481 кДж и 1536 кДж соответственно (у сахара – 1565 кДж). Сорбит содержится в плодах рябины, шиповника, яблоках, ксилит получают из хлопковой шелухи, стержней кукурузных початков.

В настоящее время значительную долю рынка занимают искусственные подсластители:
Сахарин – в 500 раз слаще сахарозы, самый дешевый подсластитель, однако имеются данные, что сахарин, цикламаты, дульцин относятся к канцерогенным веществам.
Сукралоза – в 600 раз слаще сахара.
Аспартам (торговая марка «Нутра свит») - в 200 раз слаще сахарозы, калорийность в 10 раз меньше. Разработанный в настоящее время во Франции супераспартам в 55000 раз слаще сахарозы.
К подслащивающим веществам нового поколения относятся вещества белковой природы алитам (в 2000 раз слаще сахарозы) и гемсвит (в 800 раз слаще сахарозы).
Широко используются смеси различных подсластителей, например, сорбита с сахарином, сорбит-ксилит, и др.

Технология производства сахара из свеклы относится к непрерывно-поточному механизированному производству с высоким уровнем автоматизации основных процессов. Особенностью территориального размещения сахарных заводов является их жёсткая привязка к посевным площадям сахарной свеклы, поскольку перевозка свеклы на сколь-нибудь значительные расстояния экономически неэффективна. В ряде случаев, сахарные заводы имеют собственные посевные площади, расположенные непосредственно вблизи предприятия. Отходы сахарной промышленности (жом, барда, дефекационная грязь) могут быть использованы как удобрения, в некоторых случаях - и как корм для скота. Сахар – высококалорийная пища; его энергетическая ценность составляет около 400 ккал на 100г. Он легко переваривается и легко усваивается организмом, то есть служит концентрированным и быстро мобилизуемым источником энергии. С химической точки зрения сахаром можно назвать любое вещество из обширной группы водорастворимых углеводов. В быту же сахаром принято называть обычный пищевой подсластитель – сахарозу, сладкое кристаллическое вещество, выделяемое главным образом из сока сахарного тростника или сахарной свеклы. В чистом (рафинированном) виде сахар белый, а кристаллы его бесцветны.
Буроватая окраска некоторых его сортов объясняется примесью мелассы – сгущенного растительного сока, обволакивающего кристаллы. Возникновение сахарной промышленности в России относится к началу 17 века, когда в Петербурге был построен первый сахарорафинадный завод, перерабатывающий привозной тростниковый сахар – сырец. Их сахарной свеклы сахар стали вырабатывать в России в начале 19 века. На сегодняшний день в России существует 96 сахарных заводов, работающих из которых только 84. На размещение предприятий сахарной промышленности решающее воздействие оказывает сырьевой фактор, т.е. сахарные заводы привязаны к посевным площадям сахарной свеклы, поскольку перевозка свеклы на сколько-нибудь значительные расстояния экономически неэффективна. Лидерами по производству сахара в нашей стране является Белгородская, Тамбовская, Воронежская и Липецкая области. Главный компонент сахара – сахароза. Это дисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы, не обладающие редуцирующими свойствами. В свекле содержится 25-28 % сухих веществ, из них на долю сахарозы приходится в среднем 17,5%. Сахароза растворена в соке, который заполняет вакуум клеток. Основным потребителем сахара в нашей стране остается население (около 55%), примерно 30% выпущенного отраслью продукции потребляется пищевой промышленностью.

Производство и потребление сахара носит сезонный характер. Свекловичный сахар в основном производится в сентябре – октябре после снятия урожая свеклы, сырцовый – в марте – июле. Пик потребления, как правило, приходится на июль, в пору массовых сельскохозяйственных заготовок. В зависимости от технологии производства сахар получается сыпучим или твердым (кусковым, колотым, леденцовым). САХАРНЫЙ ПЕСОК (сыпучий сахар) – его также называют «дробленым», «молотым», «гранулированным» или «сахарным песком» важен в кулинарии больше, чем любой другой: именно его чаще всего используют как подсластитель различных блюд. КУСКОВОЙ, КОЛОТЫЙ, ПИЛЕНЫЙ САХАР. «Кусковым» называют сахар, спрессованный в небольшие кубики. Рафинированный кусковой сахар называют «рафинадом». Кусковой сахар быстро растворяется в горячей воде, поэтому его очень часто подают к чаю. Чуть дольше растворяется в воде «колотый» или «пиленый» сахар – он, в сущности, представляет собой распиленный на маленькие части большой кусок сахара. ЛЕДЕНЦОВЫЙ, КАМЕННЫЙ САХАР внешне очень похожи на карамель (это полупрозрачное очень твердые кристаллы неправильной формы), да и процесс производства этого продукта очень напоминает приготовление «сосалок». Растворяется он гораздо дольше, чем кусковой.

Технология производства сахара

Сахарное производство нашей страны является крупной отраслью пищевой промышленности, объединяющей производство сахара-песка и сахара-рафинада.

Сырьем для производства сахара-песка служат или сахарная свекла, или сахарный тростник. Сахарный тростник принадлежит к семейству злаковых и возделывается на Кубе, в Мексике, Индии, Австралии и других странах с жарким климатом. Сахар, в основном сахароза, содержится в соке стеблей (12…15%) высотой до 4 м и толщиной до 50 мм. С 1 га сахарного тростника получается в два раза больше сахара, чем из свеклы.

Отжатый тростниковый сок очищают, уваривают и выделяют сахар-сырец. Тростниковый сахар-сырец – вещество светло-кремового цвета, массовая доля сахара в котором составляет 97…98%, инвертного сахара 0,6…0,8%, влаги 0,5…0,8%.

Сахарная свекла принадлежит к семейству маревых. Это двухлетнее засухоустойчивое растение. В первый год вырастает корнеплод, в во второй – стебель, цветы и семена. Для производства сахара используют корнеплоды первого года. Масса корнеплода 200…500 г. В корнеплоде массовая доля воды составляет 75%, сухих веществ, которые состоят из сахаров и несахаров. 25%.

Период уборки сахарной свеклы составляет 40…50 сут. Сахарные заводы работают 110…150 сут в году, поэтому около 60% уб-ранной свеклы приходится закладывать на хранение. Хранение осуществляют в трапецеидальных кучах, называемых кагатами.

1. Доставка свеклы на завод и отделение примесей

Для обеспечения бесперебойной работы предприятия на нем создается 1…2-суточный запас свеклы, для чего предусматривают железобетонную емкость, так называемую бурачную, расположенную рядом с главным корпусом.

Из бурачной свекла подается на производство с помощью гидротранспортера – наклонного желоба, по которому свекла транспортируется водой. Подача воды составляет 600…700% от массы свеклы. В свою очередь. свекла содержит 5…15% примесей (ботвы, песка, камней, земли). Поэтому гидротранспортер оснащен песколовушками, ботволовушками и камнеловушками, которые улавливают как всплывшие на поверхность воды вещества (ботву, солому и др.), так и погружающиеся на дно (песок, камни и др.).

2. Мойка, взвешивание и изрезание свеклы

При подаче свеклы с помощью гидротранспортера часть механических примесей отделяется, но остаются примеси в виде прилипшей земли и др. Для их удаления свеклу подают в моечное отделение завода. Процесс мойки должен производиться очень тщательно, так как оставшиеся примеси ухудшают работу свеклорезок и загрязняют диффузионный сок. Для мойки свеклы применяют свекломоечные машины различных типов.

