Изменения, происходящие в соке при сгущении
30-05-2017, 01:03
При сгущении в соке происходят некоторые химические превращения: изменение pH, разложение сахарозы и моносахаридов, образование красящих веществ и выпадание осадков. Эти изменения особенно интенсивно протекают при выпаривании неустойчивых к температурному воздействию соков.
Изменение pH. Обычно при сгущении сока разлагается 0,04— 0,06% сахарозы и около 30 % редуцирующих сахаров к их массе, образуются органические кислоты, снижающие pH сока. Это снижение не заканчивается в выпарной установке, а продолжается в продуктовом отделении. Наблюдаемое на практике чрезмерное понижение pH сока при выпаривании объясняется незавершенностью химических реакций на дефекации, связанной с малой ее продолжительностью, низкой температурой процесса или переработкой свеклы с высоким содержанием амидов и редуцирующих веществ.
Для поддержания в выпарной установке оптимального значения pH сока (около 8) перед сгущением в него вводят кальцинированную соду, сульфит натрия или калия, тринатрийфосфат.
Увеличение pH сока при выпаривании бывает редко, только когда сок обладает высокой натуральной щелочностью. Если его пересатурировать на II сатурации, то щелочные карбонаты калия или натрия переходят в бикарбонаты. Когда такой сок сгущается в выпарной установке, бикарбонаты вновь превращаются в щелочные карбонаты и pH увеличивается.
Если при сгущении сока происходит повышение pH, то необходимо в заводской лаборатории определить его оптимальное значение на II сатурации и не допускать пересатурирования сока.
Нарастание цветности. Цветность в соке при выпаривании нарастает в результате разложения редуцирующих веществ и их взаимодействия с аминосоединениями, а также из-за карамелизации сахарозы. Интенсивность образования красящих веществ зависит от pH, температуры, концентрации реагентов, продолжительности процесса, наличия ионов железа и др. Например, наиболее интенсивно красящие вещества образуются при pH около 8. Увеличение концентрации исходных реагентов (амиyосоединений и редуцирующих веществ) в соке в n раз приводит к повышению цветности в n2 раз. Ионы железа ускоряют реакции образования красящих веществ в 2—3 раза и т. д.
Одним из наиболее эффективных способов торможения реакций образования красящих веществ в выпарной установке является полное разложение редуцирующих сахаров в процессе очистки сока и минимальное разложение сахарозы при выпаривании.
Немаловажное значение имеет также поддержание оптимального уровня сока в кипятильных трубах и равномерное распределение греющего пара в паровых камерах выпарных аппаратов, что предохраняет поверхность нагрева от пригорания сахара.
Образование осадка. Осадок при сгущении сока выпариванием может образоваться по следующим причинам.
В сиропе (по сравнению с соком) уменьшается растворимость многих солей кальция, и они, находясь в пересыщенном состоянии, выпадают в осадок. В выпарной установке могут продолжаться реакции разложения органических кислот, в том числе оксаминовой кислоты, не закончившиеся в сокоочистительном отделении, с образованием щавелевокальциевой солн. При сгущении сока, пересатурированного на II сатурации, бикарбонат кальция, разлагаясь, образует нерастворимый СаСО3. Продолжаются реакции обмена между растворимыми солями кальция и карбонатом калия или натрия с образованием нерастворимого карбоната кальция.
Небольшая часть образующихся осадков (до 20%) остается в сиропе в виде взвесей, а остальная отлагается на поверхностях нагрева (накипь). Наличие в I корпусе накипи, состоящей преимущественно из СаСО3, свидетельствует о нарушении технологического режима на II сатурации.
По корпусам выпарной установки накипь распределяется следующим образом (в % к ее общей массе): I — 15; II — 25—30; III — 40—50; IV — 10. Верхняя часть кипятильных труб выпарных аппаратов покрывается накипью быстрее, чем нижняя.
В составе накипи содержится до 60 % кальциевых солей органических кислот (в основном щавелевой). Имеются кальциевые соли кремниевой кислоты, карбонаты кальция и магния, небольшое количество фосфатов, сульфатов и др. Наиболее плотный слой накипи образуют кальциевые соли кремниевой кислоты. Эти соли почти не растворяются в растворах соляной кислоты.
По мере увеличения слоя накипи на поверхностях нагрева производительность выпарной установки снижается. Это приводит к получению более жидкого сиропа. Когда слой накипи в I корпусе достигнет толщины 0,1—0,5 мм, а в последних — 2—3 мм, производят ее удаление с помощью химических реагентов (выварка выпарной установки). Для этого выпарные аппараты поочередно отключают от соковых коммуникаций (порядок движения пара по корпусам остается неизменным), освобождают от сока, заполняют на 1/3 высоты кипятильных труб 6—12%-ным раствором кальцинированной соды и раствор кипятят 150—240 мин.
В результате реакции с кальцинированной содой труднорастворимый в разбавленном растворе соляной кислоты сульфат кальция и другие его соли превращаются в легкорастворимые соли (карбонат кальция и др.).
По истечении времени кипячения раствора соды выпарной аппарат освобождают от него, промывают водой, заполняют 1—2,5%-ным раствором соляной кислоты и кипятят 20—50 мин. Образовавшийся при обработке содой карбонат кальция легко растворяется в соляной кислоте, образуя хлорат кальция.
Отработавший раствор соляной кислоты с растворенной в ней накипью сливают, выпарной аппарат тщательно промывают водой до нейтральной реакции и включают в рабочую схему.
Очистку выпарных аппаратов от накипи производят на ходу: сначала обрабатывают последний корпус, затем предпоследний и так до первого. Концентрация соды и кислоты в растворах, применяемых для очистки, начиная от I корпуса до последнего, увеличивается: 6%-ный раствор соды для I корпуса, 12%-ный — для IV корпуса, 0,8%-ный раствор кислоты для I корпуса, 2,5%-ный — для IV корпуса.
