Удосконалення технології вилучення цукрози з бурякової сировини
Розгляд теоретичних питань, пов'язаних зі здійсненням процесів подрібнення бурякової сировини та екстрагування. Розробка ефективного способу вилучення цукрози сировини, подрібненої до мезги. Розробка варіантів апаратурного оформлення даної технології.
Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
Вид | автореферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 29.09.2014 |
Размер файла | 50,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національний університет харчових технологій
УДК 664.1.034
Спеціальність: 05.18.05 _ технологія цукристих речовин
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Удосконалення технології вилучення цукрози з бурякової сировини
Паламарчук Наталія Іванівна
Київ - 2007
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Ліпєц Антон Адамович, Національний університет харчових технологій, професор кафедри технології цукристих речовин.
Офіційні опоненти:
- доктор технічних наук, старший науковий співробітник Чернявська Людмила Іванівна, Український науково-дослідний інститут цукрової промисловості, завідувач відділом сировини, контролю і обліку виробництва, старший науковий співробітник;
- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Богданов Єгор Серафимович, Національний університет харчових технологій, старший викладач кафедри охорони праці та цивільної оборони.
Провідна установа: Інститут харчової хімії та технології НАН України (м. Київ).
Захист відбудеться "24" квітня 2007 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.058.04 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська 68, аудиторія А-311.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська 68.
Автореферат розіслано "23" березня 2007 року.
Учений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н. Літвинчук С.І.
Загальна характеристика дисертаційної роботи
Актуальність теми. Цукрова промисловість України має стратегічне значення у забезпеченні споживчого ринку та стабільності роботи підприємств харчової промисловості. Першочерговим завданням галузі є збільшення виробництва цукру за рахунок підвищення його виходу при раціональному використані сировини та паливно-енергетичних ресурсів. Це завдання може бути вирішене за рахунок технічного переоснащення галузі, вдосконалення існуючих і впровадження нових прогресивних технологічних процесів.
Одним з напрямів підвищення ефективності цукрового виробництва є інтенсифікація процесу вилучення цукрози і одночасного очищення соку в процесі його отримання. Існуючий спосіб вилучення цукрози з бурякової стружки має ряд недоліків, а саме: тривалий час екстрагування 90-120 хв.; значні втрати цукрози від ферментативного розкладу, кислотного каталізу і розкладу внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів; високі відкачки дифузійного соку, які призводять до збільшення витрат енергоресурсів при випарюванні соків; необхідність отримання бурякової стружки відповідної якості для різних типів дифузійних установок; чутливість до низької якості цукрових буряків, що порушує процес екстрагування, металоємкість та енергоємкість дифузійних установок. Теоретичні основи процесу вилучення цукрози з бурякової сировини, закладені в працях П.М. Сіліна, П.В. Головіна, С.Ф. Дронова, С.Ф. Жигалова, Г.Оплатки та інших, дають основу для розроблення теоретичних та практичних заходів інтенсифікації процесу вилучення цукрози з буряків.
Тому удосконалення технології вилучення цукрози із бурякової сировини, яка б дозволила підвищити якісні показники соку, зменшити втрати цукрози, покращити технологічні і економічні показники виробництва є актуальним завданням і має важливе значення для цукрової промисловості.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складовою частиною плану кафедральної держбюджетної науково-дослідної тематики "Розроблення, удосконалення, інтенсифікація та оптимізація технологічних процесів, апаратурного оформлення у цукровому та крохмалепатоковому виробництві".
Робота виконувалась у відповідності з розділом 6 "Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та аграрно-промисловому комплексі" Закону України "Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки".
Особистий внесок автора полягає у розробці методик проведення лабораторних та промислових досліджень, аналізі та узагальненні отриманих результатів.
Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягає в удосконаленні технології вилучення цукрози з бурякової сировини, за рахунок комплексного використання фізико-хімічних способів, яка б звела до мінімуму недоліки екстракційного способу вилучення цукрози з бурякової стружки та привела б до покращення якісних показників отриманих соків, зменшення витрат паливно-енергетичних ресурсів.
Відповідно до поставленої мети були сформульовані такі завдання досліджень:
- розглянути теоретичні питання, пов'язані зі здійсненням процесів подрібнення бурякової сировини та екстрагування;
- визначити основні чинники впливу на перебіг процесів вилучення цукрози під час подрібнення та екстрагування;
- розробити методики досліджень та розрахункові співвідношення до опису технологічних процесів, що розглядаються;
- визначити критерії ефективності досліджуваних процесів;
- розробити ефективний спосіб знецукрення подрібненої бурякової сировини;
- отримати на основі експериментальних досліджень дані щодо впливу факторів попереднього термічного і хімічного оброблення бурякової стружки на перебіг процесів її подальшого подрібнення та вилучення цукрози, якісних характеристик отриманих соків;
- визначити оптимальні технологічні параметри технології вилучення цукрози з бурякової сировини, подрібненої до мезги;
- розробити варіанти апаратурного оформлення удосконаленої технології вилучення цукрози з бурякової сировини, подрібненої до мезги;
- розробити ефективний спосіб перероблення бурякових уламків на цукрових заводах, провести промислові випробування, обґрунтувати економічну ефективність способу.
Об'єкт дослідження - технологія вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді стружки, мезги.
Предмет дослідження - бурякова стружка, мезга, екстракт, очищений сік, живильна вода, коагулянт сульфат алюмінію.
Методи дослідження - традиційні та спеціальні фізико-хімічні методи контролю у бурякоцукровому виробництві, методи оптимізації та математичної обробки експериментальних даних.
Наукова новизна одержаних результатів.
Науково обґрунтована та експериментально підтверджена ефективність вилучення цукрози з бурякової сировини, подрібненої до мезги.
Вперше методом експериментально-статистичного моделювання розроблені математичні моделі та їх графічні інтерпретації, за допомогою яких можна здійснювати вибір оптимальних параметрів технологічного процесу вилучення цукрози з бурякової сировини, подрібненої до мезги.
