Технологические параметры процесса экстрагирования
9-05-2017, 19:08
Важнейшими технологическими параметрами процесса извлечения сахара являются: температура, продолжительность и рН.
От указанных выше параметров существенным образом зависит переход пектиновых веществ в сок. Наличие последних, как известно, затрудняет процесс фильтрования, повышает вязкость продуктов.
Согласно выполненным в последнее время исследованиям, пектиновые вещества наиболее устойчивы при величине рН 4,5. Это следует из изменения константы скорости разложения пектиновых веществ в зависимости от величины рН и температуры.
Используя эти зависимости, можно определить количество пектиновых веществ, перешедших в раствор в зависимости от условий процесса экстрагирования сахара. Например, при температуре 70 °С при рН 5,5 количество перешедших в раствор пектиновых веществ составит 0,022%, в то время как при рН 6,0 эта величина примерно в 2 раза больше и составит 0,045%.
Обоснование рациональных параметров процесса экстрагирования приведено ниже.
Температура обессахаривания не должна быть более 72°С, так как при более высокой температуре увеличивается гидролиз пектиновых веществ и их переход в сок. Увеличению перехода пектиновых веществ в сок способствует и неравномерность нагрева стружки в наклонных диффузионных аппаратах, что может привести к местному перегреву сокостружечной смеси и образованию пробок. Для нормального протекания процесса экстракции необходимо обеспечить быстрый нагрев стружки и ее выдерживание при оптимальной температуре. При переработке подпорченной свеклы при экстрагировании необходимо поддерживать по возможности более низкую температуру, чтобы уменьшить переход в сок ВМС и тем самым избежать резкого ухудшения качества сока.
Продолжительность обессахаривания, так же как и температура, влияет на гидролиз пектиновых веществ и переход их в сок. С увеличением продолжительности экстрагирования сахара из стружки качество сока ухудшается.
Качество питательной воды также оказывает влияние на качество диффузионного сока. В качестве питательной воды следует использовать воду самого высокого качества, поступающую на завод. Основным показателем питательной воды для диффузионных аппаратов является оптимальная величина рН.
Выше было показано, что при рН 5,5 питательной воды количество переходимых в диффузионный сок пектиновых веществ примерно в два раза меньше, чем при рН 6,0. Кроме того, при применении питательной воды с величиной рН 5,5 получается более светлый диффузионный сок.
При использовании питательной воды с величиной рН 5,5 высказываются опасения относительно возможной инверсии (разложения) сахарозы при таком значении рН. Однако бояться нет оснований. Дело в том, что в процессе экстракции в сок переходят несахара, обеспечивающие высокую буферность последнего. Именно за счет ее получаемый при использовании питательной воды диффузионный сок имеет величину рН 6,2.
При применении питательной воды с рН выше оптимальной 5,5...5,8 происходит увеличение содержания пектиновых веществ в диффузионном соке. Кроме того, при применении такой воды происходит «разваривание» стружки. Высокое значение рН питательной воды при обессахаривании оказывает на качество сока такое же влияние, как и температура. При высоком значении рН питательной воды и повышенной температуре ухудшается качество жомопрессовой воды за счет содержания в ней ВМС, которые в большей степени переходят в нее при прессовании стружки. Это также отрицательно влияет на качество диффузионного сока. Поддержание оптимальной величины рН питательной воды - одно из необходимых условий получения диффузионного сока хорошего качества.
Инфицированность сокостружечной смеси микроорганизмами ухудшает качество диффузионного сока, так как он содержит продукты жизнедеятельности микроорганизмов и расщепления углеводов, белков и т. д. (ВМС, органические кислоты, редуцирующие вещества). Очистка такого диффузионного сока связана со значительными трудностями. Даже при правильном проведении процесса очистки осадок плохо отделяется фильтрованием, очищенный сок имеет высокую цветность и повышенное содержание солей кальция, а получаемый сахар-песок - повышенную цветность. Для борьбы с микроорганизмами необходимо проводить дезинфекцию сахарной свеклы и диффузионных аппаратов.
Возврат жомопрессовой воды отрицательно влияет на качество диффузионного сока, так как чистота жомопрессовой воды ниже чистоты клеточного сока и диффузионного сока. При прессовании жома, полученного при обессахаривании стружки, в условиях повышенной температуры в течение длительного времени и при повышенном значении рН питательной воды качество жомопрессовой воды ухудшается за счет увеличения в ней ВМС, особенно пектиновых веществ.