После моечных машин свеклу поднимают в верхнее отделение завода на высоту до 20 м, чтобы обеспечить ее гравитационный спуск на автоматические весы и в свеклорезки. На транспортере свекла очищается от ферромагнитных примесей и подается в бункер автоматических весов для взвешивания.

Сахар из свеклы извлекают диффузионным способом (растворением в воде). Для облегчения извлечения сахара свеклу измельчают в тонкую стружку желобчатой или пластинчатой формы. Толщина пластинок свекловичной стружки не должна превышать 0,5…1 мм, ширина полоски желобчатой стружки – 4…6 мм, пластинчатой – 2,5…3 мм.

Качество свекловичной стружки оказывает решающее влияние на работу диффузионного аппарата, служащего для извлечения сахара из стружки в водный раствор. Качество стружки оценивается длиной 100 г стружки, выраженной в метрах (число Силина), или отношением массы стружки длиной более 5 см к массе стружки менее 1 см (шведский фактор), для чего из определенной массы стружки выделяют частицы длиной менее 1 см и более 5 см. Для качественной стружки число Силина должно быть 9…15 м, а шведский фактор – не ниже 8.

Для изрезания свеклы наиболее распространены центробежные свеклорезки, в вырезах вертикальных цилиндрических корпусов которых неподвижно закреплено 12 или 16 ножевых рам. Свекла поступает во вращающийся ротор-улитку свеклорезки, вращается вместе с ротором, центробежной силой прижимается к ножам и режется. Затем свекловичная стружка по ленточному транспортеру поступает в отделение для получения диффузионного сока.3. Получение диффузионного сока

Целью диффузионного процесса в сахарном производстве является извлечение из свекловичной стружки максимального количества сахарозы. Сахарозу из свеклы извлекают диффузионным способом (экстракцией), который заключается в противоточной обработке свекловичной стружки горячей водой. При этом сахароза и растворимые несахара переходят (диффундируют) в воду, в результате чего их содержание в стружке понижается, а в воде  повышается. Такое движение растворимых веществ происходит под влиянием градиента концентрации. С повышением температуры диффузия ускоряется, поэтому процесс извлечения сахаров проводят при температуре 70…74°С. При более высокой температуре в раствор переходит часть пектиновых веществ. Таким образом, содержание сахаров в стружке в процессе экстракции снижается с 18,3% до 0,3%, а в диффузионном соке – повышается до 13,4%.

На отечественных сахарных заводах процесс извлечения сахарозы из свекловичной стружки осуществляется в непрерывнодействующих автоматизированных диффузионных установках. Длительность процесса диффузии составляет не более 80 мин, так как ее увеличение приводит к повышению содержания растворимых пектиновых веществ в диффузионном соке и его вязкости, а также к ухудшению условий дальнейшей очистки.

При понижении температуры ниже 70°С интенсивно развиваются микроорганизмы. С увеличением расхода воды на обессахаривание стружки снижаются потери сахаров в жоме, но на практике ограничивают его величиной 120…130% от массы стружки, идущей на диффузию, что обусловлено необходимостью экономии топлива, расходуемого на выпаривание лишней воды при сгущении сока.

Диффузионный сок является благоприятной средой для развития микроорганизмов, поступающих вместе со свеклой и водой. Развитие микроорганизмов подавляют улучшением отмывания свеклы, обеспечением чистоты диффузионной установки и питающей воды, а также ритмичной работой. Кроме того, в диффузионный аппарат периодически подают раствор формалина.

В диффузионном соке, выходящем из диффузионного аппарата, содержится много мезги (мельчайших частиц стружки), ухудшающей дальнейшую переработку сока. Поэтому диффузионный сок перед подачей на дальнейшую переработку очищают от мезги.

Обессахаренная стружка (жом) выводится из верхней части диффузионного аппарата и подается в жомовый пресс. Массовая доля сухих веществ в стружке перед прессованием составляет примерно 8%. Жом после прессования в шнековых прессах имеет массовую долю сухих веществ 12…14%, если он в сыром виде будет скармливаться скоту, либо его прессуют до 22…25% сухих веществ и направляют на высушивание до массовой доли сухих веществ 86%. Для сохранения и повышения кормовой ценности жом обогащают добавками и брикетируют. В среднем выход сушеного жома составляет 4,5…5% от массы свеклы.

4. Очистка диффузионного сока

Из свеклы в диффузионный сок переходит почти вся сахароза и до 90% растворимых несахаров. Кроме того, в диффузионном соке содержится много мелких частиц свеклы (мезги), которые на воздухе быстро темнеют и пенятся.

Из такого сока без очистки трудно выделить сахарозу, так как несахара существенно замедляют скорость кристаллизации и увеличивают содержание сахара в отходах (мелассе). Одна часть несахаров удерживает в мелассе до 1,5 частей сахарозы. Чтобы получить максимальный выход сахара-песка и низкий выход мелассы, из диффузионного сока необходимо удалить как можно больше несахаров и довести его до слабощелочной реакции, в которой сахароза наиболее устойчива к разложению.

Производится довольно сложная и многоступенчатая очистка диффузионного сока.

Первой ступенью очистки диффузионного сока является преддефекация. При этом в диффузионный сок добавляют известковое молоко в количестве 0,2…0,3% СаО от массы свеклы равномерно во времени в течение 20…30 мин при температуре 40…60°С. Целью преддефекации является коагуляция (укрупнение) частиц коллоидной дисперсии для выведения их из раствора.
Далее производится основная дефекация. Целью основной дефекации является вторичная обработка диффузионного сока избытком извести сразу же после преддефекации. Основной дефекацией достигаются полное разложение амидов кислот, редуцирующих и пектиновых веществ, солей аммония, омыление жиров, а также создание избытка извести, необходимой для получения достаточного количества карбоната кальция при дальнейшей очистке – на 1-й сатурации. Общее количество активной извести, расходуемой на преддефекацию и основную дефекацию, составляет 2,2…2,5% СаО от массы свеклы. Температура, длительность процесса и доза известкового молока определяются лабораторией в зависимости от качества перерабатываемой в данный момент свеклы.

Сразу же после дефекации производится 1-я сатурация. После основной дефекации нефильтрованный сок, содержащий известь (меньшую часть – в растворе и большую часть – в осадке), поступает на 1-ю сатурацию, где его обрабатывают сатурационным газом (смесью газов, содержащих в большом количестве диоксид углерода). Диоксид углерода (СО2) вступает в реакцию с гидроксидом кальция (Са(ОН)2) и образует карбонат кальция (СаСО3). На положительно заряженной поверхности свежеобразованных кристаллов СаСО3 адсорбируются несахара сока, в том числе продукты распада пектиновых и других веществ, несущих отрицательный заряд.

Таким образом, если на предварительной и основной дефекациях химическая очистка осуществлялась путем коагуляции, осаждения и разложения несахаров, то на 1-й сатурации проводится физико-химическая очистка сока адсорбцией, что и является основной целью 1-й сатурации. Кроме того, образующийся кристаллический осадок СаСО3 служит основой для создания фильтрующего слоя при фильтрации сока.

Образовавшийся осадок СаСО3 с адсорбированными несахарами отфильтровывают.

Нефильтрованный сок 1-й сатурации содержит 4…5% взвешенных частиц, которые необходимо отделить, чтобы продолжить дальнейшую очистку сока. Фильтрование чаще всего производят на листовых саморазгружающихся фильтрах-сгустителях периодического действия. Сок 1-й сатурации на фильтре разделяется на фильтрованный сок и сгущенную суспензию.