Вперше встановлено доцільність термічного і хімічного оброблення бурякової стружки перед її подрібненням до мезги з наступним вилученням цукрози.
Доповнено дані щодо залежності коефіцієнта дифузії цукрози різних розмірів бурякової тканини від тривалості екстрагування.
Вперше визначені оптимальні режими термічного та хімічного оброблення бурякової сировини різної технологічної якості.
Встановлено ефективність використання нової технології вилучення цукрози з бурякової сировини, подрібненої до мезги, для перероблення уламків та хвостиків буряків на цукрових заводах.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблена нова технологія вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги з використанням живильної води обробленої сульфатом алюмінію. Одержані вихідні дані та розроблена технологічна схема вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги, яка передбачає механічне подрібнення до мезги термічно і хімічно обробленої бурякової стружки, вимивання цукрози живильною водою, обробленою коагулянтом сульфатом алюмінію, на шнекових горизонтальних центрифугах або ситових апаратах з наступним сушінням і брикетуванням жому. Це дозволяє використовувати розроблену технологію як експрес-спосіб вилучення цукрози з бурякової сировини, як спосіб окремого перероблення хвостиків та уламків буряків на сучасних цукрових заводах, як спосіб вилучення цукрози на цукрових міні-заводах (патент України №38487 А).
Показана практична можливість підвищення економічних показників при вилученні цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги завдяки значному скороченню тривалості процесу вилучення цукрози, відсутності втрат цукрози внаслідок ферментативного розкладу, кислотного каталізу, розкладу внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів, відсутності вимог до якості бурякової стружки.
Розроблено технологічну схему роздільного перероблення хвостиків та уламків цукрових буряків. На основі дослідно-промислових випробувань способу перероблення бурякових уламків на Набутівському цукровому заводі (патент України №52119А) встановлено, що впровадження схеми роздільного перероблення бурякових уламків дозволяє покращити виробничі та економічні показники роботи цукрового заводу та зменшити негативний вплив спільного перероблення буряків та бурякових уламків на технологічні показники.
Особистий внесок здобувача. Автором особисто підібрані методики та проведені аналітичні та експериментальні дослідження, виконані опрацювання, аналіз та узагальнення отриманих експериментальних даних, розроблено математичні моделі оптимізації процесу, проведено промислові випробування та розрахунки економічних аспектів впровадження розробок.
Аналіз і узагальнення досліджень проведені спільно з науковим керівником д.т.н. проф. Ліпєц А.А. та к.т.н., доц. Гусятинською Н.А. Автор приймала активну участь в організації та проведенні дослідно-промислових випробувань, підготовці до публікацій наукових статей, розробленні способів, на які отримано 4 патенти на винаходи.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на VII Міжнародній науково-технічній конференції "Пріоритетні напрями впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання і нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення" (Київ, 2001), на Міжнародній науково-технічній конференції "Розроблення та виробництво продуктів функціонального харчування, інноваційні технології та конструювання обладнання для перероблення сільгоспсировини, культура харчування населення України" (Київ, 2003), а також на наукових конференціях молодих учених, аспірантів та студентів (м. Київ, НУХТ, 2001-2004 рр.).
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 14 друкованих праць, з них: 6 - публікації в фахових виданнях, затверджених ВАК України, 4 - тези доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях, 4 - патенти України на винахід.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п`яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Вона викладена на 137 сторінках основного тексту і містить 21 рисунок, 21 таблицю та 8 додатків. Список використаних джерел складається із 142 вітчизняних та зарубіжних назв.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету та задачі досліджень, охарактеризовано наукову та практичну цінність роботи.
У першому розділі "Аналітичний огляд способів вилучення цукрози з бурякової сировини" проаналізовано світовий і вітчизняний науково-практичний досвід вилучення цукрози з бурякової сировини. Розглянуто сучасні технологічні способи інтенсифікації процесу. Основним недоліком екстракційного способу вилучення цукрози є велика тривалість процесу, що призводить до зниження якості дифузійного соку, збільшення втрат цукрози внаслідок ферментативного розкладу, кислотного каталізу та життєдіяльності мікроорганізмів. Як наслідок, зменшується вихід товарного цукру, збільшується його вміст в мелясі. Показано, що питання практично повного вилучення цукрози з бурякової сировини залежить від ряду факторів, які характеризують якість сировини і технологічні умови її перероблення. В зв`язку з цим, задачею наших досліджень є розроблення експрес-способу вилучення цукрози з бурякової сировини, який би дозволив значно скоротити тривалість процесу вилучення цукрози та уникнути її втрат. Також великі втрати сировини і цукру разом з буряковими уламками, які складають приблизно 3-5% до маси буряків. Найперспективнішим напрямком перероблення уламків буряків є вилучення цукрози за роздільною схемою. Задачею наших досліджень є розроблення способу вилучення цукрози з уламків буряків з одержанням соку високої якості. Аналітичний огляд дозволив зробити наукові висновки, сформулювати конкретні задачі досліджень та визначити можливі шляхи їх вирішення.
У другому розділі "Об'єкти та методи досліджень" наведено характеристику об'єктів та методів досліджень, опис методів аналізів та умов проведення досліджень.
Вміст масової частки цукрози в буряках та напівпродуктах визначали інструментальним методом за допомогою цукрометра СУ-4. Вміст масової частки сухих речовин у соках визначали рефрактометрично. Забарвленість продуктів визначали вимірюванням їх оптичної густини на фотоелектричному колориметрі КФК-3. Вміст високомолекулярних речовин проводили за прийнятою в контролі бурякоцукрового виробництва методикою. Вміст молочної кислоти визначали колориметрично. Для визначення кількості денатурованих клітин нами використаний метод А.К. Карташова і Ю.Т. Коваля. Планування експерименту, постановку та розв'язання задачі оптимізації проводили згідно сучасних методів. Статистичне оброблення результатів досліджень, побудову графіків виконано з використанням програмного забезпечення Mathcad Professional.
