Процесс производства сахара из свеклы. Видео: Производство сахара из сахарной свёклы. Особенности производства и потребления готовой продукции

Сахар — пищевой продукт, состоящий из сахарозы высокой степени чистоты.

Сахароза имеет приятный сладкий вкус. В водных растворах сладость ее ощущается при концентрации около 0,4%. Растворы, содержащие свыше 30% сахарозы, приторно-сладкие. Энергетическая ценность 100 г сахара составляет 1565-1569 кДж (374 ккал).

Сахароза быстро и легко усваивается. В организме под действием ферментов она расщепляется на глюкозу и фруктозу. Сахароза используется организмом человека как источник энергии и материал для образования гликогена, жира, белково-углеродных соединений.

Сырьем для выработки сахара служат сахарный тростник, произрастающий в районах с тропическим и субтропическим климатом, и сахарная свекла (около 45%). Для производства сахара используют также сорго, кукурузу, пальму. Отечественная промышленность вырабатывает из сахарной свеклы сахар двух видов: сахар-песок и сахар-рафинад.

Товарный сахар должен практически полностью состоять из сахарозы. Свободные примеси не допускаются, но в процессе производства несахара могут адсорбироваться внутри кристаллов сахарозы и на их поверхности в виде тонкой пленки. Кроме того, во всех видах сахара присутствуют минеральные веществ (Na, К, Са, Fe) — около 0,006%.

Сахар-песок представляет собой сыпучий продукт, состоящий из кристаллов сахарозы. Получают его из веретенообразных, белого цвета корнеплодов сахарной свеклы.

Основные стадии производства сахара-песка

Свеклу моют, измельчают в стружку (в узкие тонкие пластины) и обрабатывают в диффузионных барабанах горячей водой. Переход сахара и растворимых несахаров из свеклы в воду совершается вследствие диффузии. Диффузионный сок очищают от механических примесей и несахаров и обрабатывают известковым молоком (водной суспензией оксида кальция) для нейтрализации кислот, осаждения солей алюминия, магния, железа и коагуляции белков и красящих веществ (дефекация).

Для осажчения избытка извести и виде мелкокристаллического углекислого кальция, на поверхности частиц которого адсорбируются несахара, сок обрабатывают диоксидом углерода (сатурация). На следующей стадии сок сгущают путем выпаривания, затем следует кристаллизация сахара из сиропа — образование утфеля и отделение кристаллов сахара от межкристальной жидкости (зеленой патоки). Кристаллы сахара промывают водой и отделяют их от межкристальной жидкости (белой патоки); на последней стадии проводят сушку, охлаждение и освобождение кристаллов от ферромагнитных примесей и комков сахара.

Товарный получают только при уваривании утфеля 1-й кристаллизации.

Белая и зеленая патоки, полученные при центрифугировании утфеля 1-й кристаллизации, поступают на уваривание утфеля 2-й кристаллизации. При центрифугировании утфеля 2-й кристаллизации получают также два оттека (белая и зеленая патока) и сахар 2-й кристаллизации. Он удерживает на своей поверхности пленку межкристального раствора, поэтому окрашен в интенсивно желтый цвет.

Для уваривания утфеля 3-й кристаллизации используют второй и первый оттеки утфеля 2-й кристаллизации. Получаемый в результате сахар 3-й кристаллизации наравне с сахаром 2-й кристаллизации используется на уваривание утфеля 1-й кристаллизации. Оттек, отбираемый при центрифугировании утфеля 3-й кристаллизации, называется мелассой, она является отходом производства.

Качество сахара-песка определяют по ГОСТ 21-94. Из орга- полептических показателей оценивают: вкус и запах - сладкий, без посторонних привкусов и запахов, как сухого сахара, так и его растворов; сыпучесть - без комков, сыпучий, предназначенный для промышленной переработки, может иметь комки, разваливающиеся при легком нажатии; цвет товарного сахара-песка — белый, для промышленной переработки — белый с желтоватым оттенком; чистоту раствора — раствор сахара прозрачный или слабо опалесцирующий, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних примесей.

По физико-химическим показателям (в пересчете на сухое вещество) сахар-песок должен соответствовать следующим требованиям (в %): массовая доля сахарозы - не менее 99,75, для промышленной переработки — не менее 99,65; массовая доля редуцирующих веществ - не более 0,050, для промышленной переработки — не более 0,065; массовая доля золы - не более 0,04, для промышленной переработки — не более 0,05; массовая доля влаги - не более 0,14, для промышленной переработки — 0,15; массовая доля ферропримесеи - не более 0,0003; цветность (в условных единицах оптической плотности) — не более 0,8, для промышленной переработки — не более 1,5.

