ІПДО НУХТ

Новітні науково-технічні рішення в цукровій промисловості

 Сертифікат  10-15 березня 2014 р. Національний університет ”Львівська політехніка”, Інститут екології, природоохоронної діяльності та туризму ім. В.Чорновола (Львів, Україна) та Інститут біотехнології харчової промисловості та сільського господарства, Відділ цукрівництва (Варшава, Польща) провели ІV міжнародну науково-технічну конференцію «Новітні науково-технічні рішення в цукровій промисловості», в якій взяв участь співробітник Інституту післядипломної освіти НУХТ - к.т.н., професор кафедри виробництва цукру та сахаридів, Скорик Констянтин Дмитрович .

Скорик К.Д. у Львові   Учасники конференції по цукру у Львові
Скорик К.Д. у Львові                                        Учасники конференції по цукру у Львові

ВПЛИВ ПОРУШЕНЬ ТЕХНОЛОГІЧНИХ РЕЖИМІВ ВИРОБНИЦТВА НА ЯКІСТЬ ЦУКРУ

  УДК 664.1 : 658.5 

  В сучасних умовах все більшу увагу на підприємствах цукро-вої галузі приділяють підвищенню конкурентоспроможності готової продукції. Вирішення цього завдання неможливе без суттєвого та стабільного підвищення якості білого цукру. Порушення та відхи-лення від оптимальних умов проведення технологічних процесів призводять до погіршення якості цукру та підвищених втрат матеріа-льних і енергетичних ресурсів [1]. Доцільно більш детально розгля-нути основні показники якості та можливі порушення технології ви-робництва з метою попередження випуску цукру погіршеної якості.
  Кольоровість білого цукру залежить від кількісного та якіс-ного складу забарвлених речовин. Основна кількість забарвлених ре-човин, як і зольних елементів, у білому цукрі міститься у плівці ма-точного розчину, що знаходиться на поверхні кристалів. Очевидно, це може пояснити певний зв’язок між кольоровістю білого цукру і його зольністю чим вище кольоровість білого цукру, вища і його зольність. Якраз цим, імовірно, і пояснюються високі вимоги до ко-льоровості білого цукру, що використовується для приготування та-ких сильно забарвлених напоїв, як Coca-Cola, Pepsi-Cola, для яких кольоровість цукру, здавалось би, не повинна відігравати особливої ролі [2].
  Забарвлені речовини цукрового виробництва є складною су-мішшю речовин чотирьох основних груп:

  • продуктів карамелізації;
  • продуктів лужно-термічного розкладання редукувальних ре-човин;
  • меланоїдінів та
  • поліфенольних комплексів.

  Виконані останнім часом дослідження показали, що, коли на випарній установці не відбувається великого наростання кольоровос-ті, то білий цукор, отриманий у цьому разі, практично не містить продуктів карамелізації.
Важливою групою забарвлених речовин у цукровому вироб-ництві є продукти, що утворюються при лужно-термічному розкла-данні редукувальних речовин. При їх розкладанні утворюється понад 100 нових сполук, у тому числі значна кількість забарвлених сполук, структура і властивості останніх залежать від умов (температура, рН, тривалість процесу та ін.).
  Слід враховувати, що забарвлені речовини як білого цукру, так і жовтих цукрів є продуктами термічного розкладання цукрози та утворюються в технологічному процесі перероблення цукрових бу-ряків, а не натуральними сполуками буряків.
Основні причини одержання цукру підвищеної кольоровості

  • Наявність в соках моно- і поліфенолів, меланінів продуктів ферментативного окислення фенолів при надходженні на верстат зеленої маси та буряків, що виросли в посуху. Характерна ознака таких соків: червонувато-фіолетовий колір дифузійного соку, блакитнува-то-фіолетовий сатураційного.
  • Присутність меланоїдинів, які утворюються в результаті взаємо-дії редукувальних речовин, продуктів їх розкладання з амінокисло-тами, амідами, бетаїном, пептидами, аміаком. Більша кількість мела-ноїдинів зустрічається в буряках з підвищеним вмістом редукуваль-них речовин і -аміноазоту, що найчастіше буває при вегетації буря-ків у посушливих умовах.
  • Вміст -аміноазоту 0,04% до маси буря-ків є критичним для одержання білого цукру без застосування спеці-альних заходів. Кольоровість, що обумовлена меланоїдинами, прак-тично не видаляється при пробілюванні цукру в центрифугах. Вміст забарвлених продуктів розкладання цукрози і редукуваль-них речовин.
  • Утворення карамелей.