Третій розділ "Дослідження процесу вилучення цукрози з подрібненої бурякової сировини" присвячений розробленню нової технології вилучення цукрози з бурякової сировини. Для денатурації та руйнування клітин бурякової сировини подрібнення буряків до мезги проводили механічним шляхом на терткових машинах. Дослідженнями показано, що отримати мезгу з цілих коренеплодів буряків складно через значний опір різанню та волокнистості сирої бурякової тканини. Тому визначено, що доцільно подрібнювати бурякову сировину у вигляді стружки після різок, яка пройшла термічне оброблення при температурі 85-87°С. Клітинний сік із розірваних бурякових клітин має меншу чистоту, ніж сік, отриманий дифузійним способом, тому при термічному обробленні стружки і для підготовки живильної води для промивання мезги використовували коагулянт сульфат алюмінію та діоксид сірки.
Визначено кількість механічно розкритих клітин тканини цукрових буряків для різних видів стружки. Так, в стружці після різок кількість розкритих клітин становила 17-20%, в мезгі після подрібнення сирої стружки - 82-85%, в стружці після термічного і хімічного оброблення при температурах 70-95°С протягом 3 хв. живильною водою з додаванням сульфату алюмінію в кількості 0,06-0,07% до маси буряків 61-68%, або сульфітованою барометричною водою - 60-65%, а в мезгі після термічного і хімічного оброблення стружки - 95-98%.
Проведені дослідження процесу знецукрення бурякової сировини при вилученні цукрози з бурякової стружки різних розмірів, а саме 1-2 мм (мезга), 0,5 см, 1 см, 2 см, 3 см, 6-12 см. Визначено, що оптимальна тривалість вилучення цукрози з мезги при температурі 73-75°С становить 5-10 хв.
Визначено величину коефіцієнта дифузії цукрози з бурякової тканини різних розмірів від тривалості процесу екстрагування. Встановлено, що при еквівалентному радіусі бурякової мезги R=1,878*10-6м коефіцієнт дифузії має найбільше значення і становить порядку 2,9-3,5*10-9 м2/с при температурі оброблення 70-75°С та тривалості 5 хв. Коефіцієнт дифузії цукрози зменшується до 1,067*10-9 м2/с після 20 хв. вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги.
Проведено математичне моделювання процесу вилучення цукрози із бурякової сировини різних розмірів. За допомогою розробленої математичної моделі маємо значення цільової функції - залежність вмісту цукрози в екстракті від довжини стружки
W(t,l)=17(1-e-t/3.835)0.547(e-l/2.059t) (1).
Визначено, що найбільший вміст цукрози 8,4-8,6% при найкоротшій тривалості процесу 5-10 хв. має бурякова сировина з найменшими розмірами 0,1-0,2 см (мезга).
Експериментально одержана залежність чистоти екстрактів, одержаних з бурякової сировини різних розмірів, підтверджує, що оптимальна тривалість вилучення цукрози з бурякової мезги не перевищує 15 хв.
Таблиця 1
Якісні показники соків, отриманих при вилученні цукрози з використанням сульфату алюмінію і сульфітованої барометричної води
Клітинний сік |
Екстракт |
Сік 2 сатурації |
Загальний ефект очищення |
|||||
РН20 |
Чистота, % |
РН20 |
Чистота, % |
Ефект очищення, % |
Чистота, % |
Ефект очищення, % |
||
З використанням сульфату алюмінію: |
||||||||
кондиційні буряки |
||||||||
6,35 |
84,82 |
5,76 |
87,0 |
16,5 |
91,04 |
34,14 |
45,01 |
|
Буряки погіршеної якості |
||||||||
6,2 |
80,4 |
6,1 |
83,25 |
16,5 |
88,5 |
35,2 |
46,7 |
|
З використанням сульфітованої барометричної води: |
||||||||
буряки погіршеної якості |
||||||||
6,2 |
80,4 |
5,9 |
81,9 |
9,3 |
87,0 |
32,4 |
38,8 |
Крім того, застосування коагулянту сульфату алюмінію при термічному і хімічному обробленні стружки і підготовці живильної води сприяє осадженню ВМС та пектинових речовин у клітинах бурякової тканини, що сприяє підвищенню чистоти екстракту. Тому при вилученні цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги отримують соки високої якості. Дослідження впливу сульфату алюмінію, який використовували для підготовки живильної води, на якість соків одержаних з подрібненої стружки у вигляді мезги з різною чистотою клітинного соку показали (таблиця 1), що ефекти очищення соків при вилученні цукрози та очищених соків 2 сатурації значно вищі ніж аналогічні показники якості соків без застосування сульфату алюмінію.
За допомогою інтерполяції 2-мірним сплайном були одержані функції ступеня денатурації бурякової тканини, вмісту високомолекулярних сполук у дифузійному соку та чистоти дифузійного соку від тривалості та температури ошпарювання бурякової стружки. На основі одержаних функцій побудований зважений критерій:
, (2)
де fit(x,y) - функція залежності вмісту ВМС; fitD(x,y) - функція залежності ступеня денатурації; fitC(x,y) - функція залежності чистоти соку; x - тривалість; y - температура ошпарювання бурякової стружки.
Визначено, що оптимальною температурою ошпарювання бурякової стружки перед її подрібненням до мезги при застосуванні сульфату алюмінію для підготовки екстрагенту є температура 80-85°С при тривалості 5-7 хв.
У четвертому розділі "Розроблення технології експрес-способу вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги" на основі проведених досліджень обґрунтована і розроблена принципова промислова схема вилучення цукрози із розірваних механічним шляхом клітин бурякової сировини, яка передбачає, що бурякова стружка після різок проходить термічне оброблення в типовому ошпарювачі колонного дифузійного апарату і сокостружкова суміш насосом подається на шнекове сито, де відділяється сік, а стружка направляється на терточні машини для подрібнення до мезги. Потім мезга поступає в мішалку, куди подається сік, відокремлений на другому ступені промивання мезги. На першому ступені відділення соку в горизонтальній шнековій центрифузі під дією відцентрової сили з суміші виділяється сік із розкритих клітин, а мезга виводиться шнеком із центрифуги.
