Ибрахим разработка технологии длительного хранения тростникового сахара-сырца и получения из него сахара-песка и пищевых сиропов

На правах рукописи

ЭЛЬАВАД ЭЛЬФАКИ ЯСИР ИБРАХИМ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ ТРОСТНИКОВОГО САХАРА-СЫРЦА И ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НЕГО САХАРА-ПЕСКА И ПИЩЕВЫХ СИРОПОВ

Специальность 05.18.05 – Технология сахара и

сахаристых продуктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель

науки и техники РСФСР

Сапронов Алексей Романович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Лукин Николай Дмитриевич

кандидат технических наук,

Штерман Сергей Валерьевич

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной

свеклы и сахара им. А.Л.Мазлумова

Защита состоится 30 ноября 2006 года в 10 ч на заседании диссертационного совета Д 212.148.01 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу : 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, дом 11, ауд.53 ВК.

Отзывы на автореферат диссертации в 2 экз., подписанные и заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП

Автореферат разослан 27 октября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета проф. М.С. Жигалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На свеклосахарных заводах России тростниковый сахар-сырец, закупаемый в Бразилии, Таиланде и других южных странах, подвергают растворению, известково-углекислотной очистке и кристаллизации. При этом теряется до 2 % сахара, что составляет примерно 20 тыс. т на 1 млн. т переработанного сахара-сырца. В производстве сахара-песка из тростникового сахара-сырца расходуется 18 – 23 % условного топлива и до 10 % известнякового камня к массе сахара. На свеклосахарном заводе, перерабатывающем в среднем 500 т сахара-сырца в сутки, занято до 600 рабочих. Такая технология является затратной и необходимо искать новые, экономичные пути переработки тростникового сахара-сырца в сахар-песок, минуя дорогостоящую стадию перекристаллизации. Например, получать из него высококонцентрированные пищевые сиропы.

Недостатком сахарной промышленности является ее монофункциональность, т.е. ориентированность на выработку только кристаллического сахара, что препятствует прогрессу в технологии и оборудовании, создаются условия текучести кадров. Многие ценные продукты сахарной свеклы (кроме кристаллического сахара), такие как пектин, аминокислоты, бетаин, не извлекаются и безвозвратно теряются. Отходы производства (мелассу и сырой) жом на сахарном заводе можно перерабатывать в межсезонный период в этиловый спирт, дрожжи, полноценные сбалансированные корма для животных, а фильтрационный осадок превращать в удобрения для сельского хозяйства и в строительные материалы и др.

Аналогично сахарной свекле на сахарных заводах перерабатывают и тростниковый сахар-сырец, который содержит, кроме инвертного сахара (0,4 – 0,8 %), еще и органические кислоты, микроэлементы и другие продукты, которые также безвозвратно теряются при жесткой углекислотной очистке клеровки сахара-сырца.

Кроме того, тростниковый сахар-сырец, поступающий на российские сахарные заводы, или на заводах производящих его, подвергается многомесячному хранению в не приспособленных складах. При этом, в результате химических и биохимических реакций теряется значительное количество сахара. А при хранении сахара-сырца или сахара-песка в силосах, вместимостью 10 тыс. т сахара и более, затрачиваются большие средства на его вентилирование кондиционированным воздухом, обогрев стен силосов, кондиционирование сахара-песка перед подачей в силосы, часть кристаллов истирается в пыль. Чтобы снизить эти потери необходимо искать менее затратные пути хранения сахара.

Для решения указанных вопросов нами было предложено для хранения сахара в силосах использовать инертные газы. Это позволит во время хранения исключить кондиционирование, вентилирование и другие операции с сахаром, а таким образом уменьшить материальные затраты на хранение. Тростниковый сахар-сырец можно не подвергать известково-углекислотной очистке и перекристаллизации, а получать из него концентрированные пищевые сиропы, сохраняя инвертный сахар и другие компоненты, полезные для организма человека.

По результатам исследований была поставлена задача и сформулированы рекомендации. Диссертация направлена на поиск и обоснование интенсификации производственных процессов, обеспечивающих снижение себестоимости товарной продукции, уменьшение потерь сахара при переработке тростникового сахара-сырца и является актуальной для дальнейшего развития производства товарного сахара, в том числе и в Республике Судан.

Актуальность данной работы подтверждена включением ее в план научных исследований на кафедре технологии сахаристых, кондитерских и пищевкусовых производств МГУПП в рамках программы Министерства промышленности и науки РФ по государственному контракту № 45.055.11.2552 от 05.02.2002 г.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы - научное и экспериментальное обоснование новой технологии длительного хранения сахара в инертных средах и получение качественных сахарных сиропов из тростникового сахара-сырца без перекристаллизации. Для достижения поставленной задачи потребовалось:

исследование химических и физико-химических свойств тростникового сахара-сырца, в том числе влияние микрофлоры на сахар при длительном хранении его в инертных средах;

анализ технологических свойств новых видов адсорбентов для обесцвечивания растворов сахара-сырца;

разработка экономичной технологии длительного хранения сахара пищевых сиропов с меньшим расходом адсорбентов, а также создания технологической схемы.

