Неучтенные потери на диффузии
24-05-2017, 13:40
Значительная часть неучтенных потерь в сахарном производстве приходится на долю потерь сахара на диффузионных установках. Они обусловлены главным образом за счет разложения сахарозы под действием микроорганизмов. При этом большая часть микроорганизмов диффузионного сока расщепляет сахар до органических кислот.
Диффузионный сок является хорошей питательной средой для различных видов микроорганизмов - бактерий, дрожжей, плесневых грибов. Основным источником инфицирования диффузионного сока являются стружка и питательная вода.
В зависимости от температуры жизнедеятельности микроорганизмов их делят на мезофильные и термофильные.
Мезофильные микроорганизмы развиваются при минимальной температуре равной 5...25°С, оптимальная температура для них 18...45°С, а максимальная - 50°С. Это самая большая группа микроорганизмов, в которую входят различные патогенные и сапрофильные бактерии, дрожжи и микроскопические грибы.
Слизеобразующие бактерии (Лейконосток) продуцируют также полисахариды (например, декстран).
Термофильные микроорганизмы развиваются при температуре 45...80°С. К термофильным бактериям относятся, например, бактерии рода Bacillus из почвы и аэробные бактерии рода Clostridium. Термофильные микроорганизмы являются активными продуцентами органических кислот и газов, отличаются быстрым ростом.
Основными метаболитами при расщеплении сахарозы являются молочная и уксусная кислоты.
В головной части диффузионного аппарата имеет место развитие мезофильных микроорганизмов, а в хвостовой и жомопрессовой воде - термофильных.
Для снижения потерь сахара от микробиологического разложения важно оперативно определить степень инфицированности диффузионного аппарата и своевременно использовать эффективные дезинфицирующие средства.
Количество микроорганизмов в соке может колебаться от нескольких сотен до миллионов в 1 см3. Среди микроорганизмов диффузионного сока преобладают термофильные микроорганизмы, развивающиеся в диффузионном соке при температуре 55...70°С.
В результате жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате происходит образование кислот, газов, разложение сахарозы, образование инвертного сахара, слизи в виде декстрана и левана. Указанные процессы вызывают дополнительные потери сахара в производстве и ухудшают качество диффузионного сока.
Согласно А. Никищ и В. Мауха, потери сахара в диффузионном аппарате в результате жизнедеятельности термофильных микроорганизмов могут составлять от 0,05 до 0,5 % к массе свеклы.
В этой связи важное значение имеет контроль за микробиологической зараженностью сокостружечной смеси диффузионного аппарата.
Существующий контроль за рН диффузионного сока оказывается недостаточным. Дело в том, что место наибольшего снижения значения величины рН в диффузионном аппарате не соответствует месту наибольшего развития микроорганизмов, хотя максимум живых и мертвых клеток бактерий обычно совпадают с минимальным значением рН.
Более прогрессивным и точным является метод с индикатором резазурином, так называемый резазуриновый тест, основанный на измерении величины окислительно-восстановительного потенциала активных бактерий (по интенсивности окраски), которые разлагают сахарозу (неактивные и мертвые клетки, как известно, сахарозу не разлагают).
Однако следует иметь в виду, что резазуриновый тест не дает надежных результатов в случае применения на диффузию сульфитированной питательной воды. Это связано с тем, что SО2 является восстановителем, и за счет этого может создастся ложное впечатление кажущейся инфекции диффузионного аппарата.
О степени контаминации можно судить по содержанию в нем молочной кислоты и нитритов. Считается, если содержание молочной кислоты в диффузионном соке не превышает 0,01%, то развитие инфекции в диффузионных аппаратах незначительное.
Содержание нитритов в количестве до 50 мг/л диффузионного сока может быть быстро определено по окраске специальных индикаторов бумажек.
В качестве последних можно использовать бумажки так называемого NINUR теста (продукция фирмы Bjehrinqer, Monnheim, Германия) или приготовить в лаборатории из фильтровальной бумаги, не содержащей нитритов. Такие бумажки готовят, используя склянку с притертой пробкой. В таких условиях бумажки можно хранить в течение двух месяцев.