Наиболее распространенные дефекты сахара-песка — увлажнение, потеря сыпучести, наличие нерассыпающихся комочков являются результатом хранения при высокой относи тельной влажности и резких перепадах температуры воздуха. Нехарактерный желтоватый или сероватый цвет и наличие комочков непробеленного сахара появляются при нарушении технологии. Посторонние вкус и запах образуются при упаковке в новые мешки, обработанные эмульсией с запахом нефтепродуктов, а также при несоблюдении товарного соседства; посторонние примеси (окалина, ворс и костра) — результат плохой очистки сахара на электромагнитах и использования для упаковки мешков из плохо обработанной мешковины.

Сахар-рафинад — продукт, состоящий из кристаллической, дополнительно очищенной (рафинированной) сахарозы, выпускаемой в виде кусков и кристаллов. Цель рафинации сахара-песка или тростникового сахара-сырца заключается в том, чтобы в результате последовательного выполнения технологических операций максимально удалить примеси и получить практически чистую сахарозу. По действующему стандарту содержание примесей в сахаре-рафинаде — не более 0,1%. Рафинация — это отделение сахарозы от несахаров путем ее кристаллизации в растворах.

Основные стадии производства сахара-рафинада. Сахар-песок растворяют в воде. Полученный сироп очищают, применяя адсорбенты (активные угли) и иониты, поглощающие из сиропа красящие вещества.

В рафинадном производстве проводят несколько циклов кристаллизации. Сахар-рафинад получают на первых двух или трех циклах, на последующих трех-четырех циклах из паток получают желтый сахар, который возвращают на переработку. Из последнего цикла выводят рафинадную патоку как отход производства.

Для снижения инверсии сахарозы поддерживают слабощелочную реакцию сахарных растворов, а для маскировки желтого оттенка рафинада применяют краситель синего цвета — ультрамарин. Его добавляют в виде суспензии в рафинадный утфель или при промывке кристаллов сахара в центрифугах.

Сахар-рафинад вырабатывается в следующем ассортименте:

• прессованный колотый насыпью в мешках, пачках и коробках;
• прессованный быстрорастворимый в пачках и коробках;
• прессованный в мелкой фасовке;
• рафинированный сахар-песок насыпью в мешках и пакетах;
• рафинированный сахар-песок в мелкой фасовке;
• сахароза для шампанского;
• рафинадная пудра насыпью в мешках и пакетах.

Кусковой прессованный сахар-рафинад вырабатывается в виде отдельных кусочков, имеющих форму параллелепипеда. Толщина кусочка сахара-рафинада прессованного колотого может быть 11 и 22 мм. Допускаются отклонения от толщины по месту раскола кусочков ±3 мм.

Рафинированный сахар-песок вырабатывают со следующими размерами кристаллов (в мм): от 0,2 до 0,8 — мелкий; от 0,5 до 1,2 — средний; от 1,0 до 2,5 — крупный.

Сахарозу для шампанского вырабатывают в виде кристаллов размером от 1,0 до 2,5 мм.

Сахар-рафинад прессованный получается удалением на центрифугах патоки изутфеля и промыванием кристаллов клерсом (чистым раствором сахара-рафинада). Влажные кристаллы образуют рафинадную кашку. Их грани покрыты тонкой пленкой сахарного раствора. Из кашки на прессах формуют кусочки сахара-рафинада или бруски, которые раскалывают после сушки на кусочки.

Крепость получаемого сахара-рафинада зависит от влажности кашки, которую регулируют количеством оставшегося в ней клерса. Влажность кашки для получения быстрорастворимого сахара-рафинада должна быть 1,6-1,8%, прессованного колотого — 1,8-2,3%. Бруски сахара-рафинада обладают капиллярно-пористой структурой, что способствует их высушиванию. Удаление влаги в процессе сушки вызывает дополнительную кристаллизацию сахарозы, которая была в ней растворена. Чем больше клерса находится в бруске или кусочке прессованного сахара-рафинада (следовательно, и растворенной сахарозы), тем более прочно она соединяет кристаллы в конгломерат и сахар-рафинад получается более крепким.

Качество сахара-рафинада оценивают по ГОСТ 22-94. По органолептическим показателям сахар-рафинад должен соответствовать следующим требованиям: вкус и запах - сладкие, без посторонних привкуса и запаха как сухого сахара, так и его водного раствора; цвет — белый, чистый, без посторонних примесей, допускается голубоватый оттенок; сыпучесть - рафинированный сахар-песок сыпучий, без комков; чистота раствора - раствор сахара прозрачный или слабо опалесцирующий, допускается едва уловимый опалесцирующий оттенок.

Дефекты сахара-рафинада: сероватый оттенок, темные вкрапления и др. — результат недостаточного осветления сиропов, засорения кашки, несоблюдения режимов прессования и сушки.