  Наростання вмісту двох останніх груп забарвлених речовин залежить від рН середовища, температури, тривалості і гідродинамі-ки процесу, питомої поверхні випарної установки, конструктивних особливостей апаратів. Кольоровість може утворюватися після су-шарки за рахунок карамелей та меланоїдинів.
  Нерозчинні домішки у білому цукрі
  Одним із показників якості білого цукру є прозорість його розчинів, тобто відсутність каламуті, обумовленої завислими речо-винами. При приготуванні розчинів білого цукру суспендовані (не-розчинні) речовини утворюють каламуть, наявність якої викликає утворення осаду в напоях при використанні такого цукру в їх вироб-ництві.
Кристали цукру, отримані з каламутного, погано профільтро-ваного сиропу не мають блиску, їх поверхня матова, товарний цукор має непривабливий зовнішній вигляд [3].
Завислі домішки складаються в основному із важкорозчин-них солей кальцію, головним чином, СаСО3, діоксиду кремнію (SiO2), осадів органічних речовин. При наявності підвищеного вмісту таких домішок у білому цукрі його кристали мають матову поверх-ню. Матовий білий цукор, як правило, дає і каламутні розчини. Вміст нерозчинних домішок у білому цукрі коливається у значних межах і залежить, в основному, від правильності проведення технологічних процесів, якості сиропу, із якого виробляють товарний цукор.
  Причини підвищеної зольності цукру
  Переробка цукрових буряків з високим вмістом золи (техніч-но недозрілих, що виросли в умовах вологого літа, уражених шкід-никами і хворобами). Такі буряки часто мають низьку натуральну лужність, солі кальцію в очищеному соку невисокі. Для них характе-рний підвищений вміст Na+, нітратів, щавлевої кислоти. Висока зо-льність буряків (понад 1% до маси буряків) частіше зустрічається в південних зонах бурякосіяння. Інколи при переробці такої сировини можлива поява білої каламуті в розчинах цукру (видима лише при розчиненні цукру). До складу каламуті входять погано розчинні солі кальцію щавлевої, лимонної та інших кислот, кремінь-кислота.
Введення лужних добавок (соди, тринатрійфосфату, їдкого натрію, інгібіторів утворення накипу). При цьому підвищується як водорозчинна зола, так і кількість нерозчинних часток. При застосу-ванні інгібіторів утворення накипу з цим явищем зіткнулися багато цукрових заводів.
Накопичення в цукрі імідосульфонату калію NHSO3K при мі-кробіологічному забрудненні в дифузійному апараті. Під дією пев-них типів мікроорганізмів нітрати цукрових буряків перетворюються на нітрити (NO3 NO2), а потім під час сульфітації із нітритів утво-рюється NHSO3K. При рН8,0 імідосульфонат накопичується в цукрі при уварюванні утфелів. У цих випадках зольність цукру може різко підвищитися протягом короткого часу, наприклад, за годину вміст золи в цукрі може зрости з 0,03% до 0,06 - 0,10%.
  Високий вміст кальцієвих солей в очищеному соку. Основ-ними джерелами утворення розчинних солей кальцію є редукувальні речовини і -аміноазот.
При правильному проведенні технологічних процесів солі кальцію можуть складати 0,01…0,02% до маси соку при вмісті в ди-фузійному соку 0,15% редукувальних речовин і 0,04% альфа-амінного азоту. При переробці таких соків вміст солей кальцію в ме-лясі повинен бути на рівні 0,5…0,6% до маси меляси. На переважній більшості цукрових заводів солі кальцію в соку значно вищі і досить часто перевищують 0,10%. Основними причинами підвищеного вмі-сту солей кальцію є: надходження на верстат заводу погано відмитих буряків; велика кількість зеленої маси; підвищений вміст пульпи в дифузійному соку; розвиток мікрофлори в дифузійному апараті та на верстаті за-воду; різні порушення оптимального технологічного режиму очи-щення соків тощо.
  Недостатньо ретельне фільтрування соків і сиропу. Це має місце на переважній більшості цукрових заводів через незабезпече-ність сучасним фільтраційним обладнанням, якісними фільтруваль-ними тканинами. На багатьох заводах відсутнє контрольне фільтру-вання соку II сатурації або сульфітованого соку.