Отфильтрованный сок содержит на выходе из фильтра не более 1 г/л твердой фазы и без контрольного фильтрования направляется на 2-ю сатурацию. Сгущенную суспензию сока 1-й сатурации повторно фильтруют в камерных вакуум-фильтрах, на которых осадок промывается горячей водой и просушивается воздухом или паром. Разбавленный сок, получаемый на первой стадии промывки, присоединяют к отфильтрованному соку. Сильно разбавленный сок, получаемый на окончательной стадии промывки осадка, используют в других технологических процессах. В фильтрованном осадке содержится 75…80% карбоната кальция и 20…25% органических и неорганических несахаров. Он используется в сельском хозяйстве для известкования кислых почв. Потери сахарозы в фильтрованном осадке составляют примерно 1% от его массы. На промывку фильтрованного осадка расходуется 105…110% воды от массы осадка.

Тщательно отфильтрованный, чистый сок подвергают ^ 2-й сатурации для того, чтобы перевести оставшиеся после 1-й сатурации в растворе гидрооксиды кальция, калия и натрия в углекислые соли и вывести их в осадок, а также вывести в осадок кальций, связанный с органическими кислотами в комплексы.

Для повышения качества к соку перед 2-й сатурацией добавляют небольшое количество извести (0…0,5% СаО от массы сока), что способствует не только дополнительному разложению несахаров, но и увеличению адсорбционной поверхности в результате большего образования карбоната кальция. Перед 2-й сатурацией сок нагревают до температуры 93…95°С и в течение 10 мин сатурируют (продувают СО2). При сатурировании из сока испаряется более 1% воды, и он охлаждается на 2…5°С. Для дополнительного удаления кальция из раствора сок после сатуратора следует подвергнуть “дозреванию” в течение 10…15 мин при интенсивном перемешивании в отдельном сосуде, что снижает накипеобразование в выпарной установке.

После “дозревания” сок 2-й сатурации фильтруют на листовых фильтрах таким же образом, как и сок 1-й сатурации. Фильтрат направляют на сульфитирование, а сгущенную суспензию – на преддефекацию.

Сульфитацией называется обработка сахарных растворов диоксидом серы (SO2), который получают сжиганием комовой серы на воздухе в специальной печи. В получаемом сульфитационном газе содержится 10…15% SО2, воздуха  85…90%.

Диоксид серы – бесцветный газ с резким запахом, ядовит, вызывает удушье, хорошо растворим в воде, но только небольшая часть растворенного диоксида серы реагирует с водой, образуя сернистую кислоту.

Целями сульфитации являются: обесцвечивание сока, снижение его вязкости, а также обеззараживание. При пропускании сульфида серы через сок образуется сернистая кислота, являющаяся сильным восстановителем. Она частично переходит в серную кислоту; при этом выделяется молекулярный водород, который восстанавливает органические окрашенные вещества. Действие сернистого газа продолжается и при выпаривании, что способствует меньшему потемнению сиропа. Коэффициент использования диоксида серы составляет 70…80%, оптимальное значение рН сульфитированного сока составляет 8,5…8,8.

Повышение урожайности сахарной свеклы и улучшение ее технологического качества

Повышение урожайности сахарной свеклы и улучшение ее технологического качества - важнейшая задача свеклосахарного комплекса.
Решение этой задачи зависит от многих факторов: сорта возделываемой свеклы, качества используемых семян, качества почвы, применяемых агротехнических мероприятий и т. д.

Качество семян является одним из решающих факторов. Поэтому фирмы, занимающиеся производством семян, уделяют их качеству особое внимание, проводя соответствующую обработку семян и осуществляя тщательный их контроль. При этом, наряду с традиционными показателями качества семян (засоренности, всхожести и т. д.), в настоящее время определяются с помощью современного оборудования биологические, физиологические и другие показатели.

Кроме качества семян на урожайность большое влияние оказывает технология возделывания свеклы. В этом направлении в последние годы ведутся интенсивные разработки.

Так, в начале двадцатых годов на Украине В.С. Глуховским с сотрудниками разработан новый, так называемый гребневый способ возделывания сахарной свеклы. Способ заключается в том, что с осени готовят гребни, что способствует в этот период интенсивному накоплению влаги, а весной - ускоренному созреванию почвы в их зоне. В гребни затем высевают семена. (Данная технология подобна технологии при выращивании картофеля.)
Преимуществом такой технологии является то, что вследствие большей поверхности гребня почва весной прогревается гораздо быстрее, что способствует более быстрому росту растений.
На грядках из-за большей рыхлости почвы свекла образует более длинные корешки и тем самым достигнет быстрее слоя почвы, содержащего влагу. На гребнях меньше потери влаги испарением из нижнего слоя. Гребневый способ возделывания свеклы способствует ускорению прорастания семян и росту растений.

Поскольку почва на гребнях менее уплотнена, то свекла образует меньше боковых корешков, ее легче убирать.
Гребневый способ повышает продуктивность сахарной свеклы. Об этом свидетельствует опыт применения этого способа в последние годы в Германии и Италии.

Так, на севере Германии в течение четырех лет при применении данного способа урожайность была примерно на 15% выше. В Италии, которая только начала применять этот способ, урожайность была на 30...45% выше.
Недостаточно широкое распространение данной технологии возделывания свеклы может быть связано с отсутствием необходимого оборудования.
В начальный период для формирования грядок использовалась техника, которая применялась при возделывании картофеля. Однако она не всегда обеспечивала получение устойчивых грядок.

Фирмой Delitzsch в настоящее время разработана техника, позволяющая одновременно формировать 12 грядок и высевать в них семена. Это открывает возможности для более широкой реализации данного способа.
Уборка свеклы. Начало копки свеклы зависит от сроков пуска завода, убрать ее необходимо до наступления морозов. Уборка свеклы проводится поточным (с челночным) способом вывозки корнеплодов на завод или поточно-перевалочным способом. Для снижения потерь массы и сахара при необходимости хранения (более 2...3 суток) корнеплодов на перевалочных площадках в буртах их следует укрывать ботвой или соломой.

Производство сахара - прерогатива крупных заводов. Ведь технология достаточно сложная. Сырье перерабатывается на непрерывно-поточных линиях. Как правило, предприятия по производству сахара расположены в непосредственной близости от мест взращивания сахарной свеклы.

Описание продукта

Сахар - это, по сути, чистый углевод (сахароза), на вкус сладкий и приятный. Хорошо усваивается и обеспечивает нормальную работу организма (острота зрения и слуха, важный питательный элемент для клеток мозга, принимает участие в формировании жиров). Злоупотребление продуктом ведет к развитию заболеваний (кариес, лишний вес и др.).

Сырье для производства

Традиционно в нашей стране этот продукт делают из Производство сахара требует больших объемов поставок сырья.

Свекла является представителем семейства маревых. Растет на протяжении двух лет, культура устойчива к засухе. В течение первого года вырастает корень, а затем в течение второго года развивается стебель, появляются цветы и семена. Масса корнеплода составляет 200-500 г. Массовая доля твердой ткани составляет 75 %. Остальное - сахар и другие органические соединения.

Свеклы происходит на протяжении 50 суток. В то же время заводы работают в среднем 150 дней в году. Чтобы обеспечить сырьем предприятия по производству сахара, свекла хранится в так называемых кагатах (большие кучи).