Научная новизна работы. В результате проведенных комплексных исследований разработаны условия длительного хранения сахара в инертной среде, в которой полностью подавляется развитие микроорганизмов и изменение влажности сахара. Установлены физико-химические свойства тростникового сахара-сырца. Изучена характеристика и технологические свойства некоторых, наиболее перспективных видов адсорбентов.

Разработаны новые технологические режимы удаления несахаров из растворов сахара-сырца: в потоке, путем комбинирования нескольких адсорбентов и дробного использования их с предварительным удалением взвешенных примесей из сиропа, а также путем коагуляции несахаров.

Предложен новый режим получения кристаллического сахара из сахара-сырца без растворения его кристаллов, и концентрированных пищевых сиропов, включающий адсорбционную очистку их уменьшенным количеством адсорбентов.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований для практического применения в промышленности сформулированы следующие предложения.

Разработана технология экономного хранения сахара различной влажности в инертной среде, обеспечивающей полное подавление жизнедеятельности вредных микроорганизмов, таких как Leuconostok mesenteroides и другие. При этом сохраняется полная сыпучесть сахара, уменьшаются энергозатраты на его проветривание, при этом резко снижаются истирание кристаллов сахара и исключается опасность взрыва сахарной пыли.

Определена технологическая характеристика нескольких, наиболее эффективных гранулированных адсорбентов.

Разработаны способы очистки растворов сахара-сырца адсорбентами, такие как способ обесцвечивания сиропов с предварительным сложным фильтрованием их; способ обесцвечивания с дробным расходованием адсорбента; способ осаждения полимеров и веществ коллоидной дисперсности коагуляцией, способ получения сиропов, свободных от микроорганизмов.

На основе результатов исследования предложены новые технологическая схема и технологический режим получения сахара-песка и концентрированных сиропов из сахара-сырца с максимально возможным извлечением сахарозы из исходного сырья - без перекристаллизации.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано семь статей и сделано два доклада на V и VI Международных научно-практических конференциях «Сахар-2005» и «Сахар-2006» в 2005 и 2006 гг.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает: введение, критический обзор литературы по исследуемой тематике (глава 1), применявшиеся в работе методы исследования (глава 2), результаты исследования и их анализ (глава 3 и 4), выводы и рекомендации работникам промышленности, список использованной литературы (122 наименования, из них 76 на русском языке). Текст диссертации иллюстрирован 26 рисунками и 32 таблицами.

Работа выполнена в соответствии с индивидуальным планом очного обучения в аспирантуре Московского государственного университета пищевых производств, на кафедре технологии сахарного, кондитерского и пищевкусовых производств (125080, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении описано современное состояние производства сахара в мире обоснована актуальность темы диссертации, ее цель и задачи исследования, указаны новизна и практическое значение работы.

Глава 1. Сахарное производство в России и в мире. Сырье и его переработка. Сахар-сырец, сахар-песок, пищевые сиропы. Бестарное хранение сахара

В главе 1 дан критический анализ имеющихся публикаций по теме диссертации. Проанализированы состав сахара-сырца из разных климатических зон, предъявляемые претензии к его качеству, применяемая технология переработки сахарного тростника в сахар-сырец, условия длительного хранения сахара-сырца. Дан критический анализ имеющихся способов переработки сахара-сырца в товарный сахар.

В конце главы изложен критический анализ применяемых технологий хранения сахара-сырца и его переработки и сформулированы выводы по проведению собственных исследований.

Глава 2. методы анализа, применявшиеся в диссертации

В этой главе кратко изложены методы анализа, применявшиеся в работе, такие как изменение цветности на прецезионном фотоколориметре, определение РВ по Мюллеру, дробное применение адсорбентов, количественные определения отдельных групп красящих веществ на спектрофотометре, определение фильтрационных показателей сиропа, измерение вязкости и другие методы.

Глава 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДЛИТЕЛЬНОГО БЕСТАРНОГО ХРАНЕНИЯ САХАРА

Были исследованы условия кондиционирования сахара-песка перед длительным хранением его на экспериментальной установке. Определялись влажность и температура кондиционирования сахара на входе и на выходе из аппарата (рис. 1 а, б.). В кондиционер сахар поступал влажностью 0,12-0,15 % и температурой 45-47 0С, а выходил влажностью 0,07 % и температурой 28-30 0С.

