Неучтенные потери сахара
24-05-2017, 13:47
Одним из источников неучтенных потерь в сахарном производстве могут являться ошибки при определении содержания сахара в сырье и мелассе, обусловленные наличием в продуктах оптически активных веществ (раффинозы, глюкозы, фруктозы, галактозы, декстрана).
В настоящее время разработаны специальные физико-химические методы определения указанных несахаров. Однако эти методы не применяются при повседневном производственном контроле, поэтому ошибки, вызываемые оптически активными веществами, оказывающими влияние на точность поляриметрического определения, относят к неучтенным, или иногда их называют «мнимыми».
Величины ошибки при поляриметрическом определении содержания сахарозы в свекле при содержании 0,1% оптически активного несахара приведены в табл. 63.
Среди указанных выше оптически активных веществ наибольший интерес представляют глюкоза, фруктоза и раффиноза, содержащиеся в свекле и продуктах ее переработки в больших количествах в сравнении с другими оптически активными несахарами.
Ошибки определения сахаристости свеклы, вызываемые рядом оптически активных несахаров (главным образом глюкозы и фруктозы) могут быть скорректированы путем известного анализа определением величины падения поляризации на дефекации.
В основе этого анализа лежит разрушение моносахаридов в щелочной среде под действием температуры. Образующиеся при этом продукты их разрушения уже не обладают оптической активностью и не влияют на показание поляриметра.
В сахарной свекле, наряду с моносахаридами и дисахаридами, присутствует трисахарид раффиноза. Ее содержание в сахарной свекле невелико и обычно составляет 0,01...0,03%. В отдельные же годы, особенно во влажные, содержание ее может быть на порядок выше и доходить до 0,3%. При хранении сахарной свеклы содержание в ней раффинозы увеличивается.
В технологическом процессе раффиноза не осаждается, не разрушается и переходит в мелассу. Ее содержание в свекловичной мелассе может колебаться от 0,5 до 2,0%, а рафинадной - до 5...7%.
Согласно имеющимся данным, ее влияние на точность контроля может быть заметным. Изучению влияния раффинозы на точность контроля в последнее время уделяется особое внимание.
Повышение содержание раффинозы в продуктах сахарного производства оказывает влияние на точность определения содержания сахара поляриметрическим методом и габитус (форму) кристаллов сахарозы.
Из приведенных выше данных видно, что раффиноза имеет удельное вращение примерно в два раза больше, чем сахароза.
Величина нормальной навески для раффинозы (пентагидрата) равна 14,05 г/100 см3. В соответствии с этим при содержании 1 г раффинозы в 100 см3 раствора показания поляриметра будут соответствовать 8,75°. Исходя из этого, можно посчитать влияние содержания раффинозы в свекле на величину ее сахаристости, определяемой поляриметрическим методом.
Результаты определения влияния величины содержания раффинозы в свекле на величину ее сахаристости, определяемой методом дигестии, приведены ниже:
Из приведенных данных следует, что при невысоком содержании раффинозы в свекле (до 0,05%) повышение величины сахаристости свеклы составляет не выше 0,1%, т. е. соответствует ошибке поляриметрического определения.
При содержании раффинозы более 0,1% (в свекле после хранения) ошибка уже будет выше 0,2%.
Поскольку в технологическом процессе сахарного производства раффиноза переходит в мелассу, то концентрация ее в мелассе будет в 20...30 раз выше, чем в свекле. Соответственно ошибка при поляриметрическом определении содержания сахара в мелассе может быть существенной и составлять несколько процентов, а величина доброкачественности мелассы может оказаться на 2...4 ед. выше истинной.
В этой связи определение содержания раффинозы в мелассе свеклосахарного производства весьма важно при контроле производства. (В сахарном тростнике и тростниковом сахаре-сырце раффиноза присутствует в следовых количествах 2...10 мг/кг, поэтому при контроле сырцового производства она не будет оказывать влияние на точность его проведения.)
Для определения содержания раффинозы в продуктах сахарного производства известно несколько методов:
• поляриметрический - на основании данных показаний поляриметра раствора до и после инверсии с коррекцией на содержание инвертного сахара;
• хроматографические (бумажная, тонкослойная, газожидкостная, высокоэффективная газожидкостная).