С ухудшением качества жомопрессовой воды происходит и ухудшение качества диффузионного сока. Именно этим можно объяснить более низкое значение величины эффекта очистки на диффузии при работе с возвратом жомопрессовой воды.
Содержание мезги в диффузионном соке после аппаратов 0,025...1,2 кг на 100 г свеклы или от 0,02 до 1,0% к массе диффузионного сока. Размер частиц мезги обусловлен размером ячеек сита, которые обычно бывают 0,2...0,5 мм. Мезга должна быть по возможности полнее удалена из диффузионного сока. В противном случае мезга будет поступать на известково-углекислотную очистку, где она в условиях высокой щелочности при повышенной температуре будет разлагаться с образованием несахаров, которые понижают чистоту очищенного сока, повышают его цветность, увеличивают содержание солей кальция, ухудшают фильтрацию, замедляют процесс выпаривания. Тщательное удаление мезги из диффузионного сока позволяет повысить чистоту диффузионного сока на 0,2...0,5%, снизить цветность очищенного сока на 20%. Считается, что содержание мезги в диффузионном соке, поступающем на известково-углекислотную очистку, не должно превышать 20 мг/литр сока.
Качество диффузионного сока зависит не только от таких, казалось бы, известных факторов, как качество свеклы, технологические параметры процесса экстракции, но и на первый взгляд, казалось бы, второстепенных, например качества транспортерно-моечной воды.
Известно, что вместе со стружкой в диффузионный аппарат поступает примерно 2 % к массе свеклы прилипшей к ней транспортерно-моечной воды, в которой содержатся несахара. Количество последних обусловлено качеством транспортерно-моечной воды, которое существенно зависит от того, проводилась ли ее обработка известковым молоком или нет.
В необработанной транспортерно-моечной воде содержание анионов на порядок выше и составляет примерно 100 мг-экв/л. Это, естественно, отразится и на качестве получаемого диффузионного сока.
Не следует сбрасывать со счетов и влияние качества свежей питательной воды на качество получаемого диффузионного сока.
От указанных выше параметров существенным образом зависит переход пектиновых веществ в сок. Наличие последних, как известно, затрудняет процесс фильтрования, повышает вязкость продуктов.
Согласно выполненным в последнее время исследованиям, пектиновые вещества наиболее устойчивы при величине рН 4,5. Это следует из изменения константы скорости разложения пектиновых веществ в зависимости от величины рН и температуры.
Используя эти зависимости, можно определить количество пектиновых веществ, перешедших в раствор в зависимости от условий процесса экстрагирования сахара. Например, при температуре 70 °С при рН 5,5 количество перешедших в раствор пектиновых веществ составит 0,022%, в то время как при рН 6,0 эта величина примерно в 2 раза больше и составит 0,045%.
Обоснование рациональных параметров процесса экстрагирования приведено ниже.
Температура обессахаривания не должна быть более 72°С, так как при более высокой температуре увеличивается гидролиз пектиновых веществ и их переход в сок. Увеличению перехода пектиновых веществ в сок способствует и неравномерность нагрева стружки в наклонных диффузионных аппаратах, что может привести к местному перегреву сокостружечной смеси и образованию пробок. Для нормального протекания процесса экстракции необходимо обеспечить быстрый нагрев стружки и ее выдерживание при оптимальной температуре. При переработке подпорченной свеклы при экстрагировании необходимо поддерживать по возможности более низкую температуру, чтобы уменьшить переход в сок ВМС и тем самым избежать резкого ухудшения качества сока.
Продолжительность обессахаривания, так же как и температура, влияет на гидролиз пектиновых веществ и переход их в сок. С увеличением продолжительности экстрагирования сахара из стружки качество сока ухудшается.
Качество питательной воды также оказывает влияние на качество диффузионного сока. В качестве питательной воды следует использовать воду самого высокого качества, поступающую на завод. Основным показателем питательной воды для диффузионных аппаратов является оптимальная величина рН.