Отриманий сік разом із соком, відокремленим від стружки, нагрівається до температури 85-90°С і направляється в ошпарювач на теплове оброблення свіжої стружки, а потім у виробництво. Мезга поступає в мішалку, куди подається живильна вода з температурою 70-72°С, яка оброблена коагулянтом сульфатом алюмінію в кількості 0,05-0,08% до маси буряків. На останньому ступені промивання мезги, відділений на горизонтальній шнековій центрифузі, сік подається в мішалку перед попереднім ступенем промивання мезги, а мезга на сушіння і брикетування. Кількість ступенів промивання мезги залежить від кінцевого вмісту цукрози в меззі. Живильна вода подається в мішалку останнього ступеню промивання.На основі аналізу експериментальних даних встановлено усереднений баланс вилученої та залишкової цукрози в стружці і мезгі на стадіях її вилучення, який показує, що загалом вилучення цукрози на стадії термічного і хімічного оброблення досягало 20-25%.
Вилучення цукрози на стадії подрібнення до мезги переважно визначається кількістю розкритих клітин. Так, при подальшому промиванні мезги у сік переходить біля 30% від загального вмісту цукрози у стружці.Вміст цукрози після віддділення соку від бурякової мезги переважно визначається кількістю цього соку. При центрифугуванні до вмісту сухих речовин у меззі 20-25% вилучається більше 50% цукрози , що містилася в меззі. Тобто, під час 1 ступеню відділення соку в середньому вилучається 20-25% цукрози від її початкового вмісту у стружці.
Відповідно на другому ступені промивання мезги у сік переходить в середньому 10-12% цукрози. Після другого ступеню вимивання мезги залишковий вміст цукрози складає 0,4-0,5% до маси буряків. Отже, вилучення цукрози з бурякової мезги відбувається за рахунок її промивання та проміжного відділення соку у дві стадії.
Для визначення ступеню термічного оброблення стружки в промислових умовах проведені дослідно-промислові випробування на ошпарювачі бурякової стружки колонної дифузійної установки Саливонківського цукрового заводу. Згідно схеми дослідів, відбирали проби стружки після ошпарювача для подальшого перероблення в лабораторних умовах шляхом подрібнення стружки до мезги, вимиванням цукрози в два ступені живильною водою, обробленою сульфатом алюмінію. Одержані результати повністю узгоджуються з результатами попередніх лабораторних досліджень, що підтверджує доцільність використання ошпарювача КДА для термічного оброблення бурякової стружки перед її подрібненням до мезги для вилучення цукрози по розробленій технології.
Таблиця 2
Якісні показники соків, отриманих з бурякової сировини за традиційним і новим способом
Показники |
Клітинний сік |
Сік |
||
Традиційне екстрагування |
Новий спосіб |
|||
Чистота, % |
85,90,1 |
86,670,1 |
87,80,1 |
|
Ефект очищення соку, % |
- |
6,3 |
15,35 |
|
рН соку |
6,2 |
6,4 |
6,3 |
|
Вміст пектинових речовин, % на 100 % СР |
1,150,05 |
0,80,05 |
0,550,05 |
|
Вміст ВМС, % на 100 % СР |
4,550,05 |
2,980,05 |
2,450,05 |
|
Вміст молочної кислоти, % на 100 % СР |
0,340,05 |
0,920,05 |
0,370,05 |
|
Чистота соку 2 сатурації, % |
- |
90,10,1 |
91,30,1 |
|
Кольоровість соку 2 сатурації, од.опт.густини |
- |
291,55 |
230,45 |
Аналізи якісних показників соків, одержаних за традиційним заводським способом і в лабораторних умовах Саливонківського цукрового заводу за новою технологією (табл. 2) показали, що ефект очищення соку із розірваних клітин в 2-2,5 рази вищий, чистота соку 2 сатурації на 1-1,2 одиниці більша, а вміст пектинових речовин і високомолекулярних сполук менше на 20-40%. Вміст молочної кислоти в соках по новій технології відповідає вмісту її в клітинному соку, що пояснюється значно меншою тривалістю процесу, що сприяє зменшенню втрат цукрози від розкладання під час її вилучення. На основі одержаних результатів експериментальних даних, зроблені теоретичні розрахунки виходу цукру, кількості меляси, та вмісту цукру в ній, які показують, що вихід цукру по новій технології вилучення його з бурякової сировини на 0,35% вищий в порівнянні з традиційним вилученням цукрози.
П'ятий розділ "Удосконалення технологічної схеми перероблення уламків цукрових буряків". Механізований спосіб збирання буряків, транспортування і укладання їх у високі кагати призводить до пошкодження поверхні 50-70% коренеплодів. Тому вміст уламків цукрових буряків складає 3-5% до маси буряків. Така кількість пошкоджених відходів буряків часто не переробляється на цукрових заводах, що призводить до значних втрат цукрози (близько 0,5% до маси буряків), або переробляється разом з буряками, що негативно впливає на гідродинамічний режим роботи дифузійного апарату внаслідок погіршення якості бурякової стружки, великого вмісту в ній мезги, що спричиняє забивання ситової поверхні дифузійних апаратів, збільшення втрат цукрози в жомі, погіршення якості дифузійного соку тощо. Тому були проведені дослідження для визначення оптимального технологічного режиму та розроблення технологічної схеми перероблення бурякових уламків.
Дослідження технологічної якості уламків цукрових буряків різних частин коренеплоду показали (табл. 3) , що вміст оптично активних речовин у хвостиках і головці майже вдвічі більший порівняно з середньою частиною коренеплоду, а вміст -амінного азоту у хвостиках та головці перевищує аналогічний показник середньої частини коренеплоду на 34-57%. На порядок збільшується вміст оптично-активних речовин та вдвічі зростає вміст -амінного азоту у сировині тривалого зберігання порівняно зі свіжими буряками. Наявність гнилої маси, крім прямих втрат цукрози, спричиняє погіршення ряду показників при переробленні цукрових буряків.
