Спосіб одержання дифузійного соку з цукрових буряків

Изобретение относится к технологиям производства сахара, а именно к способам получения диффузионного сока из сахарной свеклы. Основной проблемой при производстве сахара из сахарной свеклы является необходимость очистки диффузионного сока известью и углекислым газом - СО2. Производство извести путем обжига известняка требует высоких энергозатрат, к тому же сырьевые запасы высокосортного известняка в Украине истощены. Наряду с этим продукты сгорания при получении углекислого газа и известковые отходы наносят ущерб окружающей среде. Все это требует поиска новых перспективных те хнологий в производстве сахара. Известен способ получения диффузионного сока из сахарной свеклы, в котором экстрагирование сахара из свекловичной стружки осуществляется водой при температуре 70°С (см. Силин П.М. Те хнология сахара. М., "Пище вая промышленность", 1967, С. 147-148). Недостатком известного способа является его высокая энергоемкость и необходимость использования экологически "грязных" веществ, а также низкое качество получаемого продукта, что обусловлено переходом в диффузионный сок из стружки до 30% белка, более половины азотистых веществ и золы, около 0,1 % пектиновых веществ. Это снижает качество диффузионного сока и приводит к необходимости его очистки известью и углекислым газом. Также известны способы получения диффузионного сока из сахарной свеклы без использования извести и двуокиси углерода. Так, например, известный способ получения диффузионного сока из сахарной свеклы, принятый в качестве прототипа, включает нагрев свекловичной стружки и экстрагирование из нее сахара в поле постоянного электрического тока (см. авт.свид. СССР № 854984, М.кл. С 13 D 1/00, опубл. 15.08.81 г.), Указанный способ позволяет получить достаточно чистый диффузионный сок, не требующий дополнительной обработки известью и углекислым газом. Однако при реализации известного способа в условиях промышленных испытаний были отмечены такие недостатки, как относительно невысокая доброкачественность диффузионного сока и снижение в нем содержания сахара, связанные с потерями сахара в результате разложения сахарозы и переходом в диффузионный сок части несахаров. Причины, обуславливающие указанные недостатки, состоят в следующем. Предварительную обработку свекловичной стружки осуществляют путем ее нагрева ошпариванием острым паром. Такой способ нагрева не позволяет равномерно нагревать слои стружки без существенного перегрева внешних слоев обрабатываемого сырья, что ведет к активному переходу скоагулировавши хся белков в сок и ухудшению качества сока. При последующем пропускании электрического тока через клеточную ткань ее температура повышается и, под действием электрического поля и высокой температуры происходит денатурация белков. При этом в ранее перегретых клетках увеличивается гидролиз протопектина и происходит набухание полисахаридов оболочки клетки, снижающее ее проницаемость. В результате ухудшается процесс диффузии, что приводит к потерям сахара в диффузионном соке. Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения диффузионного сока из сахарной свеклы, обеспечивающего улучшение качества диффузионного сока, путем повышения его добротности и увеличения содержания сахара. Для решения поставленной задачи в известном способе получения диффузионного сока из сахарной, свеклы, включающем нагрев свекловичной стружки и экстрагирование из нее сахара в поле постоянного тока, согласно изобретению, свекловичную стружку нагревают энергией СВЧ-поля до температуры 45-70°С, а экстрагирование ведут при напряженности электрического поля 2-12 В/см. При нагреве свекловичной стружки энергией СВЧ-поля "происходит ее разогрев одновременно во всем объеме, ограниченном глубиной проникновения электромагнитной волны заданной частоты. При этом нагрев обеспечивается за счет релаксационных колебаний дипольных молекул воды, в результате чего вода нагревается и создает в вакуоли клетки избыточное давление, приводящее к разрушению оболочки вакуоли. В то же время первичная и вторичная оболочки клетки, состоящие из микрофибрилл гемицеллюлозы, пронизывающих