автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Разработка ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сырца

! На правах рукописи

005006334

ВОРВУЛЬ Артем Георгиевич

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И ТРОСТНИКОВОГО СЫРЦА

05.18.05 - Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур

1 5 ДЕН 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2011

005006334

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук Решетова Раися Степановна

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Дончснко Людмила Владимировна

кандидат технических наук Гаврилов Алексей Михайлович

Ведущая организация:

Государственное научное учреждение «Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии»

Защита состоится 27 декабря 2011 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-251.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 27 ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета канд. техн. наук

В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность проблемы. Согласно поручению Президента Российской Федерации Д.Л. Медведева Минсельхозу РФ при разработке Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2017 гг. необходимо предусмотреть мероприятия по технической и технологической модернизации в пищевой, в том числе и сахарной промышленности, внедрению в производство современных инновационных технологий в целях снижения стоимости готовой продукции на потребительском рынке.

На основании вышеизложенного и учитывая то, что в настоящее время значительная часть сахара (более 40%) производится из зарубежного сырья -тростникового сахара-сырца, в комплексе мер по повышению эффективности сахарного производства целесообразно рассмотреть технологию совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, позволяющей сократить удельный расход рабочей силы и топлива, снизить себестоимость готовой продукции, значительно увеличить годовую выработку сахара. Однако, до настоящего времени совместная переработка сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца не нашла широкого применения на отечественных свеклосахарных заводах, из-за отсутствия универсальных и рациональных способов её осуществления с технологической и экономической точек зрения. В связи с этим, разработка принципиально новой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, обеспечивающей более эффективное использование производственных материалов, оборудования и энергоресурсов, позволяющих снизить себестоимость товарного сахара, является актуальной.

1.2 Цель и задачи исследований. Целью работы явилась разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение, систематизация и анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

- разработка эффективного способа повышения степени удаления несахаров из диффузионного сока;

- определение оптимального соотношения компонентов смеси из сиропа, получаемого из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца, для совместной известково-углекислотной очистки (ИУО);

- исследование эффективности совместной ИУО сиропа, получаемого из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца;

- определение оптимальных параметров ИУО концентрированных сахаросодержащих полупродуктов;

- исследование влияния электромагнитного поля крайне низких частот (ЭМП КНЧ) на технологические показатели сахарной свеклы при храпении;

-определение воздействие ЭМП КНЧ на эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, качественный состав получаемых сахаросодержащих полупродуктов и выход сахара;

- исследование влияния предварительной обработки сахаросодержащего сиропа ЭМП КНЧ на развитие микрофлоры при его храпении;

- разработка способов повышения эффективности работы продуктового отделения сахарного завода;

- разработка ресурсосберегающей технологии переработки сахарной свеклы, включающей технологическую схему совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

- оценка экономической эффективности от внедрения в производство предлагаемой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность совместной ИУО смеси сиропа из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца, позволяющей снизить технологические затраты материалов и энергоресурсов на производство сахара.

Экспериментально определены и оптимизированы параметры технологических режимов совместной ИУО смеси сиропа из сахарной свеклы, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара конечного утфеля.

Определены оптимальные параметры ЭМП КНЧ для обработки свекловичной стружки перед диффузией, при которых наблюдается максимальное извлечение сахарозы.

Выявлено положительное воздействие ЭМП КНЧ на стабильность физико-химических свойств концентрированных сахаросодержащих растворов при их хранении за счет подавляющего воздействия ЭМП КНЧ па развитие микрофлоры в данных растворах.

Научно обоснована и разработана ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, обеспечивающая снижение расхода вспомогательных материалов и повышение выхода готовой продукции.

Научная новизна предлагаемых технических и технологических решений подтверждена патентами РФ на изобретение № 2398885 «Способ извлечения сахарозы из свекловичной стружки» и на полезную модель № 109462

«Технологическая схема совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца».

1.4 Практическая значимость и реализация результатов исследования.

Разработан способ совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, основанный на подаче клеровки сахара-сырца на совместную ИУО с сиропом после III корпуса пятикорпусной выпарной установки (1ШУ). Способ апробирован в производственных условиях.

Установлено положительное воздействие ЭМП КНЧ на сохранность корнеплодов сахарной свеклы и эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, позволяющее увеличить выход сахара па 0,4-0,5 % к массе свеклы. Эффективность данного способа подтверждена производственными испытаниями на ОАО «Кристалл-2» (Краснодарский край).