Таблиця 3
Технологічні показники якості різних частин бурякового коренеплоду
Частини коренеплоду |
Показники |
|||
Масова частка цукрози, % |
Вміст оптично-активних речовин, % |
Вміст б-амінного азоту, ммоль/100 г буряків |
||
1.Свіжі бурякиа) головка б) середня частина в) хвостик |
14,2 17,8 15,6 |
0,092 0,057 0,084 |
3,8 3,2 3,7 |
|
2.Буряки тривалого зберіганняа) головка б) середня частина в) хвостик |
13,9 17,6 14,5 |
0,86 0,42 0,77 |
8,9 5,7 7,6 |
|
3.Хвостики +10% гнилої маси |
12,8 |
6,6 |
12,5 |
|
4.Хвостики +20% гнилої маси |
10,6 |
10,2 |
32,5 |
Так, додавання до кондиційних уламків 10% гнилої маси призводить до збільшення вмісту -амінного азоту на 60-70%, а оптично-активних речовин у 10-11 разів, а додавання 20% гнилої маси збільшує вміст -амінного азоту в 3-4 рази, оптично-активних речовин в 12-14 разів.
При тривалому зберіганні буряків на 0,3-0,9% зменшується вміст цукрози, а вміст -амінного азоту зростає майже в 2,5 рази у головці і в хвостовій частині. Це підтверджує, що уламки цукрових буряків є сировиною погіршеної технологічної якості.
Визначено доцільність застосування коагулянту сульфату алюмінію для оброблення бурякової мезги, одержаної з бурякових уламків. Так, при обробленні живильної води сульфатом алюмінію ефект очищення соку складає 23-25%.
Визначено, що при застосуванні коагулянту сульфату алюмінію для підготовки живильної води, оптимальна температура теплового оброблення сирої мезги з бурякових уламків складає 80-85°С. Для теплового оброблення при вмісті гнилі у хвостиках та уламках цукрових буряків оптимальним температурним інтервалом є 75-80°С протягом 10 хв.
На основі проведених досліджень розроблена принципова технологічна схема роздільного перероблення уламків буряків, яка передбачає класифікацію і відокремлення від них домішок у вигляді гички, рослинних стебел, каміння, подрібнення, термічне оброблення сирої мезги живильною водою з коагулянтом, відділення соку, пресування мезги разом із жомом.
Перевагою роздільного перероблення уламків буряків є значне скорочення тривалості знецукрення бурякових уламків, отримання соків з високим ефектом очищення, виключення негативних явищ, що відбуваються при спільному переробленні уламків буряків, таких, як порушення гідродинамічного режиму дифузійного апарату внаслідок великого вмісту мезги, забивання ситової поверхні апарату, збільшення втрат цукрози в жомі, погіршення якості соку тощо.
Для відділення соку від мезги доцільно використовувати осаджувальні горизонтальні шнекові центрифуги, або вібраційні сита.
Таблиця 4
Порівняльна характеристика способів перероблення хвостиків та уламків буряків
Показники |
Схема без перероблення уламків буряків |
Схема спільного перероблення буряків та уламків |
Запропонований спосіб перероблення уламків буряків |
|
Вміст уламків у буряках, % до маси буряків |
4,50,5 |
4,50,5 |
4,50,5 |
|
Вміст цукрози у відходах, % |
9,01,2 |
9,01,2 |
9,01,2 |
|
Вміст браку у стружці, % |
3,150,25 |
5,550,65 |
3,150,25 |
|
Вміст мезги у дифузійному соку, г/л |
11,01,5 |
14,652,85 |
11,01,5 |
|
Чистота дифузійного соку, % |
85,80,2 |
85,20,2 |
85,80,2 |
|
Втрати цукрози з відходами бурякових уламків, % |
0,40,1 |
_ |
_ |
На Набутівському цукровому заводі були проведені дослідно-промислові випробування способу вилучення цукрози з уламків цукрових буряків. При цьому було визначено ( табл.4), що процентний вміст уламків у сировині, що поступає на завод, складає 4-5%, а процентний вміст браку у стружці при переробленні коренеплодів цукрових буряків без перероблення уламків буряків у виробництво становив 2,9-3,4%. При цьому наявний вміст цукрози в уламках повністю втрачався. При переробленні цукрових буряків спільно з уламками процентний вміст браку у стружці складав 4,9-6,2%, що порушує гідродинамічний режим роботи дифузійної установки та призводить до втрат від мікробіологічного розкладання цукрози.
Визначено вміст мезги у дифузійному соку до мезгоуловлювача при роботі без перероблення відходів і при спільному переробленні відходів, який складав відповідно - 9,5-12,5 г/л та 11,8-17,5 г/л;
Проведені дослідження мікробіологічної забрудненості стружки та бурякових уламків з кондиційних та некондиційних коренеплодів показали наявність значного вмісту мікроорганізмів у бурякових уламках порівняно зі стружкою, що при спільному переробленні спричинить підвищення вмісту мікроорганізмів у дифузійному апараті та збільшення втрат цукрози, внаслідок розкладання.
Отже, на основі промислових досліджень та проведеного аналізу різних схем перероблення уламків цукрових буряків визначено, що найбільш ефективним є спосіб перероблення бурякових уламків з використанням термічного і хімічного оброблення сировини.
Висновки
За результатами аналізу літературних даних, теоретичних та експериментальних досліджень розроблено спосіб вилучення цукрози з бурякової сировини із застосуванням подрібнення термічно обробленої бурякової стружки у вигляді мезги з наступним вилученням цукрози, з використанням живильної води, обробленої сульфатом алюмінію. Комплексна реалізація запропонованих заходів забезпечить значне підвищення ефективності виробництва та зниження втрат цукрози при переробленні буряків.
1. Визначено, що при подрібненні бурякової стружки, попередньо термічно і хімічно обробленої при температурі 85-90°С коагулянтом сульфатом алюмінію досягається розкриття 95-99% клітин, а оптимальна тривалість промивання мезги для вилучення цукрози при температурі 73-75°С становить 5-10 хв.