Технология хранения сахарной свеклы

Свекла укладывается слоями в кагаты на предварительно подготовленных участках. При нарушении технологии хранения свекла будет прорастать и гнить. Ведь корнеплоды являются живыми организмами. Характеристикой прорастания является индекс отношения ростков к массе всего плода. В условиях повышенной температуры и большой влажности свекла начинает прорастать уже на пятые сутки хранения. При этом свекла, которая находится в верхней части кагата, прорастает наиболее интенсивно. Это крайне негативное явление, которое приводит к понижению эффективности сахарного производства. Чтобы минимизировать потери от прорастания, при уборке урожая обрезаются верхушки плодов, а сам урожай в кагатах обрабатывается специальным раствором.

Важно складировать плоды в кагаты аккуратно, стараясь их не повредить. Ведь поврежденные участки плода являются слабым местом, которое поражается прежде всего, а затем уж и здоровые ткани.

На развитие бактерий существенное влияние оказывает температура и уровень влажности. Если поддерживать рекомендованный состав воздуха и температуру 1-2 °C, то процессы гниения замедляются (порой и не развиваются).

Свекла, которая поступает на хранение, чрезвычайно загрязнена (земля, трава). Грязь ухудшает циркуляцию воздуха в кагате, провоцирует процессы гниения.

Урожайность свеклы

Одной из важнейших задач является повышение урожайности сахарной свеклы. Она зависит от множества факторов. Производство сахара напрямую зависит от объемов сбора, а также от технологического качества сырья.

В первую очередь технологические качества возделываемой свеклы зависят от используемых семян. Современные технологии позволяют контролировать биологические и другие характеристики. Контроль качества семян позволяет значительно увеличить урожайность с гектара посевных площадей.

Также немаловажен способ возделывания свеклы. Существенное повышение урожайности наблюдается при так называемом гребневом способе возделывания (рост урожайности составляет от 15 до 45 % в зависимости от климатических особенностей региона). Суть метода состоит в следующем. Осенью специальные машины насыпают гребни, благодаря чему земля активно впитывает и накапливает влагу. Поэтому весной земля достаточно быстро созревает, создавая благоприятные условия для посева, роста и развития плодов. Кроме того, свеклу гораздо легче собирать: плотность почвы гребней сравнительно невелика.

Любопытно, что данная технология была предложена советским ученым Глуховским в далекие 20-е годы прошлого столетия. И сравнительно недавно метод был внедрен в передовых странах.

Несмотря на большую результативность, данная технология не нашла широкого применения. Причиной тому отсутствие и дороговизна специального оборудования. Производство сахара из свеклы поэтому имеет перспективы развития и выхода на новый технологический уровень.

Уборка свеклы должна быть проведена до наступления заморозков. Поставки на предприятия выкапываемой свеклы могут осуществляться по поточному принципу либо поточно-перевалочным способом. Для того чтобы снизить потери сахарозы при длительном хранении на перевалочных базах, плоды накрываются соломой.

Техпроцесс производства

Среднестатистический завод по производству сахара в России способен перерабатывать несколько тысяч тонн сырья (сахарной свеклы). Впечатляет, не так ли?

В основе производства лежат сложные химические процессы и реакции. Суть сводится к следующему. Для получения кристаллов сахара нужно выделить (экстагировать) сахарозу из сырья. Затем отделяют сахар от ненужных веществ и получают продукт, готовый к употреблению (кристаллы белого цвета).

Технология производства сахара состоит из следующих операций:

очистка от грязи (мытье);
получение стружки (шинкование, измельчение);
извлечение сахарозы;
фильтрация сока;
сгущение (выпаривание влаги);
уваривание массы (сиропа);
отделение патоки от сахара;
просушивание сахара.

Мойка сахарной свеклы

При поступлении сырья на завод по производству сахара оно попадает в своеобразный бункер. Он может располагаться как под землей, так и снаружи. Мощной направленной струей воды сахарная свекла вымывается из бункера. Корнеплоды попадают на транспортер, при движении которого происходит предварительная очистка сырья от всевозможного мусора (солома, трава и т.д.).

Измельчение корнеплодов

Производство сахара из свеклы невозможно без ее измельчения. В дело вступают так называемые свеклорезки. На выходе получаются тонкие полосы из сахарной свеклы. В технологии производства сахара способ нарезания кусков имеет очень важное значение: чем больше площадь поверхности, тем эффективнее отделяется сахароза.

Извлечение сахарозы

По транспортеру стружка свеклы подается в аппараты диффузии со шнеком. Сахар отделяется от стружки теплой водой. Стружка подается по шнеку, а навстречу ей течет теплая вода, которая и извлекает сахар. Помимо собственно сахара, вода также увлекает за собой и другие растворимые вещества. Процесс достаточно эффективен: на выходе жом (так называется стружка свеклы) содержит лишь 0,2-0,24 % сахара по массовой доле. Вода, насыщаясь сахарами и другими органическими веществами, становится мутной и сильно пенится. Эту жидкость еще называют диффузионным соком. Наиболее полная переработка возможна лишь при нагреве сырья до 60 градусов. При данной температуре белки сворачиваются и не выделяются из свеклы. Производство сахара на этом не заканчивается.

Очистка диффузионного сока

Из жидкости необходимо убрать мельчайшие взвешенные частицы свеклы и растворенные органические вещества. Технологически можно удалить до 40 % побочных веществ. Все, что остается, накапливается в мелассе и удаляется лишь на конечном этапе производства.

Сок нагревается до 90 °C. Затем обрабатывается известкой. В результате белки и другие вещества, которые находятся в соке, выпадают в осадок. Данная операция производится на специальном оборудовании в течение 8-10 минут.

Теперь необходимо устранить известь. Данный процесс носит название сатурации. Суть его заключается в следующем: сок насыщается диоксидом углерода, который вступает в химическую реакцию с известью, образуя углекислый кальций, который и выпадает в осадок, поглощая при этом различные загрязнители. Прозрачность сока возрастает, он становится более светлым.

Сок фильтруется, подогревается до температуры 100 °C и подвергается сатурации повторно. На данном этапе проводится более глубокая очистка от примесей, после чего сок снова отправляется на фильтрацию.

Сок необходимо обесцветить и разжижить (сделать не таким вязким). С этой целью через него пропускают сернистый газ. В соке образуется сернистая кислота - очень сильный восстановитель. Реакция с водой приводит к образованию определенного количества серной кислоты с выделением водорода, который, в свою очередь, осветляет сок.

После грубой и чистой сатурации на выходе получается 91-93 % от первоначального объема качественного, отбеленного сока. Процентное содержание сахарозы в полученном объеме сока составляет 13-14 %.

Выпаривание влаги

Производится в два этапа с использованием специального оборудования. Для производства сахара на первом этапе важно получить густой сироп с содержанием сухих веществ 65-70 %. Полученный сироп проходит дополнительную очистку и вновь подвергается процедуре выпаривания, на этот раз в специальных вакуумных аппаратах. Необходимо получить вязкое густое вещество с содержанием сахарозы 92-93 %.

Если продолжить выпаривание воды, то раствор становится перенасыщенным, возникают центры кристаллизации и растут кристаллы сахара. Полученная масса называется утфелем.

Температура кипения полученной массы - 120 °C в нормальных условиях. Но дальнейшее уваривание проводится в вакууме (чтобы предотвратить карамелизацию). В условиях, близких к вакууму, температура кипения значительно ниже - 80 °C. Данную массу на этапе выпаривания в вакуумном аппарате «легируют» сахарной пудрой. Что стимулирует рост кристаллов.