На всех сахарных заводах России принята единая технологическая схема получения сахара-песка из сахарной свеклыПолучение свекловичной стружки производят на резальных машинах (дисковые горизонтальные и цилиндрические с вставленными ножевыми рамами). Длинна 100 г стружки должна быть 10 – 12 м.

Получение свекловичного сока можно проводить путем прессования стружки и с применением диффузионного способа. Прессовым способом извлекается 70 – 80% сока. Диффузионный способ позволяет сократить затраты и в более полном количестве выделить сахар. Под явлением диффузии понимают способность смешивающихся между собой различных веществ самопроизвольно проникать друг в друга, до образования однородной смеси.

Технологическая сущность получения диффузионного сока заключается в следующем. Ткань свекловичного корня состоит из клеток, содержащих сок, в которых растворены сахара и несахара. Задача свекловичного производства извлечь сахара, а именно сахарозу. Но клетка окружена протоплазменным слоем, который состоит преимущественно из белков. Через этот слой из клетки проходит только вода, а не сахар и другие вещества. Чтобы произошла диффузия сока через стенки клеток нужно разрушить протоплазменный слой. Это достигается обработкой свекловичных клеток водой температурой 60ºС и выше. На практике обработка стружки горячей водой осуществляется в диффузионных аппаратах периодического и непрерывного действия.

Получили распространение колонные диффузионные аппараты (КДА). Аппарат состоит из ошпаривателя, где стружку подогревают, и вертикальной колонны (собственно диффузора). В аппаратах такого типа навстречу свекловичной стружке противоточно движется сок, в конце аппарата – в верхней его части обессахаренная стружка встречается с чистой горячей водой, которая омывает стружку. После обессахаривания стружки она имеет вид отжатой массы и называется жом . Продвижение стружки в верхнюю часть диффузионного аппарата производится вращающимся валом с лопастями.

Диффузионный способ извлечения сока – это непрерывное обессахаривание свекловичной стружки сначала соком (предыдущего извлечения), концентрация которого постепенно снижается, и к концу процесса стружка омывается горячей водой. Продолжительность операции 80 – 100 мин.

Получают диффузионный сок, который содержит 83% влаги и 17% сухих веществ, из них 15% сахароза и 2% несахара. Из полученного сока необходимо удалить несахара, что осуществляется химическими способами. Несахара задерживают кристаллизацию сахарозы, увеличивая потери сахара с конечным продуктом – мелассой. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку сока известью - дефекацию с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода - сатурация .

Дефекация диффузионного сока – это обработка сока известью, которая проводится в два этапа: предварительная дефекция и основная дефекция. На преддефекции к массе свеклы добавляют 0,2 – 0,3% CaO, на основной 2,5 – 3% CaO, при этом pH сока повышается до 12,2 – 12,3.

Назначение операции – известь с несахарами дает осадок. Происходит коагуляция коллоидных веществ, нейтрализация и осаждение кальциевых солей ряда кислот (лимонной, оксилимонной, яблочной и др.). Продолжительность 20 – 30 мин, температура сока: при проведении холодной преддефекции 50ºС, теплой – 50 – 60 ºС, горячей – 85 – 90 ºС.

Основную дефекацию проводят сразу после преддефекации. Основные процессы при второй дефекации: разложение несахаров сока, омыление жиров, осаждение анионов кислот, создание избытка извести (для дальнейшего достаточного количества CaCO3, образующего при сатурации) продолжительность операции 10 – 30 мин.

Сатурация диффузионного сока. Под сатурацией понимают обработку сока сатурационным газом, содержащим 30 – 34% диоксида углерода. Сатурацию проводят в две стадии (I и II сатурации) с промежуточным отделением осадка несахаров. Чтобы предотвратить обратный переход в раствор несахаров, которые выпали в осадок на стадиях дефекации, I сатурацию заканчивают при наличии в растворе небольшого избытка извести, как и на преддефекации (0,2 – 0,3% CaO), pH сока поддерживается на уровне 10,8 – 11,6. Сатурацию горячего сока (80 – 85 ºС) с целью перевода извести в нерастворимое состояние CaCO3.

CaO + CO 2 → CaCO 3 (известняк).CaCO3 является хорошим адсорбентом, адсорбирует нерастворимые в воде сахара и красящие вещества.

После I сатурации сок фильтруют (используют вакуум-фильтры или фильтры-сгустители) и направляют на II сатурацию. Она проводиться с целью снижения в соке содержания растворимых солей кальция, так как неполное их удаление приводит к образованию накипи в теплообменных аппаратах и увеличивают потери сахарозы. Продолжительность II сатурации 10 мин при 85 – 92 ºС.

Затем сок фильтруют с применением дисковых фильтров под избыточным давлением 0,15 – 0,20 МПа.