Изменение pH. Обычно при сгущении сока разлагается 0,04— 0,06% сахарозы и около 30 % редуцирующих сахаров к их массе, образуются органические кислоты, снижающие pH сока. Это снижение не заканчивается в выпарной установке, а продолжается в продуктовом отделении. Наблюдаемое на практике чрезмерное понижение pH сока при выпаривании объясняется незавершенностью химических реакций на дефекации, связанной с малой ее продолжительностью, низкой температурой процесса или переработкой свеклы с высоким содержанием амидов и редуцирующих веществ.
Для поддержания в выпарной установке оптимального значения pH сока (около 8) перед сгущением в него вводят кальцинированную соду, сульфит натрия или калия, тринатрийфосфат.
Увеличение pH сока при выпаривании бывает редко, только когда сок обладает высокой натуральной щелочностью. Если его пересатурировать на II сатурации, то щелочные карбонаты калия или натрия переходят в бикарбонаты. Когда такой сок сгущается в выпарной установке, бикарбонаты вновь превращаются в щелочные карбонаты и pH увеличивается.
Если при сгущении сока происходит повышение pH, то необходимо в заводской лаборатории определить его оптимальное значение на II сатурации и не допускать пересатурирования сока.
Нарастание цветности. Цветность в соке при выпаривании нарастает в результате разложения редуцирующих веществ и их взаимодействия с аминосоединениями, а также из-за карамелизации сахарозы. Интенсивность образования красящих веществ зависит от pH, температуры, концентрации реагентов, продолжительности процесса, наличия ионов железа и др. Например, наиболее интенсивно красящие вещества образуются при pH около 8. Увеличение концентрации исходных реагентов (амиyосоединений и редуцирующих веществ) в соке в n раз приводит к повышению цветности в n2 раз. Ионы железа ускоряют реакции образования красящих веществ в 2—3 раза и т. д.
Одним из наиболее эффективных способов торможения реакций образования красящих веществ в выпарной установке является полное разложение редуцирующих сахаров в процессе очистки сока и минимальное разложение сахарозы при выпаривании.
Немаловажное значение имеет также поддержание оптимального уровня сока в кипятильных трубах и равномерное распределение греющего пара в паровых камерах выпарных аппаратов, что предохраняет поверхность нагрева от пригорания сахара.
Образование осадка. Осадок при сгущении сока выпариванием может образоваться по следующим причинам.
В сиропе (по сравнению с соком) уменьшается растворимость многих солей кальция, и они, находясь в пересыщенном состоянии, выпадают в осадок. В выпарной установке могут продолжаться реакции разложения органических кислот, в том числе оксаминовой кислоты, не закончившиеся в сокоочистительном отделении, с образованием щавелевокальциевой солн. При сгущении сока, пересатурированного на II сатурации, бикарбонат кальция, разлагаясь, образует нерастворимый СаСО3. Продолжаются реакции обмена между растворимыми солями кальция и карбонатом калия или натрия с образованием нерастворимого карбоната кальция.
Небольшая часть образующихся осадков (до 20%) остается в сиропе в виде взвесей, а остальная отлагается на поверхностях нагрева (накипь). Наличие в I корпусе накипи, состоящей преимущественно из СаСО3, свидетельствует о нарушении технологического режима на II сатурации.
По корпусам выпарной установки накипь распределяется следующим образом (в % к ее общей массе): I — 15; II — 25—30; III — 40—50; IV — 10. Верхняя часть кипятильных труб выпарных аппаратов покрывается накипью быстрее, чем нижняя.
В составе накипи содержится до 60 % кальциевых солей органических кислот (в основном щавелевой). Имеются кальциевые соли кремниевой кислоты, карбонаты кальция и магния, небольшое количество фосфатов, сульфатов и др. Наиболее плотный слой накипи образуют кальциевые соли кремниевой кислоты. Эти соли почти не растворяются в растворах соляной кислоты.
По мере увеличения слоя накипи на поверхностях нагрева производительность выпарной установки снижается. Это приводит к получению более жидкого сиропа. Когда слой накипи в I корпусе достигнет толщины 0,1—0,5 мм, а в последних — 2—3 мм, производят ее удаление с помощью химических реагентов (выварка выпарной установки). Для этого выпарные аппараты поочередно отключают от соковых коммуникаций (порядок движения пара по корпусам остается неизменным), освобождают от сока, заполняют на 1/3 высоты кипятильных труб 6—12%-ным раствором кальцинированной соды и раствор кипятят 150—240 мин.
В результате реакции с кальцинированной содой труднорастворимый в разбавленном растворе соляной кислоты сульфат кальция и другие его соли превращаются в легкорастворимые соли (карбонат кальция и др.).
По истечении времени кипячения раствора соды выпарной аппарат освобождают от него, промывают водой, заполняют 1—2,5%-ным раствором соляной кислоты и кипятят 20—50 мин. Образовавшийся при обработке содой карбонат кальция легко растворяется в соляной кислоте, образуя хлорат кальция.
Отработавший раствор соляной кислоты с растворенной в ней накипью сливают, выпарной аппарат тщательно промывают водой до нейтральной реакции и включают в рабочую схему.
Очистку выпарных аппаратов от накипи производят на ходу: сначала обрабатывают последний корпус, затем предпоследний и так до первого. Концентрация соды и кислоты в растворах, применяемых для очистки, начиная от I корпуса до последнего, увеличивается: 6%-ный раствор соды для I корпуса, 12%-ный — для IV корпуса, 0,8%-ный раствор кислоты для I корпуса, 2,5%-ный — для IV корпуса.