Технологія виробництва цукру

В цукровому виробництві дифузійний процес уявляє собою складний комплекс. Спочатку відбувається дифузія цукру з розірваних при розрізанні буряка в стружку клітин (вільна дифузія), потім починається проникнення води в клітинний сік (осмос) і після нагрівання стружки до 60⁰С (обшпарювання) починається основний процес вивільнення цукру з вакуолею клітин буряка дифузійний сік (діаліз).

Процес отримання дифузійного  соку має ряд природніх обмежень. Відбір соку складає 115-130%, тобто зі 100 кг стружки добувають 115-130 кг соку. При більшому відборі збільшуються витрати води на знецукрення стружки і збільшуються витрати палива та електроенергії на випарювання зайвої води при згущенні соку.

В активній частині дифузійної установки підтримують температуру 70-75⁰С. Оскільки при t>75⁰С відбувається набухання пектинових речовин, і знижується щільність стружки, а при t<70⁰С інтенсивно розвиваються мікроорганізми, що призводять до псування стружки.

Очищення дифузійного  соку. В процесі дифузії зі 100 кг цукрового буряка отримують 115-130 кг дифузійного соку, який містить 16-17% сухих речовин, з них 14-15% складає сахароза, а 1-2% нецукристі речовини.

Дифузійний сік майже  чорного кольору, дуже піниться, має  кислу реакцію (рН 6,0-6,5, містить кліткову тканину, розчинні нецукри , що заважають кристалізації сахарози й збільшують її втрату з меласою.

Все це робить неможливим отримувати з нього цукор шляхом безпосереднього випарювання води і кристалізації сахарози й вимагає  очищення соку. Взагалі очищення відбувається в декілька стадій:

1. дефекація – обробка соку вапном;
2. перша сатурація – обробка соку диоксидом вуглецю для видалення залишків вапна; фільтрування
3. друга сатурація;
4. фільтрування
5. сульфітація – обробка соку сірчаним газом.

1. Дефекація. При дефекації  відбувається нейтралізація фосфорної, щавелевої, лимонної, винної та інших кислот й їх осадження у вигляді нерозчинних солей кальцію.

При дефекації створюються  оптимальні умови для утворення  щільного осаду, що добре фільтрується. Сік оброблюють вапняним молоком  з розрахунку загальної витрати вапна в перерахунку на СаО 2,5% до загальної маси буряка. Температура процесу дефекації має становити 88-90⁰С протягом 10 хвилин.

Дефекація проводиться  в дефекаторі, що представляє собою  циліндричну посудину з конічним дном. Усередині дефекатора є вал  з лопатною мішалкою і 4 контрлопаті, що визивають енергійне перемішання сока з вапняним молоком. Дифузійний сік і вапняне молоко поступають в нижню частину дефекатора, перемішуються й через верхній патрубок направляються на наступну стадію.

2. Перша сатурація. Одразу після дефекації сік разом з осадом потрапляють в сатуратор, де через нього продувають сатураційний газ, що містить 30-36% СО₂. В соку, що надходить на першу сатурацію, близько 10% вапна знаходиться в розчині, а 90% - у вигляді осаду. При продування СО₂

майже все вапно випадає  в осад у вигляді вуглекислого кальцію (СаСО₂). Чим більше утворюється СаСО₂ і чим менше його часточки, тим повніше відбувається очищення соку. Кінцева лужність соку першої сатурації складає 0,08-0,1% СаО, що відповідає рН=11.

Перша сатурація відбувається в протитічному сатураторі – циліндричній посудині з конічним дном та розширеною верхньою частиною, для того, щоб  сік не пінився. Дефекований сік  подається зверху, а насичення  газо відбувається при подачі його знизу. Чим більша швидкість сатурації, тим менше часточки осаду і вище їх адсорбційна здатність. Сатурацію проводять при температурі 80-85⁰С протягом 10 хвилин.

Відсатурований сік  відводиться з нижньої частини  сатуратора через контрольний переливний бак, який ділиться на два потоки – один повертається на дефекацію, а другий – на фільтрування.

3. Друга сатурація.  На другу сатурацію потрапляє  добре відфільтрований сік першої  сатурації для подальшого видалення  вапна та солей кальцію, присутність  яких погіршує процеси варіння  соку, призводить до утворення накипу на стінках випарних апаратів, збільшує втрату цукру.

Для розкладення СаСО₂ і утворення СаСО₃ II сатурацію ведуть при температурі кипіння соку 101-102⁰С протягом 10 хвилин.

Апарати II сатурації практично  не мають розширення верхньої частини, оскільки помітного спізнення не відбувається.

4. Фільтрування соку. Сік у процесі очищення фільтрують  декілька разів: після I та II сатурації,  а також фільтрують сироп після  згущення соку у вакуум-апаратах.

Фільтрування соків  після I та II сатурації проводять для видалення часточок, що не випали в осад. Сік I сатурації має вміст твердих часточок близько 5%, сік II сатурації – 0,-0,5%.