При погружении бумажки в анализируемый раствор (диффузионный сок) в зависимости от содержания в нем нитритов окраска ее меняется от розовой до красной. Сравнение окраски бумажки анализируемого раствора с окраской бумажки, погруженной в стандартный раствор, позволяет проводить количественную оценку содержания нитритов. Стандартный раствор готовят растворением 1,5 г NaNO2 в 1 л дистиллированной воды с последующим его разбавлением (соответственно - 1, 2, 5, 10, 20 и 50 см3 переводят в колбы на 1 л и доводят объем до метки), получая растворы сравнением с концентрацией контаминации (инфицирования) диффузионного сока можно также судить по 1, 2, 5, 10 и 50 мг нитритов в 1 л два раствора: на основании определения содержания нитритов в диффузионном соке исходят из того, что они в свекле отсутствуют. Наличие же их в диффузионном соке обусловлено окислением нитратов.
Раствор А: 1 г сульфаниловой кислоты и 30 г винной кислоты растворяют в 100 см3 30 %-ной уксусной кислоты;
Раствор В: 0,3 г нафтиламина кипятят в 70 см3 воды и фильтруют. В фильтрате растворяют 30 г винной кислоты и объем смеси доводят до 100 см3.
Затем эти растворы смешивают в соотношении 1: 1 и в смеси смачивают фильтровальную бумагу и сушат ее при температуре 80...90°С.
Высушенную бумагу сразу же разрезают на полоски с размерами 0,5 и 4 см и помещают в темную емкость.
Наличие нитритов в количестве 0,001...0,002% свидетельствуют о сильном развитии инфекции в диффузионном аппарате. Известен и метод контаминации диффузионного сока по величине окислительно-восстановительного потенциала.
Большая часть микроорганизмов, развивающихся в диффузионном соке, превращает сахарозу в органические кислоты, среди которых преобладает молочная кислота.
По данным ряда исследований, в результате жизнедеятельности бактерий от 50 до 97% разложенной ими сахарозы превращается в молочную кислоту. При этом считается, что потери сахарозы при образовании молочной кислоты равны примерно двукратному ее количеству.
Исходя из этого, на основании количества молочной кислоты в диффузионном соке можно судить о величине потерь сахара на диффузии в результате жизнедеятельности бактерий. Приняв, что под действием микроорганизмов из разлагаемого количества сахарозы только 50 % ее превращается в молочную кислоту, уравнение для расчета потерь сахара (Пс, % к массе свеклы) имеет вид:
где См - содержание молочной кислоты, мг/кг сока; А - откачка сока, %.
Молочная кислота, как известно, в процессе известково-углекислотной очистки не осаждается и в виде кальциевой соли (лактат кальция) переходит в мелассу, увеличивая ее количество и соответственно содержание сахара в ней. Приняв величину мелассообразовательного коэффициента 1,5, за счет количества лактата кальция, перешедшего в мелассу, дополнительные потери (Пм, % к массе свеклы) рассчитываются по уравнению
Результаты расчетов потерь сахара в процессе экстракции от разложения сахарозы микроорганизмами и дополнительных потерь сахара в мелассе в зависимости от содержания молочной кислоты в диффузионном соке приведены в табл. 61.
Анализ показывает, что при контаминации диффузионных аппаратов суммарные потери сахара от действия микроорганизмов, рассчитанные по содержанию молочной кислоты, составляют примерно 0,1% к массе свеклы, при сильной - они достигают 1,0%.
В настоящее время в связи с разработкой ферментативных методов определения молочной кислоты появилась возможность проводить контроль контаминации диффузионного сока по содержанию молочной кислоты.
Ее содержание можно быстро определить при помощи анализатора МИКРОЗИМ-L с ферментным электродом. Анализатор поставляется французско-американской фирмой Налко.
Анализатор позволяет быстро и просто проводить определения с достаточной точностью и очень хорошей воспроизводимостью результатов. Затраты на реагенты незначительные, замена фермента проводится примерно через три-четыре недели.
Шкала прибора проградуирована в мг/л молочной кислоты. Достоинством прибора является и возможность быстрого определения содержания молочной кислоты в стружке, поступающей на диффузию.
Результаты определения содержания молочной кислоты с помощью этого прибора в течение двух производственных сезонов 1999 и 2000 гг. на одном из сахарных заводов приведены в табл. 62.
Анализ данных показывает, что потери сахара от микробиологического разложения сахарозы, определенные по количеству молочной кислоты, колеблются от 0,011 до 0,12% к массе свеклы.