Рис.1а. Изменение влажности сахара при кондиционировании сахара осушенным и очищенным воздухом. Общая влажность: 1 – на входе в кондиционер; 2 – на выходе из кондиционера сахара. Поверхностная влажность; 3 – на входе в кондиционер; 4 – на выходе из кондиционера

Рис. 1б. изменение температуры сахара (0С) при кондиционировании: 1 – на входе в аппарат; 2 – на выходе из аппарата

В результате опытов установлено, что в среднем на 1 кг сахара приходится 0,8 г воды или 0,08%. А на 1000 т сахара это будет уже 800 кг воды. Следовательно в силосе вместимостью 10000 т при хранении некондиционированного сахара будет выделяться на его поверхности около 8 т связанной влаги, что приведет к цементированию массы кристаллического сахара и росту микроорганизмов.

Учитывая, что по данным проф. Ермолаевой, в кристаллах размером менее 0,25 мм удельная площадь поверхности примерно в 4 раза больше, чем в кристаллах размером 0,5 мм, мелкие кристаллы следует отсеивать перед загрузкой сахара в силосы, чтобы уменьшить количество примесей. Масса мелкой фракции в общем сахаре обычно не превышает 8-10%

Хранение сахара в инертной среде. В литературе приведены многочисленные опыты по хранению зерна в инертной среде (азоте, диоксиде углерода). В этих условиях, несмотря на повышенную влажность зерна, жизнедеятельность микроорганизмов подавлялась, и продукт сохранялся без ухудшения качества. Мы распространили эти опыты на хранение сахара. Для этого брали две чистые пластиковые бутылки вместимостью по 2 дм3, помещали в них сахар-сырец, 5 мин продували через него азот, герметизировали бутылки и хранили 4 мес., периодически продувая через сахар азот. Обсемененность микроорганизмами после хранения представлена в табл.1.

Таблица 1

Микроорганизмы	Обсемененность тростникового сахара-сырца, число микроорганизмов на 10 г сахара через
	1 мес	2 мес	3 мес	4 мес
Мезофилы	4200	2700	1400	270
Термофилы	1150	750	480	130
Плесневые грибы	1580	2300	520	160
Слизеобразующие мезофилы	1170	2800	1850	620

Из результатов опытов видно, что через 4 мес жизнедеятельность микроорганизмов была почти полностью подавлена. В этих условиях можно резко снизить потери сахара, так как реакции разложения сахара ингибируются, исключается его истирание при пересыхании, экономится электроэнергия.

Хранение сахара в присутствии ингибиторов. Были проведены опыты длительного хранения сахара, аффированного 3% -ной смесью карбоната натрия и сульфата калия (по 1,5%) в отапливаемом и не отапливаемом помещениях (табл.2). Продолжительность хранения 8 мес.

При хранении сахара-сырца в течении 8 месяцев без какой-либо обработки потери сахара были довольно высокие. А если промывать сахар перед хранением сульфитами, насыщенными сахарным раствором, то потери сокращаются в 3-3,5 раза. Цветность сахара при хранении без сульфитов увеличилась на 4,5, а сульфатами на 20%. Содержание редуцирующих веществ в промышленном сахаре почти не изменилось.

Таблица 2

Показатели тростникового сахара-сырца	Показатели сахара-сырца перед хранением	Результаты хранения тростникового сахара-сырца в течение 8 мес, в помещении
		не отапливаемом				отапливаемом
		без обработки	промытого 3%-ным раствором		с добавлением 0,2% KHSO3	без обработки	промытого 3%-ным раствором		с добавлением 0,2% KHSO3
			Na2CO3	Na2CO3 + KHSO3			Na2CO3	Na2CO3 + KHSO3
Сахароза поляриметрически, %	97,4	94,6	96,6	96,7	96,9	96,0	96,9	97,0	97,1
Влажность, %	0,62	1,06	0,91	0,85	0,84	0,91	0,60	0,63	0,55
Значение рН	6,65	5,4	5,85	5,80	5,9	5,8	5,75	5,74	5,78
Цветность, усл.ед.	25	42,5	34	35	32	36,2	33,2	31,0	30
Содержание: редуцирующих веществ, %	0,62	1,51	0,80	0,82	0,80	0,98	0,72	0,70	0,68
азота общего, %	0,02	0,04	0,02	0,023	0,025	0,028	0,024	0,030	0,028
аминокислот в 100 г СВ, мг-экв	1,3	1,88	1,3	1,4	1,4	2,0	1,5	1,8	1,75
ВКД, %	1,0	1,90	1,2	1,2	1,3	1,75	1,0	1,1	1,2
золы углекислой, %	0,38	0,43	0,38	0,40	0,39	0,45	0,39	0,38	0,38
Содержание красящих веществ в 100 г СВ, мг: всего	540	850	620	640	670	740	622	684	664
продуктов распада инвертного сахара	440	720	530	540	570	620	530	580	560
меланоидинов	70	100	70	80	74	90	72	81	82
продуктов карамелизации сахаров	20	30	20	20	25	30	20	23	22