2. Встановлено залежність коефіцієнта дифузії цукрози різних розмірів бурякової тканини від тривалості екстрагування. Визначено, що при еквівалентному радіусі бурякової мезги R=1,878*10-6 м коефіцієнт дифузії має найбільше значення і становить порядку 2,9-3,5 *10-9 м2/с при температурі термічного оброблення 70-75°С та тривалості 5хв. Коефіцієнт дифузії цукрози зменшується до 1,067*10-9 м2/с після 20 хв. екстрагування цукрози з мезги.
3. Визначено, що оптимальними умовами попереднього термічного і хімічного оброблення бурякової стружки перед подрібненням до мезги є температура 85-90°С, тривалість 5-7 хв., витрати коагулянту сульфату алюмінію становлять 0,07-0,1% до маси буряків. Показано, що сік одержаний за таких умов, має більш високі якісні показники. Так ефект очищення соку підвищується в 2-2,5 рази, чистота соку 2 сатурації більша на 1-1,2 одиниці, а вміст пектинових речовин і високомолекулярних сполук менше на 20-40%.
4. Встановлено, що завдяки значному скороченню тривалості технологічного процесу вилучення цукрози із мезги зменшуються втрати цукрози від розкладу на 0,1-0,2%, внаслідок відсутності життєдіяльності мікроорганізмів та дії інвертази бурякової тканини.
5. Розроблено математичну модель процесу вилучення цукрози з бурякової сировини різних розмірів. Визначено, що при вилученні цукрози з подрібненої бурякової сировини з розмірами 0,02-0,05 см отримуємо більшу кількість вилученої цукрози за найменший проміжок часу.
6. Розроблено технологію вилучення цукрози та її апаратурне оформлення, яка передбачає застосування термічного і хімічного оброблення бурякової стружки, механічне подрібнення її до мезги та використання додаткових хімічних реагентів, у вигляді коагулянта сульфата алюмінію, яка може застосовуватися:
- як експрес-спосіб вилучення цукрози з бурякової сировини;
- при роздільному переробленні уламків буряків на сучасних цукрових заводах;
- для вилучення цукрози на міні-цукрових заводах.
7. Встановлено, що вилучення цукрози за новою технологією перероблення цукробурякової сировини виключає вплив якості бурякової стружки на ефективність вилучення цукрози; сприяє значному скороченню тривалості процесу вилучення цукрози з бурякової тканини, що приводить практично до відсутності втрат цукрози від розкладання; - виключення негативних явищ, що відбуваються в дифузійних апаратах (пробкування, неможливість завантаження апарата через спливання стружки, труднощі дотримування температурного режиму, падіння рН20 дифузійного соку, розвиток мікроорганізмів, що потребує використання антисептиків, тощо); зменшення метало - та енергоємності обладнання для вилучення цукрози; отримання якісних показників соків, що дає можливість підвищити вихід товарного цукру на 0,3% до маси буряків.
8. Розроблено технологію перероблення уламків бурякової сировини, яка включає очищення від домішок, подрібнення їх до мезги, термічне і хімічне оброблення мезги при температурі 75-85°С протягом 5-7 хв., промивання мезги та пресування жому. Перевагою розробленої технології є значне скорочення тривалості знецукрення бурякових уламків та отримання соку з ефектом очищення 18-24%.
9. Промислові випробування технології вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги при переробленні хвостиків та уламків буряків на Набутівському цукровому заводі підтвердили покращання виробничих та економічних показників роботи заводу за рахунок зменшення негативного впливу спільного перероблення уламків буряків на технологічні показники. Очікуваний економічний ефект від впровадження розробленої технології вилучення цукрози із бурякової сировини подрібненої до мезги при роздільному переробленні хвостиків та уламків буряків складає 187040 грн.
Перелік робіт, що опубліковані за темою дисертації
1. Вилучення цукрози з бурякової мезги / А.А. Ліпєц, Н.А. Гусятинська, Н.І. Паламарчук, Ю.Б. Навроцький // Наукові праці УДУХТ. - К., 2001. - №10. - С. 21-23. Особистий внесок: приймала участь у проведенні досліджень, узагальнені їх результатів, написанні статті.
2. Ліпєц А.А., Гусятинська Н.А., Паламарчук Н.І. Технологічна схема переробки хвостиків і бою цукрових буряків // Цукор України. - 2002. - №6. - С. 8-9. Особистий внесок: приймала участь у проведенні досліджень, узагальнені їх результатів, написанні статті.
3. Ліпєц А.А., Гусятинська Н.А., Паламарчук Н.І. Якісні показники соків при вилученні цукрози із бурякової мезги // Харчова промисловість. - 2003. - №2. - С. 4-5. Особистий внесок: приймала участь у проведенні досліджень, узагальнені їх результатів, написанні статті.
4. Паламарчук Н.І., Гусятинська Н.А., Ліпєц А.А. Математичне моделювання процесу вилучення цукрози із бурякової сировини різних розмірів // Харчова промисловість. - №3. - 2004. - С. 7. Особистий внесок: приймала участь у підборі і теоретичному аналізі літературних джерел, узагальнені результатів досліджень, написанні статті.
5. Ліпєц А.А., Гусятинська Н.А., Паламарчук Н.І. Експрес-спосіб вилучення цукрози з бурякової сировини // Цукор України. - 2004. - №1-2. - С. 11-13. Особистий внесок: приймала участь у плануванні і проведенні досліджень, обробленні їх результатів та написанні статті.
6. Липец А.А., Гусятинская Н.А., Паламарчук Н.И. Новый способ извлечения сахара из свеклы // Сахар. - №6. - 2004. - С. 11-12.
Особистий внесок: приймала участь у плануванні і проведенні досліджень, обробленні їх результатів та написанні статті.
7. Пат. 38487 А України, МПК7 С13D1/14, С13D1/08. Спосіб вилучення цукрози з бурякової тканини / А. А.Ліпєц, Н.І. Паламарчук, Ю.Б. Навроцький. - 2000074155; Заявл. 13.07.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. №4. Особистий внесок: приймала участь в експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, у написанні заявки на патент України.