Разработана и предложена к внедрению ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца с возможным выводом сахарного сиропа после выпарной установки на хранение.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разработанной ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца составит 1490 руб. дополнительной прибыли на 1 т товарного сахара.

1.5 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены на: III научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2008 г.), на VII Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Республика Беларусь, г. Могилев, 2009 г.), па Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья» (г. Геленджик, 2011 г.), на Международной научно-практической конференции «О проблемах обеспечения сохранности, качества и безопасности материальных ценностей, поставляемых на длительное хранение в государственный резерв с учетом современных инновационных технологий» (г. Москва, 2011 г.), на ежегодных научных семинарах кафедры «Технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, габака» КубГТУ (2007-2011 гг.).

1.6 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента РФ: на изобретение и полезную модель.

1.7 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Основная часть

работы изложена на 137 страницах, содержит 24 рисунка и 19 таблиц. Список литературы включает 180 источников, в том числе 18 - зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали корнеплоды сахарной свеклы, свекловичную стружку, диффузионный сок, сахарный сироп, полученный из свеклы и соответствующий по концентрации СП сиропу после Ш корпуса ИВУ, сироп после ПВУ, первый оттек утфеля I, клеровку тростникового сахара-сырца, клеровку желтого сахара утфеля III, смесь сиропа, клеровки тростникового сахара-сырца и желтого сахара утфеля III, белый сахар-песок (товарный сахар).

2.2 Методы исследований. При проведении экспериментальных исследований использовали общепринятые в пищевой промышленности методы исследований, в том числе предусмотренные Инструкцией по химико-гехнологическому контролю сахарного производства (Киев: ВНИИСП. 1983 г.).

Содержание сахарозы определяли поляриметрическим методом на сахариметре марки СУ-5; содержание сухих веществ определяли рефрактометрическим методом на рефрактометре марки УРЛ-2; значения рН-среды определяли потенциометрическим мономером рН-150М; содержание солей кальция - комплексометрическим методом; содержание высокомолекулярных соединений - методом А.В. Думанского и С.Е. Харина; содержание редуцирующих веществ - методом Мюллера; цветность - фотометрическим методом на спектрофотометре КФК-3; щелочность растворов - методом кислотно-основного титрования с использованием бюретки Капуса.

Статистическую обработку полученных результатов исследований проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью программ Microsoft Office Excel 2007 и Statis-tica 6.0 for Windows. Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Повышение степени удаления несахаров из диффузионного сока. Известно, что при очистке более концентрированных сахаросодержащих растворов эффективность использования адсорбционных свойств карбоната кальция но общим иесахарам возрастает в 4-5 раз, что равносильно увеличению расхода извести на очистку сока на 1-1,2%. Это служит обоснованием возможности достижения больших суммарных эффектов очистки при меньших затратах извести.

В связи с чем, проведены лабораторные исследования по определению целесообразности переноса II сатурации с дополнительной дефекацией перед ней на очистку сиропа после III корпуса Г1ВУ по схеме, представленной па рисунке 2.

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

Известково-углекислотную очистку диффузионного сока в экспериментальных исследованиях проводили по трем вариантам.

В первом варианте (контрольный) предварительную и основную дефекацию проводили в горячем режиме. Расход извести па преддефекацию составлял 0,3 % СаО к массе свеклы, на основную дефекацию - 2,0 % СаО к массе свеклы. Очищенный сок сгущали до концентрации СВ 64-65 %.

Во-вгором, преддефекацию и основную дефекацию осуществляли аналогично первому варианту, но с меньшим расходом извести на основную дефекацию - 1,5% СаО к массе свеклы. Далее проводили карбонизацию (снижение щелочности дефекованного сока на 20 %), смешивали одну часть

(Диффузионный сок^)

Подогрев (I = 80-85 С)

Вариант 1

Предварительная дефекация (рН = 10,8-11,2)

I

Основная дефекация

Г Вариант 2 ) I

I сатурация

Основная дефекация

I

Карбонизация

Отделение осадка

Подогрев 0=75°С) Смешивание

1 I сатурация

Глубокое пересатурирование (рН = 7,2)

Отделение осадка

Подогрев (1 = 90 °С)

Подогрев (X = 90 °С)

Дополнительная дефекация

Дополнительная дефекация

1

II сатурация

Отделение осадка

Вариант 3 ^

Основная дефекация

Карбонизация

Смешивание

Сатурация

Глубокое пересатурирование (рН = 7,2)