матрикс, не подвергаются нагреву, в связи с особенностью их молекулярной структуры. Эта особенность заключается в том, что, поскольку цепи молекул полисахаридов матрикса имеют большую протяженность, они не подвержены релаксационным процессам в СВЧ-поле. Поэтому разрыв связей между гемицеллюлозой клеточного каркаса и пектиновыми веществами, а также между пектиновыми веществами и экстенсивном не происходит. Следовательно количество несахаров, переходящих в диффузионный сок после обработки измельченного растительного сырья энергией СВЧ-поля, уменьшается на 25-28% по сравнению с их количеством, перешедшим в диффузионный сок при известном способе нагрева свекловичной стружки горячим паром. Таким образом обеспечивается агрегация внутриклеточного содержимого клетки и удерживание с коагулировавшихся несахаров внутри нее. Это позволяет получить диффузионный сок высокой доброкачественности при приложении электрического поля постоянного тока минимальной напряженности, начиная с 2 В/см. При этом наиболее эффективно плазмолиз происходит при воздействии энергии СВЧ-поля в интервале температур 45-70°С. При нагреве свекловичной стружки энергией СВЧ-поля до температуры ниже 45°С процесс разрушения клеточных вакуолей не происходит ввиду незначительной величины избыточного давления, создаваемого в клетках обрабатываемого растительного сырья. При превышении температуры растительного сырья свыше 70°С происходит деструктивное изменение растительных клеток, приводящее к уменьшению выхода сахара и ухудшению качества диффузионного сока при экстрагировании сахарозы. Таким образом в результате обработки свекловичной стружки энергией СВЧ-поля в указанном интервале температур (45-70°С) обеспечивается полное разрушение клеточных вакуолей и соответственно возможность максимального удаления сахара из клеток растительного сырья. Это позволяет вести экстрагирование при напряженности электрического поля 2-12 В/см. Проведение процесса экстрагирования в поле постоянного тока напряженностью менее 2 В/см не позволяет обеспечить достаточную степень доброкачественности диффузионного сока, а превышение напряженности поля свыше 12 В/см приводит к нерациональному увеличению расхода электроэнергии при незначительном росте доброкачественности диффузионного сока. Таким образом заявляемый способ получения диффузионного сока из сахарной Однако при реализации известного способа в условиях промышленных испытаний были отмечены такие недостатки, как относительно невысокая доброкачественность диффузионного сока и снижение в нем содержания сахара, связанные с потерями сахара в результате разложения сахарозы и переходом в диффузионный сок части несахаров. Причины, обуславливающие указанные недостатки, состоят в следующем. Предварительную обработку свекловичной стружки осуществляют путем ее нагрева ошпариванием острым паром. Такой способ нагрева не позволяет равномерно нагревать слои стружки без существенного перегрева внешних слоев обрабатываемого сырья, что ведет к активному переходу скоагулировавши хся белков в сок и ухудшению качества сока. При последующем пропускании электрического тока через клеточную ткань ее температура повышается и, под действием электрического поля и высокой температуры происходит денатурация белков. При этом в ранее перегретых клетках увеличивается гидролиз протопектина и происходит набухание полисахаридов оболочки клетки, снижающее ее проницаемость. В результате ухудшается процесс диффузии, что приводит к потерям сахара в диффузионном соке. Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения диффузионного сока из сахарной свеклы, обеспечивающего улучшение качества диффузионного сока, путем повышения его добротности и увеличения содержания сахара. Для решения поставленной задачи в известном способе получения диффузионного сока из сахарной, свеклы, включающем нагрев свекловичной стружки и экстрагирование из нее сахара в поле постоянного тока, согласно изобретению, свекловичную стружку нагревают энергией СВЧ-поля до температуры 45-70°С, а экстрагирование ведут при напряженности электрического поля 2-12 В/см. При нагреве свекловичной стружки энергией СВЧ-поля происходит ее разогрев