Выше было показано, что при рН 5,5 питательной воды количество переходимых в диффузионный сок пектиновых веществ примерно в два раза меньше, чем при рН 6,0. Кроме того, при применении питательной воды с величиной рН 5,5 получается более светлый диффузионный сок.
При использовании питательной воды с величиной рН 5,5 высказываются опасения относительно возможной инверсии (разложения) сахарозы при таком значении рН. Однако бояться нет оснований. Дело в том, что в процессе экстракции в сок переходят несахара, обеспечивающие высокую буферность последнего. Именно за счет ее получаемый при использовании питательной воды диффузионный сок имеет величину рН 6,2.
При применении питательной воды с рН выше оптимальной 5,5...5,8 происходит увеличение содержания пектиновых веществ в диффузионном соке. Кроме того, при применении такой воды происходит «разваривание» стружки. Высокое значение рН питательной воды при обессахаривании оказывает на качество сока такое же влияние, как и температура. При высоком значении рН питательной воды и повышенной температуре ухудшается качество жомопрессовой воды за счет содержания в ней ВМС, которые в большей степени переходят в нее при прессовании стружки. Это также отрицательно влияет на качество диффузионного сока. Поддержание оптимальной величины рН питательной воды - одно из необходимых условий получения диффузионного сока хорошего качества.
Инфицированность сокостружечной смеси микроорганизмами ухудшает качество диффузионного сока, так как он содержит продукты жизнедеятельности микроорганизмов и расщепления углеводов, белков и т. д. (ВМС, органические кислоты, редуцирующие вещества). Очистка такого диффузионного сока связана со значительными трудностями. Даже при правильном проведении процесса очистки осадок плохо отделяется фильтрованием, очищенный сок имеет высокую цветность и повышенное содержание солей кальция, а получаемый сахар-песок - повышенную цветность. Для борьбы с микроорганизмами необходимо проводить дезинфекцию сахарной свеклы и диффузионных аппаратов.
Возврат жомопрессовой воды отрицательно влияет на качество диффузионного сока, так как чистота жомопрессовой воды ниже чистоты клеточного сока и диффузионного сока. При прессовании жома, полученного при обессахаривании стружки, в условиях повышенной температуры в течение длительного времени и при повышенном значении рН питательной воды качество жомопрессовой воды ухудшается за счет увеличения в ней ВМС, особенно пектиновых веществ.
С ухудшением качества жомопрессовой воды происходит и ухудшение качества диффузионного сока. Именно этим можно объяснить более низкое значение величины эффекта очистки на диффузии при работе с возвратом жомопрессовой воды.
Содержание мезги в диффузионном соке после аппаратов 0,025...1,2 кг на 100 г свеклы или от 0,02 до 1,0% к массе диффузионного сока. Размер частиц мезги обусловлен размером ячеек сита, которые обычно бывают 0,2...0,5 мм. Мезга должна быть по возможности полнее удалена из диффузионного сока. В противном случае мезга будет поступать на известково-углекислотную очистку, где она в условиях высокой щелочности при повышенной температуре будет разлагаться с образованием несахаров, которые понижают чистоту очищенного сока, повышают его цветность, увеличивают содержание солей кальция, ухудшают фильтрацию, замедляют процесс выпаривания. Тщательное удаление мезги из диффузионного сока позволяет повысить чистоту диффузионного сока на 0,2...0,5%, снизить цветность очищенного сока на 20%. Считается, что содержание мезги в диффузионном соке, поступающем на известково-углекислотную очистку, не должно превышать 20 мг/литр сока.
Качество диффузионного сока зависит не только от таких, казалось бы, известных факторов, как качество свеклы, технологические параметры процесса экстракции, но и на первый взгляд, казалось бы, второстепенных, например качества транспортерно-моечной воды.
Известно, что вместе со стружкой в диффузионный аппарат поступает примерно 2 % к массе свеклы прилипшей к ней транспортерно-моечной воды, в которой содержатся несахара. Количество последних обусловлено качеством транспортерно-моечной воды, которое существенно зависит от того, проводилась ли ее обработка известковым молоком или нет.
В необработанной транспортерно-моечной воде содержание анионов на порядок выше и составляет примерно 100 мг-экв/л. Это, естественно, отразится и на качестве получаемого диффузионного сока.
Не следует сбрасывать со счетов и влияние качества свежей питательной воды на качество получаемого диффузионного сока.