Хроматографические методы на бумаге и в тонком слое являются, с одной стороны, продолжительными (от 10 до 40 часов), а с другой стороны, количественная их оценка имеет ряд недостатков.
Методы газожидкостной хроматографии являются более точными, занимают от 2 до 3 часов, однако для их проведения требуется дорогостоящее оборудование, что делает их невозможными для заводского контроля (особенно в настоящее время в условиях сахарной промышленности РФ).
Из рассмотренных методов определения содержания раффинозы для заводского контроля меласс реальным является инверсионный поляриметрический метод с коррекцией на инвертный сахар.
По этому методу определяется величина поляризации раствора до инверсии (Р), после инверсии (Ринв) и содержание инверта (Инв) по Оффенеру. Исходя из этих данных рассчитывается содержание раффинозы в мелассе по уравнению
Результаты определения содержания раффинозы в образцах мелассы с ряда заводов инверсионно-поляриметрическим методом были сопоставлены с полученными методом нисходящей бумажной хроматографии.
Из полученных данных следует, что в исследованных мелассах содержание раффинозы, определенное инверсионно-поляриметрическим методом, колебалось от 0,96 до 1,1%, а хроматографическим - от 0,53 до 1,0%.
Определение содержания сахара в мелассе, проводимое поляриметрическим методом, связано с ошибками, обусловленными содержанием в мелассе оптически активных веществ, главным образом раффинозы и инвертного сахара. Корректировка содержания сахара в мелассе, определенного поляриметрическим методом, с учетом количества раффинозы и инертного сахара, проводится с помощью эмпирических уравнений. Нами использовано уравнение, предложенное в ФРГ
Из полученных данных следует, что из-за содержания раффинозы величина Ч заводской мелассы на 1,4...2,2% выше действительной ее величины. Считая, что изменение содержания сахара в мелассе на 0,7 % можно считать за счет раффинозы дает завышенное содержание сахара в мелассе на 0,14...0,22% к массе свеклы.
Данные содержания раффинозы в свекле, полученные путем пересчета содержания ее в мелассе на свеклу, показывают, что ее количество в свекле не превышает 0,035% и соответственно величина ошибки определения сахаристости свеклы не превышает 0,14%.
В Польше в последние годы были на большом количестве образцов меласс проведены сравнительные исследования содержания раффинозы в мелассе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и инверсионно-поляриметрическим. Было установление, что содержание раффинозы в мелассах, определенное методом ВЭЖХ, колебалось от 1,24 до 2,28% и в среднем составило 1,54%, а инверсионно-поляриметрическим - от 0,410 до 1,64% и в среднем составило 0,822%.
Более высокое содержание раффинозы в мелассах, определенное методом ВЭЖХ, объясняется тем, что часть раффинозы осаждается под действием свинцового уксуса, применяемого для осветления в инверсионно-поляриметрическом методе.
Согласно этим исследованиям, разница между Ч мелассы с учетом корректировки раффинозы в мелассе составляет от 1,5 до 3,45%, что соответствует разнице в содержании сахара в мелассе от 0,15 до 0,345 % к массе свеклы.
Поскольку раффиноза, как уже отмечалось выше, состоит из молекулы сахарозы, к которой присоединена галактоза, то она может включаться в кристаллы сахарозы, изменяя ее габитус (форму кристалла).
При таком включении раффинозы в кристаллы сахарозы происходит замедленнее ее роста по оси С. Вследствие этого идет их рост главным образом по оси В. Это приводит к получению удлиненных кристаллов - игольчатой формы. Такие «кристаллы» являются хрупкими, их отделение центрифугированием обычно связано с большими трудностями, так они, попадая в отверстия сит центрифуги, забивают их, что мешает отделению оттека.
Получение игольчатых кристаллов в свеклосахарном производстве иногда приписывают влиянию декстрана, содержащегося в повышенных количествах при переработке свеклы. Однако с таким объяснением вряд ли можно согласиться. Дело в том, что декстран действительно оказывает влияние на форму кристаллов сахарозы. Однако, как установлено экспериментально, декстран способствует, в отличие от раффинозы, удлинению кристаллов по оси С. В присутствии декстрана получаются удлиненные кристаллы сахарозы, но уже без острых углов на концах, т. е. в этом случае уже нельзя говорить об игольчатых кристаллах.