Для подавления микробиологической инфекции, наряду с поддерживанием оптимальных технологических процессов параметров на диффузии, важное значение имеет применение дезинфицирующих средств. Однако при этом следует иметь в виду, что последние на ин-вертазу не действуют.
Диффузионный сок является хорошей питательной средой для различных видов микроорганизмов - бактерий, дрожжей, плесневых грибов. Основным источником инфицирования диффузионного сока являются стружка и питательная вода.
В зависимости от температуры жизнедеятельности микроорганизмов их делят на мезофильные и термофильные.
Мезофильные микроорганизмы развиваются при минимальной температуре равной 5...25°С, оптимальная температура для них 18...45°С, а максимальная - 50°С. Это самая большая группа микроорганизмов, в которую входят различные патогенные и сапрофильные бактерии, дрожжи и микроскопические грибы.
Слизеобразующие бактерии (Лейконосток) продуцируют также полисахариды (например, декстран).
Термофильные микроорганизмы развиваются при температуре 45...80°С. К термофильным бактериям относятся, например, бактерии рода Bacillus из почвы и аэробные бактерии рода Clostridium. Термофильные микроорганизмы являются активными продуцентами органических кислот и газов, отличаются быстрым ростом.
Основными метаболитами при расщеплении сахарозы являются молочная и уксусная кислоты.
В головной части диффузионного аппарата имеет место развитие мезофильных микроорганизмов, а в хвостовой и жомопрессовой воде - термофильных.
Для снижения потерь сахара от микробиологического разложения важно оперативно определить степень инфицированности диффузионного аппарата и своевременно использовать эффективные дезинфицирующие средства.
Количество микроорганизмов в соке может колебаться от нескольких сотен до миллионов в 1 см3. Среди микроорганизмов диффузионного сока преобладают термофильные микроорганизмы, развивающиеся в диффузионном соке при температуре 55...70°С.
В результате жизнедеятельности микроорганизмов в диффузионном аппарате происходит образование кислот, газов, разложение сахарозы, образование инвертного сахара, слизи в виде декстрана и левана. Указанные процессы вызывают дополнительные потери сахара в производстве и ухудшают качество диффузионного сока.
Согласно А. Никищ и В. Мауха, потери сахара в диффузионном аппарате в результате жизнедеятельности термофильных микроорганизмов могут составлять от 0,05 до 0,5 % к массе свеклы.
В этой связи важное значение имеет контроль за микробиологической зараженностью сокостружечной смеси диффузионного аппарата.
Существующий контроль за рН диффузионного сока оказывается недостаточным. Дело в том, что место наибольшего снижения значения величины рН в диффузионном аппарате не соответствует месту наибольшего развития микроорганизмов, хотя максимум живых и мертвых клеток бактерий обычно совпадают с минимальным значением рН.
Более прогрессивным и точным является метод с индикатором резазурином, так называемый резазуриновый тест, основанный на измерении величины окислительно-восстановительного потенциала активных бактерий (по интенсивности окраски), которые разлагают сахарозу (неактивные и мертвые клетки, как известно, сахарозу не разлагают).
Однако следует иметь в виду, что резазуриновый тест не дает надежных результатов в случае применения на диффузию сульфитированной питательной воды. Это связано с тем, что SО2 является восстановителем, и за счет этого может создастся ложное впечатление кажущейся инфекции диффузионного аппарата.
О степени контаминации можно судить по содержанию в нем молочной кислоты и нитритов. Считается, если содержание молочной кислоты в диффузионном соке не превышает 0,01%, то развитие инфекции в диффузионных аппаратах незначительное.
Содержание нитритов в количестве до 50 мг/л диффузионного сока может быть быстро определено по окраске специальных индикаторов бумажек.
В качестве последних можно использовать бумажки так называемого NINUR теста (продукция фирмы Bjehrinqer, Monnheim, Германия) или приготовить в лаборатории из фильтровальной бумаги, не содержащей нитритов. Такие бумажки готовят, используя склянку с притертой пробкой. В таких условиях бумажки можно хранить в течение двух месяцев.