Рушійною силою фільтрування э різниця тисків по обидві сторони  фільтрувальної перегородки. При цьому  на одній стороні перегородки повинен бути надлишковий тиск або вакуум, а на іншій – атмосферне. Максимальним надлишковим тиском для сатурації є тиск у 0,3-0,4 МПа.

5. Сульфітація соку. Останньою  стадією очищення дифузійного  соку є сульфітація, тобто обробка  соку диоксидом сірки. Ціль сульфітації – знебарвлення соку, а також його знезараження.

Сульфітація соку проводиться  в орошальних сульфітаторах. Коефіцієнт використання диоксиду сірки складає 98%, оптимальне значення рН сульфітаційного  соку – 8,5-8,8.

Не дивлячись на достатньо складний комплекс дій по очищенню дифузійного соку , виходить відділити лише 35-40% нецукрів соку. Інші 60-65% переходять в меласу, знижуючи вихід цукру.

Згущення соку до сиропу. Отриманий очищений сік містить 15-16% сухих речовин, з яких 14-15% складає сахароза. Щоб виділити сахарозу необхідно згустити сік і отримати перенасичений цукром розчин. Цю операцію проводять у два етапи: спочатку сік згущують до вмісту сухих речовин 65%, при якому сахароза не кристалізується. Після повторного очищення сік повторно концентрують (випарюють) до вмісту сухих речовин 92,5-93,5%. Всього при згущенні з очищеного соку видаляють 110-115% води до маси буряка. Розділення процесу згущення на два етапи – згущення соку випарюванням та варіння утфеля – викликано тім, що на першому етапі процес ведуть із застосуванням багатокорпусних апаратів, що дозволяє знизити питомі витрати палива майже в 2,5 рази.

Після згущення сиропу до вмісту сухих  речовин 65% проводять його очищення. Очищений сироп направляють у  вакуум-апарати для отримання й варіння утфеля.

Уварювання сиропу та відтіків до утфелів, отримання кристалічного  цукру. Очищений сироп, що містить 65% сухих  речовин, потрапляє на подальше уварювання. Продукт, який отримали після уварювання сиропу, називають утфелем і містить близько 7,5% води і близько 55% цукру, що кристалізувався.

Уварювання утфеля проводять періодично в вакуум-апаратах у чотири стадії:

1. згущення сиропу до перенасичення розчину;
2. заводка кристалів цукру (утворення центрів кристалізації сахарози);
3. нарощування кристалів цукру;
4. кінцеве згущення та спуск утфеля.

Згущення сиропу в  вакуум-апаратах починають при залишковому  тиску 0,02 МПа при низькій температурі  кипіння 67-70⁰С, щоб попередити карамелізацію сахарози. По мірі згущення сиропу до 80-82% сухих речовин температура його кипіння підвищується до 73-75⁰С.

Своєчасна заводка кристалів і  своєчасне зупинення їх утворення  має важливе значення. Тому, як тільки в утфелі з’являється достатня кількість  центрів кристалізації, заводку  зупиняють. Подальше нарощування (збільшення розмірів) кристалів ведуть при залишковому тиску 0,02 МПа при температурі 75⁰С.

Коли кристали сахарози досягнуть  необхідної величини, утфель доводять до максимально можливої концентрації сухих речовин 92,5%, при цьому його температура не повинна перевищувати 75⁰С.

Центрифугування утфеля, відбілення та сушка цукру-піску. Уварений туфель одразу ж центрифугується. Для цього використовують автоматизовані центрифуги. Центрифугування відбувається під дією цонтробіжної сили. На поверхні кристалів цукру залишається тонка плівочка, що надає кристалам жовтуватого кольору. Щоб видалити її, тут в центрифузі ведуть очищення артезіанською водою (витрати 3-3,5% до маси утфеля).

Цукор-пісок після  центрифугування має вологість 0,8-1,2%.

Для сушіння цукру-піску  використовують апарат з двома барабанами, що обертаються. Всередині, на стінках, закріплені залізні лопатки. При обертанні барабанів цукор-пісок пересипається й пересувається по барабану. До першого сушильного барабану вентилятором подається гаряче повітря. До другого – очищене холодне повітря для охолодження цукру-піску. Охолоджений цукор-пісок направляють на упакування.

2.3 Пакування.

Згідно ГОСТ 21-94 пакування  цукру відбувається механізованим  способом.

Цукор-пісок фасують  в паперові або поліетиленові  пакети масою нетто 0,5 та 1,0 кг. Допустимі  відхилення від середньоарифметичного значення маси нетто пакетів з цукром не повинні перевищувати ±2,0%.

Цукор-пісок фасують  в пакетики з художнім оформленням  масою нетто 5-20 г, які виготовлено  з комбінованого матеріалу (папір  з поліетиленовим покриттям) за діючою нормативною документацією або з імпортного паперу, рівнозначному за показниками якості і дозволеним до застосування органами охорони здоров’я.

Допустимі відхилення від  середньоарифметичного значення маси нетто не повинно перевищувати ±3,0%.