Сульфитация диффузионного сока проводится для снижения цветности и щелочности. Сок обрабатывают диоксидом серы. Сульфитационный газ содержит 10 – 15% диоксида серы. Осветляющие действие SO2 заключается в образовании сернистой кислоты, которая является хорошим восстановителем:

SO 2 + H 2O → H 2 SO 3

Сернистая кислота и ее соли блокируют карбонильные группы моносахаридов и продуктов их распада, тем самым предотвращая образование красящих веществ в соке. Сернистая кислота снижает щелочность сока за счет перехода карбоната калия в нейтральный сульфит.

K 2 CO 3 + H 2 SO 3 → K 2 SO 3 + H 2 O + CO 2

Очищенный сок содержит (%): 12 – 14 сухих веществ, из них 10 – 12 сахарозы, 0,5 – 0,7 азотистых веществ, 0,4 – 0,5 безазотистых органических веществ, 0,5 золы. Чистота сока 86 – 92%.

Сгущение сока выпариванием ведут в два этапа: сначала сгущают до содержания сухих веществ 65%, затем после очистки сгущают до содержания сухих веществ 92,5 – 93,5%.

Первый этап сгущения проводят на выпарной установке и получают сироп. Очищенный сироп, содержащий 60 – 65% сухих веществ, поступает на уваривание.

Варка утфелей и получение кристаллического сахара. Чтобы выделить из сиропа чистую сахарозу, кристаллизацию проводят в кипящих пересыщенных растворах в вакуум-аппаратах при низкой температуре. Чтобы извлечь сахар в максимальном количестве кристаллизацию сахарозы ведут многократно (как правило, проводят три кристаллизации). Продукт, полученный после уваривания сока называется утфелем . Он содержит 7,5 – 8% воды, 92 – 92,5% сухих веществ и около 55% выкристаллизовавшегося сахара. Процесс уваривания в вакуум-аппарате разделяют на 4 этапа: получение пересыщенного раствора – сгущение сиропа; заводка кристаллов сахара – образование кристаллов; наращивание кристаллов сахара; окончательное сгущение утфеля и спуск из вакуум-аппарата утфеля. Готовый утфель I кристаллизации (утфель I) направляют на центрифуги для отделения кристаллов сахарозы и оттеков. Кристаллы пробеливают артезианской водой (70 - 95 ºС).

Сахар-песок, вышедший из центрифуги, содержит влаги 0,8 – 1%; его высушивают горячим воздухом до содержания влаги 0,14% и затем охлаждают.

Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля I направляют в вакуум-аппараты на уваривание и получение утфеля II от кристаллизации (утфель II). Уваривание ведут до содержания сухих веществ 93%. При центрифугировании утфеля II отбирают два оттека и кристаллы сахарозы. Пробеливание кристаллов ведут также горячей водой и доводят их до необходимой влажности.

Оттеки, полученные при центрифугировании утфеля II направляют на уваривание и получение утфеля III с содержанием сухих веществ в нем 93,5 – 94%. В этом случае утфель центрифугируют без пробеливания сахара водой. Получают один оттек – мелассу , которую направляют в емкости для хранения. Меласса – густая жидкость темно-коричневого цвета с острым запахом и неприятным вкусом, содержит 76 – 85% сухих веществ, из них 46 – 51% сахарозы. Чистота массы 56 – 62%, величина pH 6 – 8. В состав несахаров входят (%): редуцирующие сахара 0,5 – 25; раффиноза 0,6 – 1,4; общий азот 1,5 – 2; молочная кислота 4 – 6; уксусная, муравьиная кислоты 0,2 – 0,5; красящие вещества и зольные элементы 6 – 11.

Сахар III-ей кристаллизации для повышения чистоты направляют в аффинатор, где смешивают с первым оттеком утфеля I, который разбавляют очищенным соком до 74 – 76% сухих веществ, и получают аффинационный утфель. Этот утфель центрифугируют. Полученный сахар вместе с сахаром II-ой кристаллизации направляют в клеровочный аппарат и растворяют (клеруют) в соке II-ой сатурации до содержания сухих веществ 65 – 70%, затем смешивают с сиропом из выпарной установки и направляют на сульфитацию.

Трехкристаллизационная схема продуктового отделения позволяет максимально выделить сахарозу из перерабатываемого сырья.

Вопросы для самоконтроля по теме 5

Назовите состав сахарной свеклы.

Что такое доброкачественность (чистота) диффузионного сока? Производственное значение этого показателя.

Как осуществляется процесс диффузии сахарозы на современных свеклосахарных заводах?

Какие операции включает в себя очистка сока и каково их назначение?

В чем заключается сущность уваривания утфеля? Из каких стадий состоит этот процесс?

Меласса, ее состав и использование?

Особенности получения сахара из тростникового сахара-сырца.

Какова цель операции дефекации диффузионного сока?