Отделение сахара от патоки

Сахарная масса поступает на центрифуги. Там кристаллы отделяются от патоки. Жидкость, которая получается после отделения кристаллов сахара, - зеленая патока.

На сетке барабана центрифуги задерживаются которые подвергаются обработке горячей водой и пропариваются с целью отбеливания. При этом образуется так называемая белая патока. Это раствор сахара и остатков зеленой патоки в воде. Белая патока проходит вторичную обработку в вакуумных аппаратах (чтобы минимизировать потери, повысить эффективность производства).

Зеленая патока поступает на уваривание уже в другой аппарат. В результате получают так называемый второй утфель, из которого уже получают желтый сахар. Он растворяется в соке после первой очистки.

Просушивание сахара

Цикл производства сахара еще не завершен. Содержимое центрифуги извлекается и отправляется на просушку. После центрифуги влажность сахара составляет приблизительно 0,5 %, а температура 70 °C. В сушильном аппарате барабанного типа происходит просушивание продукта до влажности 0,1 % (во многом это обеспечивается остаточной температурой после центрифуг).

Отходы

Основные отходы производства сахара из сахарной свеклы - жом (так называется стружка корнеплода), кормовая патока, фильтр-прессная грязь.

Жом составляет до 90 % по массе от необработанного сырья. Служит хорошим кормом для домашнего скота. Перевозить жом на дальние расстояния нерентабельно (из-за повышенной влажности он очень тяжелый). Поэтому закупается и используется фермерскими хозяйствами, расположенными вблизи предприятий по производству сахара. Для предотвращения порчи жома он перерабатывается на силос.

На некоторых производствах сахара из сахарной свеклы стружка прессуется (при этом устраняется до 50 % влаги), а затем сушится в специальных камерах. В результате такой обработки масса жома, готового к употреблению по назначению и транспортировке на дальние расстояния, составляет не более 10 % от его первоначальной массы.

Меласса - кормовая патока - получается после обработки второго утфеля. Ее объем составляет 3-5 % от массы исходного сырья. На 50 % она состоит из сахара. Кормовая патока является важным компонентом в производстве этилового спирта, а также в производстве животных кормов. Кроме того, используется в дрожжевом производстве, при изготовлении лимонной кислоты и даже лекарственных средств.

Объем фильтр-прессной грязи достигает 5-6 % от массы не переработанного сырья. Используется в качестве удобрений для почв сельскохозяйственных угодий.

Производство рафинада

Производство сахара-рафинада находится, как правило, на самих сахарных заводах. В составе таких заводов имеются специальные цеха. Но производить рафинад могут и сторонние организации, закупающие сахар-песок на заводах. По способу получения рафинад может быть литым и прессованным.

Последовательность технологических операций при производстве рафинада следующая.

Сахар растворяют в воде. Густой сироп подвергается обработке с целью удаления различных окрашивающих веществ. После очистки сироп варится в вакуумной камере, при этом получают первый рафинадный утфель. С целью устранения желтизны в вакуумную камеру добавляется ультрамарин (0,0008 % от массы сиропа, не более). Сам процесс уваривания аналогичен процессу уваривания при получении сахара.

Рафинадный утфель нужно пробелить. Образуется густая масса (кашица с влажностью 3 %, не более), которая прессуется. В итоге получается рафинад, принимающий форму пресса. Чтобы получить рафинад в форме голов, утфель заливается в соответствующие формы. В нижней части формы имеется специальное отверстие, через которое вытекают остатки раствора. Мокрый рафинад сушится горячим воздухом, пока показатель влаги не уменьшится до значения 0,3-0,4 %. Далее остается лишь подождать, пока куски сахара остынут, разрезать (при необходимости) и упаковать.

Сахар – пищевой продукт, получаемый главным образом из сахарной свеклы и сахарного тростника. Выпускается в виде сахара-песка и сахара-рафинада. Калорийность 100 г сахара – около 400 ккал. Важнейшим показателем качества сахара является его цветность, которая в единицах Штаммера не должна превышать 1.0.

Независимо от сырья ощущение сладости сахара определяется исключительно величиной поверхности кристаллов и, следовательно, быстротой таяния во рту. Медленнотающие крупные кристаллы кажутся недостаточно сладкими, тогда как мелкие и особенно сахарная пудра имеют приторно сладкий вкус.

Сахарная свекла – двухлетнее растение из семейства маревых. В первый год ее развития из первоначально высеянных семян образуются сочные богатые сахаром корнеплоды с широко разросшимся хвостовиком, боковыми корешками и мощной прикорневой розеткой листьев – ботвой, но без цветков и семян. Именно эти корни после обрезки ботвы (вместе с верхней частью корневой головки), а также удаления хвостовика и части корешков и служат сырьем для свеклосахарного производства. Средняя урожайность корнеплодов 25…40 т/га, на поливных землях Украины – свыше 60 т/га.

Образование сахара в свекле происходит путем первоначального синтеза под действием солнечного света простейших углеводов (глюкозы и фруктозы) из углекислого газа и воды в содержащих хлорофилл листьях растений.

Массовую копку корнеплодов проводят со второй половины сентября. Доставленная транспортными средствами свекла до переработки хранится в кагатах (буртах). Для предупреждения гнилостных процессов свекла в кагатах опрыскивается известковым молоком, а в жаркую погоду орошается водой.

Корнеплоды в кагатах продолжают жить, потребляя из воздуха кислород и выделяя углекислый газ, а также пары воды.

Тростниковый сахар -сырец, вырабатываемый в Индии, Бразилии и на Кубе, является продуктом переработки сока, отжимаемого из стеблей сахарного тростника. Содержание сахарозы в соке – 97…98%, а в стеблях тростника – 12…15%, урожай 40…60 т/га.

Отжатый тростниковый сок подвергается химической очистке небольшим количеством извести, фосфорной кислоты и сернистым газом. В отфильтрованном виде поступает на выпарную установку. После сгущения сироп из выпарки уваривают до выделения кристаллов сахара, которые и отделяют на центрифугах в виде сахара-сырца.

Заводы, на которых вырабатывается сахар, представляют собой крупные, оснащенные высокопроизводительной техникой производства. Мощность отдельных свеклосахарных заводов по переработке свеклы достигает 6…9 тыс. т в сутки, а в среднем – 2,5 тыс. т в сутки. Свеклосахарное производство – массовое, поточное. В нем в едином производственном потоке осуществляются основные технологические процессы и промежуточные операции по переработке свеклы с получением одного вида массовой товарной продукции – белого сахара-песка. Побочными видами товарной продукции являются жом и патока-меласса.

Чтобы предохранить сахарозу от разложения, все технологические процессы ведутся при температуре, не превышающей 90…100°С (только в первых корпусах выпарки до 120…125°С), и в щелочной среде (за исключением слабокислой реакции диффузного сока).

Длительность производственного цикла от поступления свеклы до получения белого сахара-сырца не более 12…16 часов, а с учетом переработки всех паток и желтых сахаров в продуктовом отделении – 36…42 часа.

Важнейшими стадиями технологии производства сахара из свеклы являются следующие:

приемка, хранение и подача свеклы на завод;
очистка корней свеклы от земли и посторонних примесей;
измельчение (резание) свеклы в стружку и получение из нее сока диффузным способом; очистка сока; выпаривание воды из сока с получением сиропа; уваривание сиропа в кристаллическую массу – утфель I и последующее разделение этой массы путем центрифугирования на белый кристаллический сахар и патоку; уваривание патоки в утфель II, дополнительная кристаллизация его и центрифугирование с получением желтого сахара и конечной патоки-мелассы – отхода производства при работе по схеме с двумя утфелями.