одновременно во всем объеме, ограниченном глубиной проникновения электромагнитной волны заданной частоты. При этом нагрев обеспечивается за счет релаксационных колебаний дипольных молекул воды, в результате чего вода нагревается и создает в вакуоли клетки избыточное давление, приводящее к разрушению оболочки вакуоли. В то же время первичная и вторичная оболочки клетки, состоящие из микрофибрилл гемицеллюлозы, пронизывающих матрикс, не подвергаются нагреву, в связи с особенностью их молекулярной структуры. Эта особенность заключается в том, что, поскольку цепи молекул полисахаридов матрикса имеют большую протяженность, они не подвержены релаксационным процессам в СВЧ-поле. Поэтому разрыв связей между гемицеллюлозой клеточного каркаса и пектиновыми веществами, а также между пектиновыми веществами и экстенсивном не происходит. Следовательно количество несахаров, переходящих в диффузионный сок после обработки измельченного растительного сырья энергией СВЧ-поля, уменьшается на 25-28% по сравнению с их количеством, перешедшим в диффузионный сок при известном способе нагрева свекловичной стружки горячим паром. Таким образом обеспечивается агрегация внутриклеточного содержимого клетки и удерживание скоагулировавшихся несахаров вн утри нее. Это позволяет получить диффузионный сок высокой доброкачественности при приложении электрического поля постоянного тока минимальной напряженности, начиная с 2 В/см. При этом наиболее эффективно плазмолиз происходит при воздействии энергии СВЧ-поля в интервале температур 45-70°С. При нагреве свекловичной стружки энергией СВЧ-поля до температуры ниже 45°С процесс разрушения клеточных вакуолей не происходит ввиду незначительной величины избыточного давления, создаваемого в клетках обрабатываемого растительного сырья. При превышении температуры растительного сырья свыше 70°С происходит деструктивное изменение растительных клеток, приводящее к уменьшению выхода сахара и ухудшению качества диффузионного сока при экстрагировании сахарозы. Таким образом в результате обработки свекловичной стружки энергией СВЧ-поля в указанном интервале температур (45-70°С) обеспечивается полное разрушение клеточных вакуолей и соответственно возможность максимального удаления сахара из клеток растительного сырья. Это позволяет вести экстрагирование при напряженности электрического поля 2-12 В/см. Проведение процесса экстрагирования в поле постоянного тока напряженностью менее 2 В /см не позволяет обеспечить достаточную степень доброкачественности диффузионного сока, а превышение напряженности поля свыше 12 В/см приводит к нерациональному увеличению расхода электроэнергии при незначительном росте доброкачественности диффузионного сока. Таким образом заявляемый способ получения диффузионного сока из сахарной свеклы, путем нагрева свекловичной стружки энергией СВЧ-поля до температуры 45-70°С с последующим экстрагированием из нее сахара в поле постоянного электрического тока напряженностью 2-12 В/см, позволяет повысить содержание сахара в получаемом диффузионном соке с одновременным увеличением его доброкачественности. Для подтверждения достижения указанного технического эффекта была проведена серия экспериментов по получению диффузионного сока при указанных выше параметрах способа. Заявленный способ осуществляли с помощью установки, блок-схема которой изображена на чертеже. Очищенную свеклу подавали на узел мойки 1, откуда ленточным транспортером 2 свеклу перемещали в бункер-накопитель 3. Из бункера 3 свекла поступала в свеклорезку 4 производительностью 200 кг/ч. Полученная свекловичная стружка подавалась в резонатор В, оборудованный устройством дозирования стружки и волноводной системой, обеспечивающей подвод энергии СВЧ-поля от генератора СВЧ мощностью 5 кВт. Далее нагретая свекловичная стружка поступала в электродиффузионный аппарат 6, обеспечивающий получение диффузионного сока. В электродиффузионном аппарате 6 осуществлялось экстрагирование сахарозы из свекловичной стружки в поле постоянного электрического тока напряженностью 2-12 В/см. Затем диффузионный сок отделяли от жома: дом отводился в накопитель (на блок-схеме не показан), а сок - в