При погружении бумажки в анализируемый раствор (диффузионный сок) в зависимости от содержания в нем нитритов окраска ее меняется от розовой до красной. Сравнение окраски бумажки анализируемого раствора с окраской бумажки, погруженной в стандартный раствор, позволяет проводить количественную оценку содержания нитритов. Стандартный раствор готовят растворением 1,5 г NaNO2 в 1 л дистиллированной воды с последующим его разбавлением (соответственно - 1, 2, 5, 10, 20 и 50 см3 переводят в колбы на 1 л и доводят объем до метки), получая растворы сравнением с концентрацией контаминации (инфицирования) диффузионного сока можно также судить по 1, 2, 5, 10 и 50 мг нитритов в 1 л два раствора: на основании определения содержания нитритов в диффузионном соке исходят из того, что они в свекле отсутствуют. Наличие же их в диффузионном соке обусловлено окислением нитратов.
Раствор А: 1 г сульфаниловой кислоты и 30 г винной кислоты растворяют в 100 см3 30 %-ной уксусной кислоты;
Раствор В: 0,3 г нафтиламина кипятят в 70 см3 воды и фильтруют. В фильтрате растворяют 30 г винной кислоты и объем смеси доводят до 100 см3.
Затем эти растворы смешивают в соотношении 1: 1 и в смеси смачивают фильтровальную бумагу и сушат ее при температуре 80...90°С.
Высушенную бумагу сразу же разрезают на полоски с размерами 0,5 и 4 см и помещают в темную емкость.
Наличие нитритов в количестве 0,001...0,002% свидетельствуют о сильном развитии инфекции в диффузионном аппарате. Известен и метод контаминации диффузионного сока по величине окислительно-восстановительного потенциала.
Большая часть микроорганизмов, развивающихся в диффузионном соке, превращает сахарозу в органические кислоты, среди которых преобладает молочная кислота.
По данным ряда исследований, в результате жизнедеятельности бактерий от 50 до 97% разложенной ими сахарозы превращается в молочную кислоту. При этом считается, что потери сахарозы при образовании молочной кислоты равны примерно двукратному ее количеству.
Исходя из этого, на основании количества молочной кислоты в диффузионном соке можно судить о величине потерь сахара на диффузии в результате жизнедеятельности бактерий. Приняв, что под действием микроорганизмов из разлагаемого количества сахарозы только 50 % ее превращается в молочную кислоту, уравнение для расчета потерь сахара (Пс, % к массе свеклы) имеет вид:
где См - содержание молочной кислоты, мг/кг сока; А - откачка сока, %.
Молочная кислота, как известно, в процессе известково-углекислотной очистки не осаждается и в виде кальциевой соли (лактат кальция) переходит в мелассу, увеличивая ее количество и соответственно содержание сахара в ней. Приняв величину мелассообразовательного коэффициента 1,5, за счет количества лактата кальция, перешедшего в мелассу, дополнительные потери (Пм, % к массе свеклы) рассчитываются по уравнению
Результаты расчетов потерь сахара в процессе экстракции от разложения сахарозы микроорганизмами и дополнительных потерь сахара в мелассе в зависимости от содержания молочной кислоты в диффузионном соке приведены в табл. 61.
Анализ показывает, что при контаминации диффузионных аппаратов суммарные потери сахара от действия микроорганизмов, рассчитанные по содержанию молочной кислоты, составляют примерно 0,1% к массе свеклы, при сильной - они достигают 1,0%.
В настоящее время в связи с разработкой ферментативных методов определения молочной кислоты появилась возможность проводить контроль контаминации диффузионного сока по содержанию молочной кислоты.
Ее содержание можно быстро определить при помощи анализатора МИКРОЗИМ-L с ферментным электродом. Анализатор поставляется французско-американской фирмой Налко.
Анализатор позволяет быстро и просто проводить определения с достаточной точностью и очень хорошей воспроизводимостью результатов. Затраты на реагенты незначительные, замена фермента проводится примерно через три-четыре недели.
Шкала прибора проградуирована в мг/л молочной кислоты. Достоинством прибора является и возможность быстрого определения содержания молочной кислоты в стружке, поступающей на диффузию.
Результаты определения содержания молочной кислоты с помощью этого прибора в течение двух производственных сезонов 1999 и 2000 гг. на одном из сахарных заводов приведены в табл. 62.
Анализ данных показывает, что потери сахара от микробиологического разложения сахарозы, определенные по количеству молочной кислоты, колеблются от 0,011 до 0,12% к массе свеклы.
Для подавления микробиологической инфекции, наряду с поддерживанием оптимальных технологических процессов параметров на диффузии, важное значение имеет применение дезинфицирующих средств. Однако при этом следует иметь в виду, что последние на ин-вертазу не действуют.