Какова цель операции сатурации диффузионного сока?

Какова цель операции сульфитации диффузионногосока?

Тесты по теме 5

1. Потемнение диффузионного сока обусловлено образованием __________- в результате реакции между неразложившимися монозами и аминокислотами

2. Поверхностно-активное вещество ________ вызывает образование в диффузионном соке стойкой пены, что осложняет очистку диффузионного сока

3. Выход сахара из тростника составляет ___________%

4. Отход свеклосахарного производства меласса содержит_______%сахарозы

5. Дефекация – технологическая операция очистка диффузионного сока известью от ______________

6. Сульфитация – обработка фильтрованного диффузионного сока диоксидом серы для снижения его _________и____________

7. Продукт, состоящий из смеси кристаллов сахарозы и сиропа, называют___________

8. Безазотистые органические соединения, содержащиеся в диффузионном соке

2 пектиновые вещества

3 аминокислоты

4 инвертный сахар

5 органические кислоты

9. Вещества диффузионного сока, препятствующие кристаллизации сахарозы

1 инвертный

3 органические кислоты

4 раффиноза

5 аминокислоты

6 пектиновые вещества

10. Процессы, происходящие при дефекации диффузионного сока

3 коагуляция коллоидных веществ

6 создание избытка извести

11. Процессы, происходящие при сатурации диффузионного сока

1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей

2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция

4 обесцвечивание диффузионного сока

5 снижение щелочности диффузионного сока

6 отделение осадка несахаров

12. Процессы, происходящие при сульфитации диффузионного сока

1 нейтрализация и осаждение кислот в виде кальциевых солей

2 снижение концентрации извести и растворимых солей кальция

3 коагуляция коллоидных веществ

4 обесцвечивание сока

5 отделение осадка несахаров

6 снижение щелочности сока

13. Химическое соединение, применяемое при дефекации диффузионного сока

1 диоксид углерода

2 окись кальция

3 диоксид серы

4 сернокислый аммоний

5 двууглекислый кальций

14. Химическое соединение, применяемое при сульфитации диффузионного сока

1 диоксид углерода

2 окись кальция

3 диоксид серы

4 сернокислый аммоний

5 двууглекислый кальций

15. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая перевод несахаров диффузионного сока в осадок

1 основная дефекация

2 II сатурация

3 I сатурация

4 сульфитация

5 предварительная дефекация

16. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая обесцвечивание диффузионного сока

1 основная дефекация

2 II сатурация

3 I сатурация

4 сульфитация

5 предварительная дефекация

17. Технологическая операция свеклосахарного производства, обеспечивающая нейтрализацию и осаждение кислот в виде кальциевых солей в диффузионном соке

1 основная дефекация

2 II сатурация

3 I сатурация

4 сульфитация

5 предварительная дефекация

Таблица 5 - Эталоны ответов на тесты по теме 5

Технология производства сахара - многоуровневая цепочка, которая состоит из нескольких этапов:

Мытье и очистка сырья от примесей;
- получение свекловичной стружки;
- выработка диффузионного сока и его очищение;
- получение сиропа;
- выделение из сиропа сахара;
- переработка сахарной массы в сахар-песок;
- фасовка и хранение готового продукта.

Мытье и очистка

При примеси в ней составляют до 12% от общей массы, причем кроме земли и ботвы в примесях могут быть камни и даже некоторые металлические предметы. Все это необходимо отделить от полезной части плодов. Для мытья свеклы применяется барабанная свекломойка и водоотделитель, оснащенные улавливателями для примесей. Правильно выполненная мойка позволит избежать поломок последующего оборудования для производства сахара.

Произодство сахара из сахарной свеклы - получение свекловичной стружки

В соответствии с технологией производства сахара, для того чтобы произвести сироп, свеклу необходимо измельчить. Измельчение свеклы - процесс превращения ее в стружку на свеклорезках, которые с помощью диффузионных ножей, установленных на рамках, режут плоды на мелкие части. Толщина стружки в 1 мм - оптимальная толщина для дальнейшей переработки.

Внутри корпуса свеклорезки, плоды вращаются с помощью улитки, которая под действием центробежной силы прижимает плоды к режущей кромке ножей. В процессе скольжения вдоль неподвижных ножей свекла превращается в стружку, которая проходя между ножами попадает в контейнер для дальнейшей переработки. Из всего оборудования для производства сахара свеклорезки требуют самой сложно очистки с помощью сжатого воздуха, и периодической замены ножей.

Выработка диффузионного сока

Процесс извлечения сахарозы из свеклы по технологии производства сахара является достаточно примитивным - свекловичную стружку размачивают в горячей воде в промышленных диффузорах, что размягчает ее волокна и выпускает сок. Если использовать холодную воду, то белковые соединения в клетках стружки значительно замедлят процесс получения сока.