сокосборник 7. Очищенный диффузионный сок подавался в блок 8 доочистки и фильтрации сока, где в качестве адсорбента в сок вводили активированный уголь. Далее сок подавали в выпариватель 9, в котором сок сгущался до получения утфеля и начала процесса кристаллизации. Из выпаривателя 9 полученный утфель подавали на центрифугу 10 для отделения сиропа и получения сухого оста тка в виде сахара-песка. Полученный сахар-песок направляли на окончательную просушку в блок 11, после обработки в котором получали кондиционный продукт. Пример 1. Способ получения диффузионного сока из сахарной свеклы осуществляют следующим образом. Сахарную свеклу с содержанием сахарозы 17,4% в количестве 200 кг подают на узел мойки и далее, через бункер-накопитель на свеклорезку, где производится измельчение свеклы до получения свекловичной стружки. Стружку подают в резонатор, в котором она подвергается нагреву энергией СВЧ-поля при мощности генератора 5 кВт в течение 60 мин. При этом обеспечивается равномерный нагрев стружки до температуры 55°С. Далее нагретая свекловичная стружка поступает в электродиффузионный аппарат, в котором через стружку, находящуюся в поле постоянного электрического тока напряженностью 6 В/см, прокачивают воду, нагретую до температуры 60°С со скоростью 4,0 л/мин, что позволяет поддерживать заданный температурный режим процесса экстрагирования сахарозы из диффузионного сока в течение 50 мин. В результате проведения процесса экстракции сахара из свекловичной стружки был получен диффузионный сок со следующими показателями: - доброкачественность диффузионного сока, % -98,5; - количество коллоидных веществ в % на 100 г сухи х веществ - 0,86; - содержание сахара в диффузионном соке, % -15,49. Пример 2. Способ выполняют аналогично примеру 1. Сахарную свеклу с содержанием сахарозы 17,4% в количестве 200 кг измельчают до получения свекловичной стружки. Стружку подают в резонатор, в котором она подвергается воздействию СВЧ-поля при мощности генератора 7,5 кВт в течение 60 мин. При этом обеспечивается нагрев стружки до 70°С. Далее обработанная свекловичная стружка поступает в электродиффузионный аппарата, в котором через стружку, находящуюся в поле постоянного электрического тока напряженностью 2 В/см, прокачивают воду, нагретую до температуры 70°С со скоростью 4 л/мин, что позволяет поддерживать заданную температуру процесса экстрагирования сахарозы из диффузионного сока в течение 50 мин. В результате проведения процесса экстракции сахара из свекловичной стружки был получен диффузионный сок со следующими показателями: -доброкачественность сока, % -96,8%; - количество коллоидных веществ на 100 г сухих ве ществ, % -1,05; - содержание сахара в диффузионном соке, % -15,42. Пример 3. Способ получения диффузионного сока осуществляют аналогично примеру 1. Сахарную свеклу с содержанием сахара 17,4% в количестве 200 кг измельчают до получения свекловичной стружки. Стружку подают в резонатор, в котором она подвергается воздействию энергии СВЧполя при мощности генератора 5 кВт в течение 60 м.ин. При этом обеспечивается нагрев стружки до температуры 55°С. Далее обработанная свекловичная стружка поступает в электродиффузионный аппарат, в котором через стружку, находящуюся в поле постоянного электрического тока напряженностью 12 В/см прокачивают воду, нагретую до температуры 65°С со скоростью 4 л/мин, что позволяет поддерживать заданный температурный режим процесса экстрагирования сахарозы из диффузионного сока в течение 50 мин. В результате проведения процесса экстракции сахара из свекловичной стружки был получен диффузионный сок следующей характеристики: - доброкачественность сока составила -98,6%; - количество коллоидных ве ществ на 100 г сухи х веществ - 0 ,74%; - содержание сахара в диффузионном соке- 15,46% Пример 4, Способ получения диффузионного сока из сахарной свеклы осуществляют следующим образом. Сахарную свеклу с содержанием сахарозы 17,4% в количестве 200 кг подают на узел мойки и далее, через бункер-накопитель, на свеклорезку, где производится измельчение свеклы до получения свекловичной стружки. Стружку подают в резонатор, в котором она подвергается нагреву энергией