В случае работы по схеме с тремя утфелями патока от утфеля II не является конечной. Она еще раз уваривается на утфель III, из которого после кристаллизации и центрифугирования получается еще один желтый сахар и уже как отход производства – меласса.

Очистка (аффинация) последнего желтого сахара, растворение желтых сахаров в соке (клерование) с возвращением получаемого при этом раствора – клеровки по очистке сиропа.

Кроме этих технологических операций осуществляются вспомогательные процессы: получение необходимых для очистки сока извести и сатурационного (углекислого) газа путем сжигания серы сульфитационного (сернистого) газа для очистки сока и сиропа.

На некоторых заводах осуществляются дополнительные технологические операции, являющиеся как бы продолжением основных процессов производства – сушка свекловичного жома и производство на его основе комбикормов (обогащение жома добавками), получение из мелассы микробиологическим путем лимонной кислоты.

Все технологические операции осуществляются в трех основных отделениях завода: свеклоперерабатывающем, включающем подачу свеклы на завод; сокоочистительном, включающем выпарку и получение извести, сатурационного и сульфатационного газов;продуктовом – варочно-кристаллизационном и пробелочном.

Извлечение сахара из свекловичной стружки

Извлечение сахара из свекловичной стружки производят выщелачиванием теплой водой и диффузионным соком и основано на явлениях диффузии и осмоса через проницаемые стенки клеток сахарной свеклы.

Выщелачивание происходит в диффузионных батареях, состоящих из 12 – 16 диффузоров. Диффузоры, представляющие собой металлические цилиндры емкостью 5-10 м 3 , снабжены устройствами для загрузки стружки и выгрузки жома. Содержимое диффузоров подогревают циркулирующим по трубам внутри диффузора паром. Температура в диффузоре достигает 60 °С и более. При такой температуре свертывается протоплазма клеток, что облегчает выщелачивание из них сахара.

Выщелачивание сахара в диффузионной батарее осуществляется постепенно. Диффузионный сок, переходя от одного диффузора к другому, постепенно насыщается сахаром, пока содержание сахара в соке не приблизится максимально к сахаристости свеклы.

Первый диффузор батареи загружают стружкой и заливают теплой водой, заполняющей в диффузоре все пространство между стружкой.

Если сахаристость свежезагруженной свекловичной стружки составляет 18% (она может быть и немного больше и меньше), то после выщелачивання водой части сахара и достижения диффузионного равновесия сахар в стружке и воде распределяется поровну и сахаристость стружки и полученного сока становится одинаковой: она составляет 9% (18:2).

Полученный в первом диффузоре сок переводят во второй, загруженный свежей стружкой. По достижении диффузионного равновесия сахар в стружке и соке во втором диффузоре распределяется поровну, и сахаристость сока составляет 13,5% ((18+9)/2).

Из второго диффузора сок переводят в третий, также заполненный свежей стружкой. Сахаристость сока в нем достигает 15,75% ((18+13,5)/2) и т.д. В последнем диффузоре сахаристость сока мало отличается от сахаристости свежей свекловичной стружки.

Так как в стружке в первом диффузоре остается еще 9% сахара (в сок переходит только 9 из 18%, содержащихся в свежей стружке), для извлечения сахара его вторично заливают чистой водой.

По установлению диффузионного равновесия в первом диффузоре вновь получается сок, хотя уже с меньшей сахаристостью: (9:2=4,5%). Этот сок затем переводят во второй диффузор, где сахаристость стружки составляет 13,5%. Диффузионный сок здесь получается с сахаристостью 9% ((13, 5+4,5)/2). Переводя этот сок в третий диффузор, где сахаристость стружки составляет 15,75%, получают сок с содержанием сахара 12,37% и т.д.

Таким образом, когда установлена работа диффузионной батареи, на свежую, свекловичную стружку подают, наиболее концентрированный сок, а на более или менее обессахаренную стружку подают либо сок слабой концентрации, либо чистую воду.

Этим способом удается максимально извлекать сахар из свекловичной стружки и получать диффузионный сок высокой концентрации. Потери сахара в жоме при этом составляют всего 0,2 – 0,25%.

Перемещение сока от одного диффузора к другому осуществляется благодаря небольшому давлению, создаваемому при накачивании воды в первый диффузор.

В последнее время на сахарных заводах получают применение диффузионные аппараты непрерывного действия, заменяющие диффузионные батареи, загружаемые и разгружаемые периодически.

С одной стороны в действующий диффузионный аппарат непрерывно подают свекловичную стружку, которая движется навстречу поступающей с противоположной стороны воде. Непрерывно омывающая стружку вода выщелачивает из нее сахар и постепенно превращается в обогащенный сахаром диффузионный сок, который выводят из диффузионного аппарата. Так же непрерывно из аппарата выводят обессахаренную стружку – жом.

Очистка диффузионного сока

Кроме сахара, в диффузионном соке содержатся (примерно 2%) и другие вещества, называемые несахарами (соли фосфорной и других кислот, белки), а также мелкие взвешенные частицы, придающие соку темный цвет.

Очистку диффузионного сока от взвешенных частиц и значительной части несахаров производят при помощи извести, а для последующего удаления из сока извести применяют углекислоту. Известь и углекислый газ получают на сахарных заводах обжигом известняка (СаСО 3 =СаО+СО 2); его расход составляет 5-6% от веса перерабатываемой свеклы.

Обработку диффузионного сока известью (в виде известкового молока) производят в цилиндрических котлах с мешалками – дефекаторах. Под действием извести несахара коагулируют и осаждаются или разлагаются, образуя кальциевые соли, остающиеся в растворе.

Обработанный известью (дефекованный) сок поступает в сатуратор, где его обрабатывают углекислым газом. Под действием углекислого газа известь превращается в углекислый кальций СаСО 3 , который, выпадая в осадок, увлекает с собой и несахара.

Обработанный углекислым газом (сатурированный) сок фильтруют на механических фильтрах. При этом от сока отделяется фильтрпрессовая грязь, содержащая углекислый кальций, несахара и незначительное количество сахара (до 1% от веса грязи).

Очищенный диффузионный сок сохраняет темный цвет, устраняемый при последующей обработке сока сернистым газом (его получают сжиганием серы). Процесс обработки сока сернистым газом называют сульфитацией.

Выпаривание сока, уваривание сиропа и получение сахара

Очищенный сок поступает на выпарную установку, где из него удаляют большую часть воды. Сок приобретает концентрацию сиропа (65% сухих веществ, в том числе 60% сахара и 5% несахаров, остающихся в диффузионном соке после его очистки).

Полученный сироп опять отбеливают сернистым газом и фильтруют, после чего уваривают в вакуум-аппаратах. Уваривание сиропа продолжается 2,5 – 3 часа при температуре около 75 °С (под вакуумом). В процессе уваривания происходит кристаллизация сахара. При этом получается продукт, содержащий 55 – 60% кристаллов сахара и называемый утфелем первой кристаллизации. Концентрация сухих веществ в утфеле достигает 92,5% (из них примерно 85% сахара).

Из вакуум-аппаратов утфель спускают в мешалку, а затем направляют в центрифуги, где производится отделение маточного раствора от кристаллов сахара. Отделенный маточный раствор называют зеленой патокой. В ней содержится еще значительное количество сахара, а также несахара.