Обычно используется несколько последовательных диффузоров, для выработки более концентрированного сока. Для дальнейшей переработки диффузионный сок необходимо очистить от ставшей бесполезной свекловичной стружки. Смесь из сока и стружки помещают в пульповые ловушки, где происходит фильтрация.

Диффузионный сок, даже очищенный от остатков плодов, остается сложным многокомпонентным составом, в котором кроме сахара также содержится белок, пектин, аминокислоты и так далее. С помощью вакуум-фильтров и сатураторов производится процесс очистки сахарного сиропа от примесей.

Выделение сахара из сиропа

Сахарный сироп, полученный после очищения сока, содержит слишком много воды (до 75%), которую удаляют в выпарной установке, получая сироп, содержащий до 70% сухих веществ. После этого, согласно технологии производства сахара, с помощью вакуум-аппарата сироп сгущают до содержания сухих веществ в 93,5%, получая утфель, который после прохождения процесса кристаллизации станет обычным сахаром.

Кристаллизация сахара - завершающий этап технологического процесса производства сахара

Утфель, полученный из вакуум-аппаратов отправляется в центрифугу, где кристаллизуется, после чего высушивается горячим воздухом и через виброконвейер отправляется в сушильно-охладительную установку, после чего сортируется с помощью вибросита.

Несмотря на достаточно длинную технологическую цепочку, большая часть оборудования для производства сахара обладает достаточно простым принципом действия. Простой принцип работы отдельных аппаратов облегчает, как обслуживание, так и ремонт всех видов необходимой техники, что позволяет с достаточно небольшими затратами производить сахар в промышленных масштабах.

Сахар - практически чистая сахароза (С 12 Н 22 О 11), обладающая сладким вкусом, легко и полностью усваиваемая организмом, способствующая быстрому восстановлению затраченной энергии. Сахароза - это дисахарид, который под действием кислоты или фермента расщепляется на глюкозу и фруктозу (инвертный сахар). Сахароза может находиться в двух состояниях: кристаллическом и аморфном. По химической природе сахар является слабой многоосновной кислотой, дающей с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов соединения - сахараты.

Инвертный сахар благодаря фруктозе гигроскопичен. Он предохраняет варенье от засахаривания, замедляет процесс черствения хлеба, предохраняет от высыхания кондитерские изделия (мармелад, пастилу, зефир, помадку и др.).

Сахароза хорошо растворяется в воде, при повышении температуры ее растворимость возрастает. В растворах сахароза является сильным дегидратором. Она легко образует пересыщенные растворы, кристаллизация в которых начинается только при наличии центров кристаллизации. Скорость этого процесса зависит от температуры, вязкости раствора и коэффициента пересыщения.

Исходным сырьем для получения сахара являются сахарная свекла и сахарный тростник. Благодаря более высокой урожайности сахарного тростника по сравнению с сахарной свеклой с каждого гектара его посевов получают сахара примерно в 2 раза больше, хотя содержание сахарозы в стеблях сахарного тростника несколько меньше, чем в сахарной свекле.

Сахарная промышленность выпускает следующие виды сахара:

• сахар-песок - сыпучий пищевой продукт белого цвета (без комков), имеющий сладкий вкус без посторонних привкусов и запахов (с содержанием влаги не более 0,14 %, сахарозы не менее 99,75 %, металлопримесей не более 3 мг на 1 кг сахара, с размерами на более 0,3 мм);
• сахар жидкий - жидкий пищевой продукт светло-желтого цвета, сладкий на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,80 % для высшей категории и не менее 99,5 % для первой категории, с содержанием сухих веществ не менее 64 %);
• сахар-рафинад - кусковой прессованный сахар, рафинадный сахар-песок и рафинадная пудра белого цвета, сладкие на вкус, без посторонних привкусов и запахов (с содержанием сахарозы не менее 99,9 %, редуцирующих веществ не более 0,03 %, влаги не более 0,2 %).