8. Пат. 52119 А України, МПК7 С13D1/00. Спосіб переробки хвостиків і бою буряків / А.А. Ліпєц, Н.А. Гусятинська, Н.І. Паламарчук, В.А. Пісковець. - 2002021537; Заявл. 25.02.2002; Опубл. 16.12.2002, Бюл. №12. Особистий внесок: приймала участь в експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, у написанні заявки на патент України.
9. Пат. 62458 А України, МПК7 С12D1/10. Спосіб вилучення цукрози з бурякової сировини / А.А. Ліпєц, Г.О. Сімахіна, О.А. Штанько, Н.А. Гусятинська, Н.І. Паламарчук. - 2003032648; Опубл. 15.12.2003, Бюл. №12. Особистий внесок: провела експериментальні дослідження, приймала участь у написанні заявки на патент України.
10. Пат. 68229 А України, МПК7 С13D1/10. Спосіб вилучення цукрози з бурякової сировини / А.А. Ліпєц, Н.А. Гусятинська, Н.І. Паламарчук, О.В. Грабовська. - 20031110588; Заявл. 24.11.2003; Опубл. 15.07.2004, Бюл. №7. Особистий внесок: приймала участь в експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, у написанні заявки на патент України.
11. Дослідження якості дифузійного соку з бурякової мезги / Н.І. Паламарчук, А.А. Ліпєц, Н.А. Гусятинська та інші // Тези 67-ої студ. наук. конф. - К.: УДУХТ. - 2001. - Ч. - II. - С. 9-10. Особистий внесок: приймала участь у плануванні і проведенні досліджень, оброблленні їх результатів, оформленні доповіді.
12. Дослідження якісних показників соків при вилученні цукрози із бурякової мезги / Н.І. Паламарчук, А.А Ліпєц, Н.А. Гусятинська // Тези 68-ої Міжн. наук. конф. студ. аспір., молод. вчених. К.: НУХТ. - 2002. - Ч. II. - С. 5-6. Особистий внесок: приймала участь у проведенні досліджень, оформленні тез доповіді.
13. Дослідження технологічної якості хвостиків і бою цукрових буряків та якісних показників соків при вилученні цукрози із бурякових відходів / Н.І. Паламарчук, А.А. Ліпєц, Н.А. Гусятинська // Тези 69-ої студ. наук. конф. - К.: НУХТ. -- 2003. - Ч. ІІ. - С. 8.
Особистий внесок: приймала участь у плануванні і проведенні досліджень, оброблленні їх результатів, оформленні тез.
14. Дослідження коефіцієнта дифузії сахарози зі стружки різних розмірів при термохімічному обробленні / Паламарчук Н.І., Ліпєц А.А., Гусятинська Н.А. // Тези 71-ої студ. наук. конф. - К.: НУХТ. -- 2005. - Ч. ІІ. - С. 5-6. Особистий внесок: приймала участь у підборі і теоретичному аналізі літературних джерел, плануванні і проведенні досліджень, обробленні їх результатів, оформленні доповіді.
Анотація
Паламарчук Н.І. Удосконалення технології вилучення цукрози з бурякової сировини. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05 - технологія цукристих речовин. - Національний університет харчових технологій, Київ, 2007.
Робота присвячена актуальній проблемі - підвищенню продуктивності цукрового виробництва шляхом інтенсифікації процесу вилучення цукрози і одночасного очищення соку в процесі його одержання. Тому актуальним завданням є удосконалення технології вилучення цукрози із бурякової сировини, яка б дозволила підвищити якісні показники соку, зменшити втрати цукрози, покращити технологічні показники виробництва.
Розроблено нову технологію вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги з використанням живильної води з сульфатом алюмінію (патент України №38487 А).
Визначені оптимальні режими теплового та хімічного оброблення бурякової сировини різної якості, на які отримано два патенти України (№62458А, №68229 А). Запропоновані способи забезпечують збільшення виходу цукру, покращення технологічних показників виробництва.
Досліджено та показано ефективність використання нової технології вилучення цукрози з бурякової сировини у вигляді мезги для роздільного перероблення уламків та хвостиків буряків на цукрових заводах (патент України №52119А).
Ключові слова: бурякова сировина, сульфат алюмінію, вилучення цукрози, мезга, термічне і хімічне оброблення.
Аннотация
Паламарчук Н.И. Усовершенствование технологии извлечения сахарозы из свекловичного сырья.-Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.05 - технология сахаристых веществ.- Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2007.
Работа посвящается решению актуальной проблемы - повышению производительности сахарного производства путём интенсификации процесса извлечения сахарозы и одновременного очищения сока в процессе его получения. Поэтому актуальным является усовершенствование технологии извлечения сахарозы из свекловичного сырья, которая бы позволила увеличить качественные показатели сока, уменьшить потери сахарозы, улучшить технологические показатели производства.
По результатам анализа литературных данных, теоретических и экспериментальних исследований разработан способ извлечения сахарозы из свекловичного сырья с применением измельчения термически обработанной свекловичной стружки в виде мезги с последующим отделением сока питательной водой, обработанной сульфатом алюминия (патент Украины №38487 А). Комплексная реализация предложенных мероприятий обеспечит значительное повышенияе эффективности производства и снижение потерь сахарозы при переработке свеклы. буряковий цукроза екстрагування мезга
На основании экспериментальных исследований показана возможность практически полностью раскрыть клетки свекловичного сырья механическим способом за короткое время, применяя устройства с большой степенью измельчения. Определены оптимальные режимы тепловой и химической обработки свекловичного сырья разного качества, на которые получено два патенты Украины (№62458А, №68229 А). Показана целесообразность измельчения свекловичной стружки, предварительно термически и химически обработанной при температуре 85-90°С, коагулянтом - сульфатом алюминия. При этом достигается до 98% раскрытия клеток, а оптимальное время промывания измельчённого до мезги сырья для извлечения сахарозы при температуре 73-75°С составляет 5-10 мин. Предложенные способы обеспечивают увеличение выхода сахара, улучшение технологических показателей производства.