Проведення уварювання і центрифугування утфелів в неоп-тимальних умовах. Незадовільна якість води, яка використовується для пробілювання цукру в центрифугах. Потрапляння забруднень у сушарку при поганій фільтрації повітря.
Для забезпечення випуску білого цукру з мінімально можли-вим вмістом золи необхідно:
Систематично проводити роботу з постачальниками цукро-вих буряків для поліпшення технологічних якостей буряків. Сиро-винним і заводським лабораторіям визначати -амінний азот (фото-метричним методом на КФК-3), вміст редукувальних речовин.
З метою зниження зольності буряків та цукру слід зменшити кількість незрілих буряків (за рахунок вирощування ранньостиглих сортів, скорочення доз азотних добрив). В технічно незрілій сировині вміст нітратів перевищує 250 мг/кг буряків, вміст натрію близько 3…4 мг-екв. на 100 г буряків.
При хіміко-технічному і мікробіологічному контролі дифу-зійного процесу не обмежуватися лише визначенням рН в дифузій-ному соку і по довжині (висоті) апарату. Внаслідок високої буферно-сті дифузійного соку падіння рН спостерігається лише при дуже си-льному розвитку мікрофлори. Слід визначати вміст молочної кисло-ти і нітритів в нормальному і дифузійному соках. Стан мікробіологі-чного забруднення на верстаті заводу значною мірою можна визна-чити за результатами визначення вмісту нітритів у цукрі.
Визначати причини підвищеного вмісту солей кальцію в со-ках I і II сатурації, сульфітованому сиропі, сиропі з клеровкою, мелясі.
Для зменшення вмісту солей кальцію необхідно: проводити ретельне відмивання і дезінфекцію буряків; зменшити надходження на верстат зеленої маси (гичка, бур’яни); забезпечити ефективне видалення пульпи з дифузійного соку (до вмісту 1 г/л); витримувати на попередній дефекації оптимальне рН20, яке визначають за швидкістю осадження СаСО3 в соку попередньої де-фекації. При рН20 11,0 краще осаджуються солі щавлевої, лимонної і винної кислот; працювати з мінімально можливим повертанням СаСО3 на переддефекацію, замінити повертання соку I сатурації на згущену суспензію; не допускати розвитку мікроорганізмів у горизонтальних пе-реддефекаторах типу Бригель-Мюлера, виконувати спеціальний тест на забрудненість мікроорганізмами; намагатися скорочувати до оптимальної тривалість гарячої дефекації, щоб знизити пептизацію білково-пектинового осаду; підтримувати на I сатурації лужність вище лужності, визна-ченою за швидкістю осадження СаСО3 в соку I сатурації. При цьому краще видаляються силікати, MgCO3, нітрати, сульфати; не допускати надходження на II сатурацію каламутного соку I сатурації.
Слід враховувати, що інколи каламутність соку пов’язана не з присутністю СаСО3, а з надходженням у переробку погано відмитих буряків. На тканині в фільтрах відкладається темно-коричневий осад, що містить кремній, алюміній, магній, складові частини ґрунту;
витримувати на II сатурації по можливості лужність, яка від-повідає мінімальному вмісту солей кальцію. Чим більша різниця зна-чень фактичного рН і рН, що відповідає мінімуму солей кальцію, тим більше ймовірність відкладення осадів в II і III корпусах випарної установки, підвищення зольності цукру, одержання каламутних розчи-нів; додавати вапно на II сатурацію; використовувати дозрівачі соку II сатурації для зменшення пересичення СаСО3 в соках;
Якщо завод може отримувати якісний цукор без сульфітації, то її необхідно припинити з метою зменшення зольності цукру, ступеня загоряння випарки (солі CaSO3, CaSO4). Не допускати надходження каламутних соків на сульфітацію. При надходженні СаСО3 на сульфітацію неминуче утворення CaSO3, CaSO4; вважати за доцільне проведення контрольної фільтрації соку II сатурації. При надходженні на II сатурацію каламутних соків, при ви-сокому вмісті MgCO3 у вапняковому камені вапно на II сатурацію додавати недоцільно. Забезпечувати ретельне фільтрування сиропу (із застосуван-ням фільтрувальних порошків не лише для намиву шару, а і для по-точного дозування в процесі фільтрування). Посилити контроль каламутності сиропу, зольності цукру, особливо при роботі заводу з інгібіторами утворення накипу, при за-стосуванні нових видів тканин.