После удаления зеленой патоки, оставшийся в центрифуге сахар промывают водой и пропаривают паром. В результате сахар становится белым. При промывке кристаллов сахара в центрифуге образуется жидкость, содержащая растворенный сахар – белая патока. Ее возвращают в вакуум-аппараты для дополнительного уваривания на утфель первой кристаллизации, дающий белый сахар.

Сахар же из центрифуг направляют в сушильный барабан. Высушенный сахар является уже вполне готовым продуктом – сахарным песком, содержащим до 99,75% чистого сахара, считая на сухое вещество.

Зеленую патоку тоже направляют в вакуум-аппараты для ува-рнвания на утфель второй кристаллизации. При этом получают желтый сахар, идущий главным образом в кондитерскую промышленность. Специальной обработкой желтый сахар можно превратить и в обыкновенный, белый.

После выделения из утфеля второй кристаллизации желтого сахара получают кормовую патоку, или мелассу, являющуюся отходом производства. Выход кормовой патоки составляет около 5% от веса переработанной свеклы.

С учетом потерь сахара в процессе производства (больше всего его теряется в кормовой патоке – 9 – 14% содержащегося в свекле сахара) выход его из свеклы практически составляет 12 – 13%. При этом расход свеклы на 1 т сахара превышает 7 – 8 т.

В процессе сахароварения расходуется много пара и горячей воды, обычно получаемых в заводской котельной установке. Общий расход условного топлива на свеклосахарных заводах (включая и расход на обжиг известняка) составляет 11 – 12% от веса перерабатываемой свеклы.

Свеклосахарное производство характеризуется большим расходом воды на технологические процессы. Он в 20 раз превышает вес перерабатываемой свеклы. С учетом использования оборотной воды, расход свежей воды тоже весьма значителен и достигает 8 т на 1 т свеклы.

Использование отходов.

Наиболее ценным отходом свеклосахарного производства является кормовая патока, почти наполовину состоящая из сахара и содержащая также другие питательные вещества. Вследствие этого патоку используют в качестве концентрированного корма для скота (непосредственным скармливанием или в составе комбикормов). Кроме того, кормовую патоку перерабатывают на спирт, дрожжи, лимонную и молочную кислоту и другие продукты.

Особой переработкой из кормовой патоки можно извлечь содержащийся в ней сахар и тем самым повысить общий его выход из свеклы и снизить его себестоимость. Для этой цели на некоторых сахарных заводах построены цехи, в которых производят обессахаривание кормовой патоки.

Другим отходом является жом – лишенная сахара свекловичная стружка. Выгружаемый из диффузоров жом при помощи воды транспортируют в хранилища (жомовые ямы). Жом питателен, и его охотно поедают животные, он используется в животноводстве для откорма скота. При некоторых сахарных заводах имеются и свои скотооткормочные пункты.

Свежий жом содержит до 94% воды. Для повышения транспортабельности, а также кормовой ценности жома его частично обезвоживают и тем самым повышают содержание в нем сухих веществ до 15 – 18%. Для длительного хранения жом высушивают до влажности 10 – 12%, применяя для сушки топочные газы.

Сезонность работы свеклосахарных заводов

Свеклосахарные заводы отличаются резко выраженной сезонностью работы. Сахарная свекла созревает, как правило, во второй декаде сентября. В это время начинают копку и вывозку ее на заводы и переработку. На заводах создают запас свеклы, укладываемой в бурты, который перерабатывают по окончании ее копки и вывозки. При длительном хранении свеклы ее сахаристость значительно снижается. Поэтому на заводах стремятся переработать годовой запас сырья в минимальный срок – 3-4 месяца. Удлинение срока хранения свеклы уменьшает выход сахара из единицы сырья и снижает рентабельность свеклосахарного завода.

Производство сахара-рафинада

Около 20…25% выработанного сахара-песка подвергается рафинированию с целью получения более чистого пищевого продукта в твердом (кусковой рафинад) или рассыпчатом кристаллическом (рафинадный сахар-песок) виде.

Для промышленной переработки (на рафинирование) допускается сахар-песок с влажностью не более 0,15%, содержанием сахаров не менее 99,75% и цветности до 1,8 единиц Штаммера.

Сущность процесса рафинирования сахара заключается в том, что сахар-песок растворяют, полученный сироп очищают и уваривают на кристалл.

После отливки рафинадного утфеля в формы и его охлаждения получают сахар высокой твердости – литой сахар. Крупные куски литого сахара разбивают на более мелкие или распиливают на кусочки правильной формы.

Применяют и другой способ производства кускового сахара -прессование полученного из рафинадного утфеля увлажненного сахара-песка в формах. Так получают прессованный сахар, обладающий меньшей твердостью, чем литой.

Жидкий рафинад используется в хлебопекарной промышленности и производстве мороженого.

Цвет рафинада должен быть чисто белым, без пятен, допускается голубоватый оттенок, получаемый путем добавления ультрамарина.

Выход готового сахара-рафинада составляет около 98,5% к массе взятого в производство сахара-песка. Сахаро-рафинадные заводы в Одессе, Сумах и Черкассах работают круглый год.

В Украине основное производство сахара сосредоточено в Винницкой, Хмельницкой, Киевской, Черкасской областях. В каждой из них – по 30-40 сахарных заводов, большинство из них выпускают сахар сезонно. Выход белого сахара по отношению к массе сахара, содержащегося в свекле, называется коэффициентом завода. По сахарной промышленности он составляет 78-80%.

В среднем по промышленности годовой выход сахара составляет 12…13% к массе свеклы, следовательно, на 1 часть выработанного сахара расходуется 7…8 частей свеклы.

Трудоемкость по переработке сахарной свеклы – 15…16 человеко-дней на 100 т свеклы.

Общий расход нормального пара (со средним теплосодержанием 2700 кДж/кг) по заводу составляет 50…60% к массе свеклы.

Общий оборот воды – 1800…2000% к массе переработанной свеклы, он может быть сокращен до 150…300%.

Является весьма прибыльным бизнесом. Сырьё для сахарного производства может быть из сахарного тростника, пальмового сока, крахмалистого риса, проса или свеклы. А как делают сахар из свеклы?

Изготовление сахара-песка является технологическим процессом, состоящим из нескольких ступеней:

сбор и транспортировка свеклы на производство;
очищение сырья от грязи и металлических предметов;
изготовление стружки из свеклы;
получение и очистка диффузионного сока;
выпаривание сока до состояния сиропа;
переработка сиропа в кристаллическую массу – утфель І;
получение кристаллического сахара и патоки из утфеля І;
выпаривание патоки в утфель ІІ, его разделение на мелассу и жёлтый сахар;
очистка жёлтого сахара;
фасовка сахарного песка.

Оборудование для сахарного производства

Производство сахара из сахарной свеклы включает в себя различные операции, напоминающие технологический процесс на обогатительной фабрике.

Оборудование для сахарной промышленности на подготовительном этапе включает в себя:

свеклоподъёмники;
гидротранспортёр;
ловушки для ботвы, песка и камней;
водоотделители;
моечные машины для корнеплодов.

Оборудование для производства сахара основных технологических операций многочисленно:

магнитные сепараторы для улавливания случайно попавших металлических предметов;
конвейера с весами;
бункера с системами желобов;
свеклорезки центробежные, дисковые или барабанные;
шнековый диффузионный аппарат;
пресс;
сушилки для жома;
дефекатор с мешалкой;
механический фильтр с подогревом;
сатуратор;
сульфитатор;
вакуум-фильтр;
центрифуга;
выпаривающий аппарат с концентратором.