Исследовано и показано еффективность использования новой технологии извлечения сахарозы из свекловичного сырья в виде мезги для отдельной переработки боя и хвостиков свеклы на сахарных заводах (патент Украины №52119А).
Определена величина коэфициента диффузии сахарозы для разных размеров свекловичной ткани и разной длительности экстрагирования. Установлено, что при эквивалентном радиусе свекловичной мезги R=1,878*10-6 м коэфициент диффузии имеет найбольшее значение и составляет порядка 2,9-3,5 *10-9 м2/с при температуре термической обработки 70-75°С и длительности 5 мин. Коэфициент диффузии сахарозы уменьшается до 1,067*10-9 м2/с посля 20 мин экстрагирования её из мезги.
Установлено, что благодаря значительному сокращению длительности технологического процесса извлечения сахарозы из мезги и температуры в диапазоне 75-95°С уменьшаются потери от разложения сахарозы, вследствие отсутствия действия микроорганизмов и инвертазы свекловичной ткани, что подтверждают результаты незначительного наличия молочной кислоты в полученных соках.
Розработана технология отдельной переработки отходов свекловичного сырья, которая включает отделение свекловичных хвостиков и обломков, отделения их от примесей, классификацию, измельчение её до мезги, термическую и химическую обработку мезги при температуре 75-85°С в течении 5-7 мин., промывание мезги и прессование жома. Преимуществом разработанной технологии является значительное сокращение длительности обессахаривания свекловичных хвостиков и обломков и получение сока с еффектом очистки 18-24%.
Ожидаемый экономический еффект от внедрения разработанной технологии извлечения сахарозы из свекловичного сырья в виде мезги при отдельной переработке хвостиков и обломков свеклы составляет 187040 грн.
Ключевые слова: свекловичное сырьё, сульфат алюминия, извлечение сахарозы, мезга, термическая и химическая обработка.
Annotation
Palamarchuk N.I. The improvement of technology extracting out saccharose from the sugar - beet . - The manuscript.
The thesis for obtaining the degree of Candidate of the Technical Science on the specialiti 05.18.05 "Technologies of saccharine substances", Ukrainian State University for Food Technologies, Kyiv, 2007.
This is poject for an actual problem - to increase sugar development (made) by the intensification the process of extracting saccharose and the same time to filter juice in process of it made.
A new technology's for extracting saccharose from the beet's in a way of pulpa with usage of nourishing water with a sulphate of aluminium have been worked out .
Optimal wais of worning and chemical treating sugar - beet different made.
The technology's for obtaining it considerably inereases the going out of sugar.
It is showed effective using new technology extracting of saccharose from the sugar - beet pap for segregate processing segment the sugar - beet in sugar factory.
It is showed that using of 0,06-0,08% AL2 (SO4)3 to the weit of sugar - beet for preparing nourishing water during extracting of saccharose from the sugar - beet pap inereases the effect of puring the sugar - beet juice and it considerably inereases the going out of sugar and decreases it's iosses in molasses.
Key words: sugar - beet, sulphate of aluminium, extracting saccharose, the sugar - beet pap, worning and chemical treating.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Можливість використання нетрадиційної крохмалевмісної сировини, зокрема жолудів та каштанів при виробництві кормів. Результати дослідження особливостей процесу екструдування обраних зразків сировини. Аналіз доцільності впровадження даної технології.
статья [310,5 K], добавлен 31.08.2017Консерви як продукти, отримані шляхом відповідної підготовки сировини, закладки в тару і її герметизації з наступною тепловою обробкою. Знайомство з основними особливостями технології переробки овочів, характеристика фізико-хімічних властивостей.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 25.11.2013Технології утилізації зрізаних гілок, аналіз засобів механізації для їх подрібнення. Процес отримання та переробки відходів деревини. Розробка мобільної установки для виготовлення деревинної щепи та системи гідроприводу її активних робочих органів.
магистерская работа [11,2 M], добавлен 21.02.2013Характеристика кінцевої продукції виробництва, сировини, матеріалів та напівпродуктів. Обґрунтування вибору технологічної схеми. Схема виробництва гінзенозиду та настоянки. Опис запропонованої зміни в технології, контроль виробництва та стандартизація.
дипломная работа [780,6 K], добавлен 23.09.2014Характеристика та розрахунки норм витрат сировини і допоміжних матеріалів. Технологічна схема виготовлення консервів. Хіміко-технологічний і мікробіологічний контроль виробництва. Вимоги до якості готової продукції. Підбір технологічного обладнання.
дипломная работа [373,6 K], добавлен 25.11.2014Види сировини та її характеристика. Опис технології виготовлення консервованих томатів. Вимоги до якості готової продукції. Розрахунок матеріального балансу виробництва, продуктивності вибраного обладнання, площі складських та технологічних приміщень.
курсовая работа [253,9 K], добавлен 25.11.2014Видовий склад шкідників цукрових буряків. Вивчення ґрунтово-кліматичних особливостей лісостепу України. Розробка системи захисту цукрових буряків від бурякових блішок, листкової бурякової попелиці. Аналіз впливу інсектицидів на чисельність шкідників.
дипломная работа [3,0 M], добавлен 19.10.2013Розрахунок потенціальної врожайності за вологозабезпеченістю посівів. Агробіологічний контроль за посівами. виробництво баштанної продукції в Україні. Аналіз еколого-гігієнічних вимог до сучасної технології вирощування гарбуза в умовах півдня країни.
курсовая работа [90,6 K], добавлен 06.12.2014Аналіз стану виробництва озимої пшениці в СТОВ "Братський" Нижньосірогозького району Херсонської області. Вибір та обґрунтування технологічних операцій. Порівняльна оцінка варіантів МТА. Операційно-технологічна карта. Аналіз стану організації робіт.
дипломная работа [77,9 K], добавлен 08.12.2008Загальна біологічна та ботанічна характеристика нуту. Кліматичні умови зони вирощування зернобобових, особливості складу ґрунту. Обґрунтування технології вирощування даної сільськогосподарської культури та розробка відповідної технологічної карти.
курсовая работа [45,4 K], добавлен 11.05.2014