Якщо вміст солей кальцію в соку II сатурації перевищує 0,20% на 100 г сухих речовин соку, то при застосуванні інгібіторів утворення накипу підвищуються ризики погіршення якості продукції в зв’язку зі зростанням зольності та каламутності розчинів цукру.
Зменшувати тривалість уварювання утфелів, уварювання проводити при понижених температурах, попереджати утворення "друз", дрібних кристалів, конгломератів. Ретельно видаляти міжкристалічний розчин при центрифугу-ванні, забезпечити постійний контроль якості води для пробілюван-ня. Обмежити контакт цукру з атмосферним повітрям, в якому може міститися пил, частки висушеного жому, вапняку, вугілля та ін. Фільтрувати повітря, що використовується для сушіння цукру.
Забезпечувати ефективне видалення феродомішок із цукру (застосовувати сепаратори з постійними магнітами). Виключити додавання вапна в мішалки утфелю останнього ступеня кристалізації.
Інколи візуальна каламутність цукрових розчинів пов’язана не з вмістом мінеральних домішок, а з наявністю в цукрі сапоніну і декстрану.
  Попередження мікробіологічного забруднення цукру
  Вміст різних видів мікроорганізмів у цукрі є також одним із показників його якості. Причому на ряді виробництв це один із най-важливіших показників якості цукру. В кристалічному цукрі мікроо-рганізми містяться як всередині кристалів цукру, куди вони потрап-ляють з крапельками міжкристалічного розчину, так і на їх поверхні у плівці маточного розчину.
У технологічному процесі більша частина мікроорганізмів, що пройшли дефекацію і сатурацію, за виключенням спор, затриму-ється фільтраційним осадом, який працює як біологічний фільтр. На подальших етапах технологічного процесу боротьба з мікроорганіз-мами провадиться, головним чином, впливом підвищеної температу-ри. Застосування на цих етапах засобів дезінфекції обмежене.
В кристалізаційному відділенні особливу увагу слід приділя-ти афінаційному відтоку, в якому міститься на порядок більше мік-роорганізмів, ніж у цукрі, що афінується. У мішалках-кристалізаторах і центрифугах джерелами інфікування є повітря, ро-злитий утфель, відтоки і вода для пробілювання.
У зв’язку з тим, що на цукровому заводі повітря постійно на-сичене цукровим пилом і бризками рідин, які містять цукор, то тру-бопроводи і поверхні збірників часто покриваються слизом і плісня-вою. При підсиханні слизу спори бактерій і пліснявих грибів розно-сяться потоками повітря по приміщенням заводу і стають вторинни-ми джерелами інфікування. Бактерії, дріжджі, плісняві гриби можуть розмножуватися на кришках, стінках і днищах збірників. Усі розбав-лені цукрові розчини (розливи тощо) значно інфіковані і підвищують кількість мезофільних мікробів. У процесі сушіння цукру кількість мікробів зростає, якщо атмосферне повітря недостатньо профільтро-ване й очищене.
  Причини та попередження утворення пластівців
  В останні роки все більше вітчизняних цукрових заводів про-водять додаткові перевірки виробленого цукру на утворення пластів-ців у підкислених розчинах (так званий флок-тест). Ця перевірка є обов’язковою при вхідному контролі цукру виробниками безалкого-льних напоїв. Контроль за наявністю пластівців у розчинах цукру до-зволяє підвищити якість готової продукції, особливо при поставках для виробництва безалкогольних напоїв і кондитерських виробів.
На відміну від каламутних (непрозорих) безалкогольних чи слабоалкогольних напоїв чи напоїв на основі фруктових соків, доці-льно згадати про зміни оптичних властивостей через утворення плас-тівців у прозорих прохолоджувальних напоях. Мова йде про коагу-ляцію незначної інтенсивності, яка, проте, може ставати причиною рекламацій (ці пластівці можуть утворюватися і в каламутних напо-ях, але вони "злипаються" із часточками фруктів і споживач їх прос-то не помічає). Осади, про які йде мова, з’являються лише через зна-чний проміжок часу після розливу напоїв. Процес формування плас-тівців може продовжуватися кілька днів чи тижнів; їх помічають, ко-ли напій уже знаходиться у торговельній мережі чи у споживача. Слід насамперед з’ясувати, чи осади утворюються через розвиток мікроорганізмів у напої, чи це пов’язано з низькою якістю цукру. В останньому випадку причиною утворення флокул є високий вміст поверхнево-активних речовин або поліцукрів.