Особенности производства и потребления готовой продукции

На всех сахарных заводах действует типовая схема получения сахара - песка из сахарной свеклы с непрерывным обессахариванием свекловичной стружки, прессованием жома и возвратом жомопрессовой воды в диффузионную установку, известково-углекислотной очисткой диффузионного сока, тремя кристаллизациями и аффинацией желтого сахара III кристаллизации. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 20…25 % сухих веществ, из них содержание сахарозы колеблется от 14 до 18 %. Сахарозу извлекают из свеклы диффузионным способом. Полученный диффузионный сок содержит 15…16 % сухих веществ, из них 14…15 % сахарозы и около 2 % несахаров. Чтобы избавиться от несахаров проводят очистку диффузионного сока известью (дефекация) с последующим удалением ее избытка диоксидом углерода (сатурация). Для снижения цветности и щелочности фильтрованный сок II сатурации обрабатывают диоксидом серы (сульфитация). Сгущение сока ведут в два этапа: сначала его сгущают на выпарной установке до содержания сухих веществ 55…65 % (при этом сахароза еще не кристаллизуется), а затем после дополнительной очистки вязкий сироп на вакуум-аппарате сгущают до содержания сухих веществ 92,5.. .93,5 % и получают утфель. Готовый утфель I кристаллизации центрифугируют, получая кристаллы сахара и два оттека. Сахар-песок выгружают из центрифуги с содержанием влаги 0,8… 1 % и высушивают горячим воздухом температурой 105… 110 °С до 0,14 % (при бестарном хранении массовая доля влаги в сахаре-песке должна быть 0,03…0,04 %).

Норма потребления сахарозы составляет 75г в день, включая сахар, находящийся в других пищевых продуктах.

Период уборки сахарной свеклы длится 40.. .50 сут. в году. Средняя производственная мощность одного завода составляет 2,84 тыс. т переработки свеклы в сутки с коэффициентом извлечения сахара из свеклы 72 %.

Стадии технологического процесса

Процесс получения сахара-песка на свеклосахарных заводах складывается из следующих стадий:

• подача свеклы и очистка ее от примесей;
• получение диффузионного сока из свекловичной стружки;
• очистка диффузионного сока;
• сгущение сока выпариванием;
• варка утфеля и получение кристаллического сахара;
• сушка, охлаждение и хранение сахара-песка.

Характеристика комплексов оборудования

Линия начинается с комплекса оборудования для подготовки свеклы к производству, состоящего из свеклоподъемной установки, гидротранспортера, песколовушки, ботволовушки, камнеловушки и водоотделителя, а также свекломоечной машины.

Ведущий комплекс оборудования линии состоит из конвейера с магнитным сепаратором, свеклорезки, весов, диффузионной установки, шнекового пресса и сушилки для жома.

Следующий комплекс оборудования представляют фильтры с подогревательными устройствами, аппараты предварительной и основной дефекации, сатураторы, отстойники, сульфитаторы и фильтры.

Наиболее энергоемким комплексом оборудования линии является выпарная установка с концентратором, а также вакуум-аппараты, мешалки и центрифуги.

Завершающий комплекс оборудования линии состоит из виброконвейера, сушильно-охладительной установки и вибросита.

Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы

Устройство и принцип действия линии

Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком. По длине гидравлического конвейера 1 (рисунок 1) последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6.

Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3…5 % свеклы, а при механизированной уборке комбайнами - 8… 10 %).

Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60… 100 % к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1…3 % к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.

Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5… 1,0 мм.

Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.

Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.

Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.

Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаСО 3 , который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80 % всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23.

Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСО 3 .

Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.

Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации - уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.

Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, а затем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18. Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенного сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14… 16 % в первом корпусе до 65.. .70 % (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса. Площадь поверхности нагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы в сутки составляет 10 000 м 2 .

Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32. Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется в виде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5 % воды и около 55 % выкристаллизовавшегося сахара.

Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах. Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 75…78 %, что значительно ниже чистоты утфеля.

Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды - пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокой чистоты - второй оттек.

Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50 % кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °С при перемешивании в утфелемешалках — кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства.

Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имеет температуру 70 °С и влажность 0,5 % при пробеливании паром или влажность 1,5 % при пробеливании водой.

Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36.

После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех.

Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения).

Является весьма прибыльным бизнесом. Сырьё для сахарного производства может быть из сахарного тростника, пальмового сока, крахмалистого риса, проса или свеклы. А как делают сахар из свеклы?

Изготовление сахара-песка является технологическим процессом, состоящим из нескольких ступеней:

• сбор и транспортировка свеклы на производство;
• очищение сырья от грязи и металлических предметов;
• изготовление стружки из свеклы;
• получение и очистка диффузионного сока;
• выпаривание сока до состояния сиропа;
• переработка сиропа в кристаллическую массу – утфель І;
• получение кристаллического сахара и патоки из утфеля І;
• выпаривание патоки в утфель ІІ, его разделение на мелассу и жёлтый сахар;
• очистка жёлтого сахара;
• фасовка сахарного песка.

Оборудование для сахарного производства

Производство сахара из сахарной свеклы включает в себя различные операции, напоминающие технологический процесс на обогатительной фабрике.

Оборудование для сахарной промышленности на подготовительном этапе включает в себя:

• свеклоподъёмники;
• гидротранспортёр;
• ловушки для ботвы, песка и камней;
• водоотделители;
• моечные машины для корнеплодов.