Для финишных операций сахарного производства нужны такие аппараты:

вибрационный конвейер;
сито с вибратором;
сушилка с охладителем.

Подготовительный этап производства

Собранная свекла направляется на кагатные поля – промежуточные площадки для хранения свеклы, откуда она гидротранспортом направляется на перерабатывающий завод. Оборудование стоит под уклоном до самого завода, с установленными на нём ловушками для крупного мусора, в том числе ботвы, песка и камней. А также устанавливаются магнитные отделители, чтобы металлические предметы не попали в технологический процесс.

На заводе происходит финишная мойка сырья с последующей обработкой раствором хлорной извести – 150 гр. на 1 т свеклы. Вода используется холодная (до 18°С), чтобы не допустить потери сахарозы из плодов. Корнеплоды ленточным конвейером, на которых они обдуваются воздухом для удаления влаги, взвешивают и направляют в сборные бункера.

Сахарный комбинат

Из бункеров свекла системой желобов направляется на свеклорезки для получения стружки длиной 5–6 мм и толщиной около 1 мм. Тоньше 0,5 мм и короче 5 мм является браком, которого в стружке должно быть не более 3%.

Стружку из свеклы после взвешивания направляют в шнековую диффузионную установку для обессахаривания горячей водой. В результате получается жом и диффузионный сок, содержащий около 15% сахара, 2% «несахаров» и до 3 гр./л мезги. Сок фильтруют от мезги и с помощью извести очищают от осадка (солей кислот, белков и пектина). Этот процесс проходит в два этапа – преддефекация (длится до 5 мин.) и дефекация (10 мин.).

Чтобы дефекованный сок очистить от извести, он направляется на первую сатурацию. В сатураторе его обрабатывают углекислым газом. Известь переходит в углекислый кальций и осаждается вместе с несахарами. Сатурированный сок освобождают от осадка с помощью механических фильтров. Так как цвет диффузионного сока всё ещё тёмный, то его направляют на сульфитацию – обработку сернистым газом.

Осветлённый диффузионный сок выпаривается до состояния сиропа с влажностью 35%. Свекловичный сироп снова подвергают сульфитации до уровня рН 8,2 и содержанием сухого более 90%, фильтруют и направляют на вакуум-фильтры.

Из свекловичного сиропа получают утфель первой кристаллизации. Утфель І после мешалки подвергается центрифугированию с разделением на кристаллический сахар и так называемую зелёную патоку. Сахар промывают и подвергают обработке паром, получая сахарный песок с чистотой 99,75%.

Патоку возвращают на фильтрацию при высокой температуре с получением из утфеля второй кристаллизации жёлтого сахара и мелассы. Жёлтый сахар можно использовать в пищевой промышленности или обработать паром для получения белого сахарного песка.

При пропаривании образуется белая патока или второй оттек, который возвращают в технологическую цепочку в момент уваривания утфеля первой кристаллизации. Сахарный песок обдают разогретым воздухом для просушки до влажности 0,14%, фасуют и отправляют на склад. Мелассу используют как кормовую патоку.

Безотходное производство

Технология производства сахара из сахарной свеклы позволяет использовать продукты операций с низким содержанием сахаридов. Меласса является хорошей кормовой добавкой, из неё может быть сделано множество продуктов:

спирт;
лимонная кислота;
дрожжи.

Жом от свекловичной стружки также широко используется для животных в качестве корма. Содержание сухих веществ в нём до 6%.

Чтобы улучшить возможность транспортировки и повысить кормовую ценность, жом подсушивают до 80% влажности. Если планируют его долго хранить, то сушат с помощью топочных газов до содержания воды 10%.

Изготовление рафинада

Для изготовления сахара-рафинада используют сахарный песок с содержанием сухих веществ от 99,85%, примесями несахаров не более 0,25% и цветностью 1,8. Из сахарного песка в автоклаве изготавливают сироп с содержанием сахара 73%. Сироп проходит фильтрацию и очистку от красителей с повторением этапов.

Для адсорбции применяют активированный уголь АГС-4 или порошковый уголь. Потом сладкий раствор направляют на сгущение в вакуумных установках, кристаллизуют в центрифугах.

Полученные кристаллы обрабатывают клерсом и ультрамарином и отправляют на карусельные прессы. В результате получаются брикеты, которые подвергаются сушке и разрезают на части.

Видео: Производство сахара из сахарной свёклы

После того, как свекла была убрана с поля и доставлена на завод, начинается процесс получения сахарного песка.

После того, как свекла была убрана с поля и доставлена на завод, начинается процесс получения сахарного песка.
Для начала необходимо очистить сырье от ботвы, соломы, песка, шлака и камней. Их присутствие затрудняет получение свекольной стружки и тупит ножи. Поступившая свекла накапливается в емкости из железобетона, которая снабжена различными ловушками для удаления различных примесей, которые будет мешать работать механизмам. После того, как отсортированная свекла поступит на элеватор к свеклорезкам, ее необходимо помыть. Делают это для того, чтобы сохранить ножи о затупления и не допустить загрязнения диффузионного сока.

Для дополнительной очистки корнеплодов применяют свекломойки, потому как грязь отмывается лучше, когда плоды трутся друг об друга. Для этого используется свекломойка барабанного тип, здесь корнеплоды отмываются на 70%, затем поступают на ополаскиватель. После этой процедуры свекла очищается гидрокамнепескоулавливателем. Чистая свекла поступает на шнековые конвейеры. Потери сахара при этих процессах зависят от времени года и качества продукции. Отмытая свекла поступает в бункер затем на свекловрезки. Чтобы получить из свеклы сахара ей придают вид стружки, такой способ называется диффузионным. Толщина нормальной стружки должна быть 0,5-1 миллиметр. На хороших диффузионных аппаратах получают стружку высокого качества, которая в процессе перемешивания не должна смешиваться, а перемещаться. Температура при этом процессе должна быть оптимальной и при отсутствии воздуха.

Диффузионный аппарат должен обладать следующими параметрами:
1. На 100 грамм стружки 12 миллиметров;
2. 0,3% потери сахара к массе свеклы в жоме;
3. 120% от качки сока относительно массы свеклы;
4. Стружка должна быть в аппарате 100 минут;
5. Температура в аппарате оптимальная.

Далее следует процесс очищения полученного диффузионным способом сока, который содержит сахарозу и прочие сахара, которые препятствуют получению сахарозы в кристаллическом виде - а значит, от них требуется избавится. Для этого используют физико-химические процессы очистки. Самый простой способ очистки - применение извести. В нагретый до 90 градусов сок вводят известь, и при противоточном движении известь позволяет полностью осадить неподдающиеся кристаллизации вещества.

Затем полученный сок сгущают выпариванием.
Кристаллизация сахара считается завершающим этапом. Происходит выделение чистой сахарозы со смеси именуемой сиропом. Часть сахарозы превращается в сахар-песок, а часть остается в мелассе. Потому выход сахара зависит от потерь в мелассе.

Последний этап в производстве сахара - это сушка. Сушат сахар для того чтобы удалить с него ненужную влагу. На сушку он поступает при температуре около 50 градусов и с влажностью 1,2%. Еще влажный сахар поступает в сушилку и сушится горячим воздухом около 105 градусов, затем охлаждается до 20 градусов. Высушенный и охлажденный сахар поступает в специальную машину для рассева, а затем на упаковку. Влажность сахара должна соответствовать влажности в хранилище.