В настоящее время разработаны специальные физико-химические методы определения указанных несахаров. Однако эти методы не применяются при повседневном производственном контроле, поэтому ошибки, вызываемые оптически активными веществами, оказывающими влияние на точность поляриметрического определения, относят к неучтенным, или иногда их называют «мнимыми».
Величины ошибки при поляриметрическом определении содержания сахарозы в свекле при содержании 0,1% оптически активного несахара приведены в табл. 63.
Среди указанных выше оптически активных веществ наибольший интерес представляют глюкоза, фруктоза и раффиноза, содержащиеся в свекле и продуктах ее переработки в больших количествах в сравнении с другими оптически активными несахарами.
Ошибки определения сахаристости свеклы, вызываемые рядом оптически активных несахаров (главным образом глюкозы и фруктозы) могут быть скорректированы путем известного анализа определением величины падения поляризации на дефекации.
В основе этого анализа лежит разрушение моносахаридов в щелочной среде под действием температуры. Образующиеся при этом продукты их разрушения уже не обладают оптической активностью и не влияют на показание поляриметра.
В сахарной свекле, наряду с моносахаридами и дисахаридами, присутствует трисахарид раффиноза. Ее содержание в сахарной свекле невелико и обычно составляет 0,01...0,03%. В отдельные же годы, особенно во влажные, содержание ее может быть на порядок выше и доходить до 0,3%. При хранении сахарной свеклы содержание в ней раффинозы увеличивается.
В технологическом процессе раффиноза не осаждается, не разрушается и переходит в мелассу. Ее содержание в свекловичной мелассе может колебаться от 0,5 до 2,0%, а рафинадной - до 5...7%.
Согласно имеющимся данным, ее влияние на точность контроля может быть заметным. Изучению влияния раффинозы на точность контроля в последнее время уделяется особое внимание.
Повышение содержание раффинозы в продуктах сахарного производства оказывает влияние на точность определения содержания сахара поляриметрическим методом и габитус (форму) кристаллов сахарозы.
Из приведенных выше данных видно, что раффиноза имеет удельное вращение примерно в два раза больше, чем сахароза.
Величина нормальной навески для раффинозы (пентагидрата) равна 14,05 г/100 см3. В соответствии с этим при содержании 1 г раффинозы в 100 см3 раствора показания поляриметра будут соответствовать 8,75°. Исходя из этого, можно посчитать влияние содержания раффинозы в свекле на величину ее сахаристости, определяемой поляриметрическим методом.
Результаты определения влияния величины содержания раффинозы в свекле на величину ее сахаристости, определяемой методом дигестии, приведены ниже:
Из приведенных данных следует, что при невысоком содержании раффинозы в свекле (до 0,05%) повышение величины сахаристости свеклы составляет не выше 0,1%, т. е. соответствует ошибке поляриметрического определения.
При содержании раффинозы более 0,1% (в свекле после хранения) ошибка уже будет выше 0,2%.
Поскольку в технологическом процессе сахарного производства раффиноза переходит в мелассу, то концентрация ее в мелассе будет в 20...30 раз выше, чем в свекле. Соответственно ошибка при поляриметрическом определении содержания сахара в мелассе может быть существенной и составлять несколько процентов, а величина доброкачественности мелассы может оказаться на 2...4 ед. выше истинной.
В этой связи определение содержания раффинозы в мелассе свеклосахарного производства весьма важно при контроле производства. (В сахарном тростнике и тростниковом сахаре-сырце раффиноза присутствует в следовых количествах 2...10 мг/кг, поэтому при контроле сырцового производства она не будет оказывать влияние на точность его проведения.)
Для определения содержания раффинозы в продуктах сахарного производства известно несколько методов:
• поляриметрический - на основании данных показаний поляриметра раствора до и после инверсии с коррекцией на содержание инвертного сахара;
• хроматографические (бумажная, тонкослойная, газожидкостная, высокоэффективная газожидкостная).
Хроматографические методы на бумаге и в тонком слое являются, с одной стороны, продолжительными (от 10 до 40 часов), а с другой стороны, количественная их оценка имеет ряд недостатков.