Оборудование для производства сахара основных технологических операций многочисленно:

• магнитные сепараторы для улавливания случайно попавших металлических предметов;
• конвейера с весами;
• бункера с системами желобов;
• свеклорезки центробежные, дисковые или барабанные;
• шнековый диффузионный аппарат;
• пресс;
• сушилки для жома;
• дефекатор с мешалкой;
• механический фильтр с подогревом;
• сатуратор;
• сульфитатор;
• вакуум-фильтр;
• центрифуга;
• выпаривающий аппарат с концентратором.

Для финишных операций сахарного производства нужны такие аппараты:

• вибрационный конвейер;
• сито с вибратором;
• сушилка с охладителем.

Подготовительный этап производства

Собранная свекла направляется на кагатные поля – промежуточные площадки для хранения свеклы, откуда она гидротранспортом направляется на перерабатывающий завод. Оборудование стоит под уклоном до самого завода, с установленными на нём ловушками для крупного мусора, в том числе ботвы, песка и камней. А также устанавливаются магнитные отделители, чтобы металлические предметы не попали в технологический процесс.

На заводе происходит финишная мойка сырья с последующей обработкой раствором хлорной извести – 150 гр. на 1 т свеклы. Вода используется холодная (до 18°С), чтобы не допустить потери сахарозы из плодов. Корнеплоды ленточным конвейером, на которых они обдуваются воздухом для удаления влаги, взвешивают и направляют в сборные бункера.

Сахарный комбинат

Из бункеров свекла системой желобов направляется на свеклорезки для получения стружки длиной 5–6 мм и толщиной около 1 мм. Тоньше 0,5 мм и короче 5 мм является браком, которого в стружке должно быть не более 3%.

Стружку из свеклы после взвешивания направляют в шнековую диффузионную установку для обессахаривания горячей водой. В результате получается жом и диффузионный сок, содержащий около 15% сахара, 2% «несахаров» и до 3 гр./л мезги. Сок фильтруют от мезги и с помощью извести очищают от осадка (солей кислот, белков и пектина). Этот процесс проходит в два этапа – преддефекация (длится до 5 мин.) и дефекация (10 мин.).

Чтобы дефекованный сок очистить от извести, он направляется на первую сатурацию. В сатураторе его обрабатывают углекислым газом. Известь переходит в углекислый кальций и осаждается вместе с несахарами. Сатурированный сок освобождают от осадка с помощью механических фильтров. Так как цвет диффузионного сока всё ещё тёмный, то его направляют на сульфитацию – обработку сернистым газом.

Осветлённый диффузионный сок выпаривается до состояния сиропа с влажностью 35%. Свекловичный сироп снова подвергают сульфитации до уровня рН 8,2 и содержанием сухого более 90%, фильтруют и направляют на вакуум-фильтры.

Из свекловичного сиропа получают утфель первой кристаллизации. Утфель І после мешалки подвергается центрифугированию с разделением на кристаллический сахар и так называемую зелёную патоку. Сахар промывают и подвергают обработке паром, получая сахарный песок с чистотой 99,75%.

Патоку возвращают на фильтрацию при высокой температуре с получением из утфеля второй кристаллизации жёлтого сахара и мелассы. Жёлтый сахар можно использовать в пищевой промышленности или обработать паром для получения белого сахарного песка.

При пропаривании образуется белая патока или второй оттек, который возвращают в технологическую цепочку в момент уваривания утфеля первой кристаллизации. Сахарный песок обдают разогретым воздухом для просушки до влажности 0,14%, фасуют и отправляют на склад. Мелассу используют как кормовую патоку.

Безотходное производство

Технология производства сахара из сахарной свеклы позволяет использовать продукты операций с низким содержанием сахаридов. Меласса является хорошей кормовой добавкой, из неё может быть сделано множество продуктов:

• спирт;
• лимонная кислота;
• дрожжи.

Жом от свекловичной стружки также широко используется для животных в качестве корма. Содержание сухих веществ в нём до 6%.

Чтобы улучшить возможность транспортировки и повысить кормовую ценность, жом подсушивают до 80% влажности. Если планируют его долго хранить, то сушат с помощью топочных газов до содержания воды 10%.

Изготовление рафинада

Для изготовления сахара-рафинада используют сахарный песок с содержанием сухих веществ от 99,85%, примесями несахаров не более 0,25% и цветностью 1,8. Из сахарного песка в автоклаве изготавливают сироп с содержанием сахара 73%. Сироп проходит фильтрацию и очистку от красителей с повторением этапов.

Для адсорбции применяют активированный уголь АГС-4 или порошковый уголь. Потом сладкий раствор направляют на сгущение в вакуумных установках, кристаллизуют в центрифугах.

Полученные кристаллы обрабатывают клерсом и ультрамарином и отправляют на карусельные прессы. В результате получаются брикеты, которые подвергаются сушке и разрезают на части.

Видео: Производство сахара из сахарной свёклы