СВЧ-поля при помощи генератора мощностью 5 кВт в течение 50 мин. При этом обеспечивается равномерный нагрев стружки до температуры 45°С. Далее нагретая свекловичная стружка поступает в электродиффузионный аппарат, в котором через стружку, находящуюся в поле постоянного электрического тока, напряженностью 2 В/см прокачивают воду, нагретую до температуры 47,5°С со скоростью 4,0 л/мин, что позволяет поддерживать заданный температурный режим процесса экстрагирования сахарозы из диффузионного сока в течение 50 мин. В результате проведения процесса экстракции сахара из свекловичной стружки был получен диффузионный сок со следующими показателями: - доброкачественность диффузионного сока. % - 98,4; - количество коллоидных ве ществ в % на 100 г сухи х ве ществ - 0.86: - содержание сахара в соке, % - 15,1. Пример 5-10, Выполняются в соответствии с те хнологическими операциями, указанными в примерах 1-4. Данные проведенных испытаний приведены в таблице 1. Пример 11,12. С целью получения сопоставимых данных, характеризующихся объект, принятый в качестве прототипа, заявителем проведены дополнительные эксперименты по получению результатов от использования известного способа получения диффузионного сока в условиях промышленных испытаний. Испытания осуществляли на оборудовании и сырье заявителя, аналогичном используемому в примерах 1-10. Полученные данные отражены в примерах 11,12, включенных в таблицу 1. Пример 11. Сахарную свеклу с содержанием сахарозы 17,4% в количестве 200 кг измельчали до получения свекловичной стружки. Затем свекловичную стружку нагревали острым паром, после чего ее направляли в электродиффузионный аппарат, в котором через стружку, находящуюся в поле постоянного электрического тока напряженностью 30 В/см, прокачивали воду, нагретую до температуры 5°С со скоростью 4 л/мин, что позволило поддерживать заданную температуру процесса экстрагирования сахарозы из диффузионного сока в течение 60 мин, В результате проведения процесса экстрагирования сахара из свекловичной стружки был получен диффузионный сок со следующими показателями: -доброкачественность сока, % -89,1; - количество коллоидных веществ на 100 г сухих ве ществ, % - 4,208; - содержание сахара в соке, % -14,9. Пример 12. Сахарную свеклу с содержанием сахарозы 17,4% в количестве 200 кг измельчали до получения свекловичной стружки. Затем нагретую паром стружку обрабатывали в электродиффузионном аппарате при напряженности электрического поля постоянного тока - 40 В/см. При этом температуру экстрагирования поддерживали на уровне 75°С за счет прокачивания нагретой воды в течение 50 мин. В результате экстрагирования свекловичной стружки получили диффузионный сок со следующими показателями: - доброкачественность сока, % - 89,5; - количество коллоидных веществ на 100 г сухих ве ществ -4 ,102%; - содержание сахара в соке, % -15,2. Некоторое снижение показателя доброкачественности сока (89,1-89,5%), отмеченное в произведенных испытаниях, согласно примера 11,12, по сравнению с показателем доброкачественной сока (98,0-98,6%), указанным в описании способа-прототипа по авт.свид. СССР № 854984, обусловлено тем, что результаты, достигнутые в объекте-прототипе, получены в лабораторных условия х на образце свекловичной стружки массой 1 кг. Соответственно небольшие размеры камеры электродиффузионного аппарата - 2x10x50 см, позволяют достичь максимально возможной равномерности пространственного распределения приложенного электрического поля. В условиях реализации заявляемого способа, приближенных к промышленными мощностям - 200 кг/ч обрабатываемого сырья и более - пространственное распределение напряженности электрического поля имеет переменный градиент в объеме камеры электродиффузионного аппарата. Это приводит к местным перегревам стружки и соответственно к заметному снижению доброкачественности получаемого диффузионного сока. Как видно из примеров, приведенных в таблице 1, доброкачественность диффузионного сока и содержание в нем сахара при оптимальном сочетании мощности приложенного СВЧ-поля и величины напряженности поля постоянного электрического тока в предложенном способе выше, чем в способепрототипе.