Методы газожидкостной хроматографии являются более точными, занимают от 2 до 3 часов, однако для их проведения требуется дорогостоящее оборудование, что делает их невозможными для заводского контроля (особенно в настоящее время в условиях сахарной промышленности РФ).
Из рассмотренных методов определения содержания раффинозы для заводского контроля меласс реальным является инверсионный поляриметрический метод с коррекцией на инвертный сахар.
По этому методу определяется величина поляризации раствора до инверсии (Р), после инверсии (Ринв) и содержание инверта (Инв) по Оффенеру. Исходя из этих данных рассчитывается содержание раффинозы в мелассе по уравнению
Результаты определения содержания раффинозы в образцах мелассы с ряда заводов инверсионно-поляриметрическим методом были сопоставлены с полученными методом нисходящей бумажной хроматографии.
Из полученных данных следует, что в исследованных мелассах содержание раффинозы, определенное инверсионно-поляриметрическим методом, колебалось от 0,96 до 1,1%, а хроматографическим - от 0,53 до 1,0%.
Определение содержания сахара в мелассе, проводимое поляриметрическим методом, связано с ошибками, обусловленными содержанием в мелассе оптически активных веществ, главным образом раффинозы и инвертного сахара. Корректировка содержания сахара в мелассе, определенного поляриметрическим методом, с учетом количества раффинозы и инертного сахара, проводится с помощью эмпирических уравнений. Нами использовано уравнение, предложенное в ФРГ
Из полученных данных следует, что из-за содержания раффинозы величина Ч заводской мелассы на 1,4...2,2% выше действительной ее величины. Считая, что изменение содержания сахара в мелассе на 0,7 % можно считать за счет раффинозы дает завышенное содержание сахара в мелассе на 0,14...0,22% к массе свеклы.
Данные содержания раффинозы в свекле, полученные путем пересчета содержания ее в мелассе на свеклу, показывают, что ее количество в свекле не превышает 0,035% и соответственно величина ошибки определения сахаристости свеклы не превышает 0,14%.
В Польше в последние годы были на большом количестве образцов меласс проведены сравнительные исследования содержания раффинозы в мелассе методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и инверсионно-поляриметрическим. Было установление, что содержание раффинозы в мелассах, определенное методом ВЭЖХ, колебалось от 1,24 до 2,28% и в среднем составило 1,54%, а инверсионно-поляриметрическим - от 0,410 до 1,64% и в среднем составило 0,822%.
Более высокое содержание раффинозы в мелассах, определенное методом ВЭЖХ, объясняется тем, что часть раффинозы осаждается под действием свинцового уксуса, применяемого для осветления в инверсионно-поляриметрическом методе.
Согласно этим исследованиям, разница между Ч мелассы с учетом корректировки раффинозы в мелассе составляет от 1,5 до 3,45%, что соответствует разнице в содержании сахара в мелассе от 0,15 до 0,345 % к массе свеклы.
Поскольку раффиноза, как уже отмечалось выше, состоит из молекулы сахарозы, к которой присоединена галактоза, то она может включаться в кристаллы сахарозы, изменяя ее габитус (форму кристалла).
При таком включении раффинозы в кристаллы сахарозы происходит замедленнее ее роста по оси С. Вследствие этого идет их рост главным образом по оси В. Это приводит к получению удлиненных кристаллов - игольчатой формы. Такие «кристаллы» являются хрупкими, их отделение центрифугированием обычно связано с большими трудностями, так они, попадая в отверстия сит центрифуги, забивают их, что мешает отделению оттека.
Получение игольчатых кристаллов в свеклосахарном производстве иногда приписывают влиянию декстрана, содержащегося в повышенных количествах при переработке свеклы. Однако с таким объяснением вряд ли можно согласиться. Дело в том, что декстран действительно оказывает влияние на форму кристаллов сахарозы. Однако, как установлено экспериментально, декстран способствует, в отличие от раффинозы, удлинению кристаллов по оси С. В присутствии декстрана получаются удлиненные кристаллы сахарозы, но уже без острых углов на концах, т. е. в этом случае уже нельзя говорить об игольчатых кристаллах.