Поліетиленові пакети повинні бути виготовленні з поліетиленової плівки, що дозволена до застосування органами охорони здоров’я, за ГОСТ 10354, паперові – з двох шарів паперу: внутрішнього та зовнішнього. Для внутрішнього шару застосовують папір марки Д та Е-П для упакування продуктів на автоматах за ГОСТ 7247, папір для обгортання марки В та Д за ГОСТ 8273, етикетний папір марки А за ГОСТ 7625 або інші рівнозначні за показниками якості марки паперу, що дозволені до застосування органами охорони здоров’я. Маса паперу площею 1 м² повинна бути не менше 70 г.

Також цукор-пісок пакують  масою нетто 50 кг:

• в нові тканні мішки за ГОСТ 8516 і рівнозначні за показниками якості мішки, що дозволені до застосування органами охорони здоров’я, що забезпечують зберігання продукції;
• в сухі чисті тканні мішки, що повертаються, першої та другої категорії;
• в тканні мішки з вкладишами – поліетиленовими товщиною не більше 0,100 мм, розміром 109 см х 59 см за ГОСТ 19360.

Допускається використовувати  мішки третьої категорії та імпортні мішки, що не мають сторонніх запахів і дозволені до застосування органами охорони здоров’я. Цукор не повинен просипатися крізь тканину мішків.

Цукор-пісок також  пакують масою нетто 1,0 т в м’які  спеціалізовані контейнери типу МКР-1,0С  за діючою нормативною документацією, з поліетиленовими вкладишами з плівки за ГОСТ 10354 марки 108-06 харчова.

На кожен мішок з  цукром повинен бути прикріплений ярлик  з відходів білої або світлої  тканини суворого льняного полотна, синтетичного нетканого матеріалу  на основі лавсану, розміром 9 см х 5 см. Ярлик накладається на горловину мішка й прошивають одночасно з мішком.

2.4 Зберігання.

Згідно ГОСТ 26907-86 тривалому  зберіганню підлягає цукор-пісок та цукор-рафінад, упаковані в тару або без пакування.

Строки зберігання цукру  в упаковці встановлюють для цукру-піску:

- на складах, що отоплюються – до 8 років,

- на складах, що не отоплюються – від 1,5 до 4 років, залежно від кліматичних умов та виду тари.

Строки зберігання цукру  в упаковці встановлюють для цукру-рафінаду:

- на складах, що отоплюються – до 8 років,

- на складах, що не отоплюються – до 5 років.

Температура цукру, що тривало  зберігається, не повинна перевищувати 25⁰С.

Цукор зберігають окремо від харчів, що можуть зіпсувати  його якість.

На кожному етапі  виробництва цукру повинна дотримуватися технологія та умови виробництва ( t, Р, , рН та інше). Весь технологічний процес виготовлення цукру викладено у таблиці 2.

Таблиця 2. Аналіз технологічного процесу виробництва цукру.

Етап	Технологічна операція	Параметри	Фізико-хімічні зміни	Мета, яка досягається
Первинна обробка	Доставка на завод	Рводи=0,2-0,3 МПа, Витрата = 600-700% до маси буряка	Доставка, попереднє очищення від домішок	Доставлення на завод, очищення від домішок
	Мийка	t=15-200 С	Очищення від домішок, що залишилися	Очищення від домішок  для подальшої переробки
	Подрібнення в стружку	Товщина 0,5-1 мм, Ширина – 2,5-3 мм	Механічне подрібнення  в стружку	Подрібнення в стружку  для отримання дифузійного соку
Теплова обробка	Отримання дифузійного  соку	Відбір соку = 115-130%, t=70-750С, рН=6,0-6,5	Видобування сахарози шляхом нагрівання суміші (обшпарювання)	Отримання однорідної суміші з подальшим вилученням сахарози
	Очищення дифузійного  соку
	дефекація	Wвапна=2,5% до заг. маси буряка, t= 88-900С, =10 хв.	Обробка вапняним молоком, утворення осаду	Нейтралізація фосфорної, лимонної, винної кислот
	I сатурація	t= 80-850С, =10 хв. рН= 11	Обробка сатураційним газом, очищення соку від вапняного молока	Очищення соку від  вапняного молока
Продовження таблиці 3
	II сатурація	t= 101-1020С, =10 хв.	Розкладання СаСО2 і утворення СаСО3	Видалення вапна та солей  кальцію
	Сатурація	рН=8,5-8,8	Обробка соку диоксидом  сірки	Знебарвлення та знезараження соку
	Згущення соку до сиропу	Вміст сухих реч. = 92,5-93,5%,	Видалення води (110-115%) з  буряка	Згущення для подальшої  кристалізації.
	Уварювання сиропу	Р=0,02 МПа, t= 67-70ˆ73-750С,	Утворення кристалів  цукру при уварювання	Отримання кристалів  цукру
	Центрифугування	t= 70-950С, вологість= 0,8-1%	Відцентровування сиропу, отримання цукру	Отримання цукру
Пакування	Пакування	т=0,5, 1,0, 50,0, 1000,0 кг	Автоматизоване пакування  цукру	Пакування для зберігання та реалізації
Зберігання	Зберігання	t= 250С, =8 років на складах, що опалюються, =1,5-4 роки на складах, що не  опалюються		Довготривале зберігання