На появу пластівців у розчині цукру з буряків найбільшою мірою впливають сапоніни. Сапонін це карофілін--D-глюкуронід, який належить до тритерпенового класу. Соляний комплекс цього глюкозиду і вільного карофіліну знаходиться в цукрових буряках. Вміст сапонінів у цукрових буряках складає 0,1…0,8%. Їх концент-рація залежить від часу збирання, стиглості цукрових буряків, складу ґрунту та ін.
В дифузійний сік переходить до 40% сапонінів, що становить відповідно 0,1…0,3% до маси соку. Якщо величина рН води, яка на-дходить на дифузійну установку, низька (рН = 5,6…5,8), то сапоніни гідролізуються і карофілін частково виводиться зі стружкою, а част-ково під час очищення соку.
На дефекації значна частина сапонінів знаходиться в осаді у формі кальцієвих солей. Збільшення кількості вапна, підвищене рН, сприяють видаленню сапонінів на I сатурації. При додаванні вапна на II сатурацію ефект видалення сапонінів збільшується. При правильному проведенні дефекосатурації видаляється до 98% сапонінів. Кількість видалених сапонінів залежить від їх вмісту в дифузійному соку, кількості вапна, що дозується при очищенні соку, а також луж-ності соку I сатурації.
Велика поверхнева активність сапонінів призводить до вклю-чення його в кристали цукру. Близько 1% сапонінів, що знаходяться в утфелі, потрапляють до кристалів цукру, а основна їх частина на-копичується в мелясі (біля 1000 мг/кг меляси). Щоб зменшити вміст сапонінів у цукрі, рекомендується підвищити рН утфеля до величини 8,5.
За останні роки в цукровій галузі України намітилася позити-вна тенденція щодо збільшення випуску якісного цукру I та II кате-горії. Якщо у виробничий сезон 2012 р. цукру I категорії вироблено 1,7%, то в сезон 2013 р. – вже 9,4% від загального обсягу готової продукції (див. таблицю). Причому в останній сезон до трьох цукро-вих заводів, які в 2012 році випускали цукор I категорії (ТОВ «Агро-фірма «ім. Довженка» ВП «Яреськівський цукровий завод», ТзОВ «Радехівський цукор» і ТОВ «Хмільницьке» ВП «Жданівський цук-ровий завод»), приєдналися іще два підприємства – ВАТ «Новоіва-нівський цукровий завод» і ТОВ «Юкрейніан Шугар Компані». Ви-робництво цукру II категорії також суттєво підвищилося: 24,4% у 2013 р. порівняно з 8,7% у 2012р. Незважаючи на те, що в 2013 р. працювало всього 38 цукрових заводів, помітно збільшися кількість підприємств, які можуть випускати цукор, що за якісними показни-ками задовольняє сучасні потреби ринку. Завдяки цьому, вітчизняна цукрова галузь сумарно в сезон 2013 р. випустила 33,4% цукру I та II категорії, що майже втричі більше, ніж було в сезоні 2012 року (10,4%).
Таким чином, з метою забезпечення конкурентоспроможнос-ті вітчизняного цукру слід довести його показники до рівня, що від-повідають як мінімум другій категорії якості згідно з вимогами ДСТУ на цукор білий. Для цього потрібно працювати на кондицій-них буряках, проводити процеси в оптимальних умовах, застосовува-ти сучасні технології та обладнання, попереджати виникнення при-чин та порушеннь технологічних регламентів, які призводять до по-гіршення якості білого цукру. Всі вказані заходи дозволять підняти рівень цукрової промисловості та забезпечити високу якість цукру.

Література
1. Правила ведення технологічного процесу виробництва цукру з цук-рових буряків. Правила усталеної практики 156.83-37-106:2007. – К.: вид-во «Цукор України». 2007, 419 с.
2. К.Д. Скорик. Якість цукру: вимоги, контроль, менеджмент: Навч. Посібник. / Скорик К.Д. // – К.: «Сталь», – 2009. – 99 с.
3. Н.И. Липская. Качество сахара и пути его повышения (рекоменда-ции) / Липская Н.И., Турбан Т.И. – Минск: – Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», – 2008. – 78 с.