Отделение осадка

X

Подогрев й = 90-95 "О

Выпаривание (СВ = 50-52%)

Дополнительная дефекация

II сатурация

Выпаривание (СВ = 64-65%)

I

Отделение осадка

Очищенный сироп

Смешивание

I

Выпаривание (СВ = 64-65%)

Сатурация

Глубокое пересатурирование (рН = 7,2)

(Очищенный сирогГ)

Отделение осадка

I

Выпаривание (СВ = 64-65%)

(^Очищенный сироп^)

Рисунок 2 - Схема проведения ИУО диффузионного сока

карбонизированного сока с пятыо частями глубоко перссатурироваиного сока (рН 6,8-7,2). смесь сатурировали до рН 9,8-10,5, фильтровали, подогревали до 90 °С, проводили дополнительную дефекацию с расходом извести 0,3 % СаО к массе свеклы и II сатурацию. После II сатурации сок фильтровали. Фильтрат окончательно сгущали до конценграции СВ 64-65 %.

В-трстьсм, использовали очистку диффузионного сока аналогично второму варианту, включая I сатурацию, далее сок фильтровали, подогревали и проводили сгущение до концентрации СВ 50-52 %, соответствующей концентрации сиропа после III корпуса ПВУ. Полученный сироп обрабатывали известковым молоком (щелочность 0.8 % СаО к массе сиропа). Длительность процесса дефекации составляла 5-7 мин. Одну часть дефекованного сиропа сатурировали до снижения щелочности на 35-40%, а пять частей сатурировали до рН 6,8-7,2, затем их смешивали и смесь сатурировали до рН 8,6-8,8, соответствующего минимальному содержанию солей кальция. После сатурации сироп фильтровали. Фильтрат окончательно аущали до концентрации СВ 64-65 %.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица I - Изменение показателей качества сиропа после выпарной установки

в зависимости от варианта ИУО

Показатели I вариант II вариант III вариант

Ч диффузионного сока, % 86,78 86,78 86,78

Сх сиропа, % 58,65 58,60 58,50

СВ сиропа, % 65,00 64,40 63,60

Ч сиропа, % 90,23 91,00 91,98

рН 8,6 9,0 8,8

Цв сиропа, усл. ед. 35,4 29,6 24,8

РВ, % к массе СВ 0,448 0,321 0,072

Са соли, % СаО к массе СВ 0,388 0,340 0,201

Эффект очистки, % 28,92 35,08 42,76

Полученные результаты свидетельствуют о том, что перевод дополнительной дефекации и II сатурации из схемы очистки сока на очистку сиропа после III корпуса ПВУ позволяет:

- снизить содержание редуцирующих веществ в сиропе после очистки более чем п 6 раз (с 0,448 до 0,072 % к массе СВ);

- уменьшить содержание солей Ca в сиропе в 1,9-2,0 раза (с 0,388 до 0,201 % СаО к массе СВ);

- повысить чистоту сиропа на 1,6-1,8 % и, как следствие, увеличить эффект очистки более чем на 13 %.

3.2 Определение оптимального соотношения «сироп после III корпуса ПВУ : клеровка тростникового сахара-сырца». Целью исследований на данном этапе являлось определение целесообразности совместной ИУО сиропа из свеклы с клеровкой тростникового сахара-сырца. Для этого в первую очередь определяли изменение качества смеси (сироп после III корпуса ПВУ : клеровка тростникового сахара-сырца) в разном соотношении её компонентов. В сироп, полученный из свеклы и соответствующий по концентрации СВ сиропу после III корпуса ПВУ, добавляли клеровку тростникового сахара-сырца в количествах, соответствующих 5 %, 10 %, 15 % и 20 % сахара-сырца к массе свеклы. В каждой пробе определяли содержание сахарозы, сухих веществ, чистоту, кальциевых солсй и цветность (таблица 2).

Таблица 2 - Зависимость показателей качества сиропа из свеклы от количества

вводимого тростникового сахара-сырца в виде клеровки

Наименование продукта Сх, % СВ, % Ч,% Са-соли, % к СВ Цв, усл.ед.

Клеровка сахара-сырца 62,25 64,7 96,21 0,029 37,1

Сироп III корпуса выпарки:

+0 % сахара-сырца к массе свеклы 47,45 53,1 89,36 0,320 22,3

+5 % сахара-сырца к массе свеклы 48,55 53,9 90,07 0,224 24,8

+10 % сахара-сырца к массе свеклы 49,70 54,4 91,36 0,233 25,4

+15 % сахара-сырца к массе свеклы 50,95 55,2 92,30 0,241 25,9

+20 % сахара-сырца к массе свеклы 52,05 56,0 92,95 0,250 26,5

При свекловичном производстве не желательно, чтобы чистота сахарного раствора, из которого уваривается утфель I продукта, превышала 93 %, т.к. это приводит к увеличению содержания сахара в мелассе.

Учитывая, что межкорпусная ИУО сиропа позволяет повысить его чистоту па 1 -2 %, то для получения стандарт сиропа необходимого качества для уваривания утфеля I, количество вводимого сахара-сырца не должно превышать 10 % к массе свеклы.

3.3 Исследование эффективности совместной нзвестково-углскислотной очистки сиропа после III корпуса ПВУ и клеровки тростникового сахара-сырца. Следующим этапом работы было исследование эффективности совместной ИУО смеси сиропа после III корпуса Г1ВУ и клеровки тростникового сахара-сырца (таблице 3).

Таблица 3 - Изменение показателей качества смеси сиропа из свеклы и клеров-

ки тростникового сахара-сырца в зависимости от способа ИУО

Показач ели контрольный вариант Смесь сиропа из свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца

до очистки после очистки

Сх. % 59,45 49,70 60,95

СВ, % 64,2 54,4 65,4

Ч,% 92,60 91,36 93,20

Цв, усл. ед. 23,4 25,6 20,8

pH 8,6 8,9 8,6

РВ, % к массе СВ 0,062 0,088 0,040

Известково-углекислотпую очистку диффузионного сока проводили аналогично варианту 3 (рисунок 2), но в сироп после III корпуса выпарной установки с концентрацией СВ 50-52 % добавляли клеровку сахара-сырца (СВ 5860 %) в количестве 10 % сахара-сырца к массе свеклы.

Для сравнения брали схему совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, предложенную авторами Бугаснко И.Ф. и Дешевой И.Ю. (контрольный вариант), по которой количество клеровки, соответствующее 10% сахара-сырца к массе свеклы, вводили в фильтрованный сок 1 сатурации. Полученную смесь подвергли дефекации с расходом известкового молока 0,3 % СаО к массе свеклы в течение 5 мин при температуре 85 °С, сатурации до рН 9,0 и фильтрации. Фильтрованный сок К сатурации выпаривали до концентрации СВ 64-65 %, соответствующего сиропу после ПВУ.

Результаты исследований свидетельствуют в пользу способа, предусматривающего совместную ИУО сиропа после III корпуса ПВУ и клеровки тростникового сахара-сырца, с последующим сгущением очищенной смеси до концентрации СВ 64-65 %.

3.4 Исследование эффективности совместной ИУО смеси сиропа, получаемого из сахарной свеклы, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара конечного утфеля. На свеклосахарных заводах, обеспеченных в избытке сахарной свеклой, может потребоваться наращивание мощности продуктового отделения или удлинение сроков переработки. Первое, требует больших финансовых затрат на реконструкцию и времени. Второе, приводит к увеличению затрат на переработку свеклы и большим потерям сахара.

Возврат части первого оттека утфеля I и желтого сахара конечного утфеля на совместную известково-углскислотную очистку с сиропом после III корпуса ПВУ позволит уменьшить количество утфелей И и 111 продуктов, перевести высвобождаемые вакуум аппараты на уваривание утфеля I, что даст возможность повысить мощность продуктового отделения и увеличить выход сахара без дополнительных затрат.

Определено максимально допустимое количество первого опека утфеля I, которое целесообразно вернуть на совместную известкопо-углекислотную очистку с сиропом после III корпуса ПВУ. Проведены исследования но изменению качества смеси при разных массовых соотношениях сиропа после 111 корпуса ПВУ и первого оттека утфеля I.

Установлено, что целесообразно возвращать до 40 % первого оттека утфеля I и весь желтый сахар последнего утфеля в виде клеровки.

Для определения влияние основных параметров ИУО (расход извести, продолжительность, температура) па эффективность очистки смеси сиропа после III корпуса ПВУ, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара последнего продукта (смесь) был проведен трехфакторный эксперимент. Па основании найденных данных получены математические зависимости, отражающие влияние независимых факторов (температура, °С - фактор X], продолжительность, мин -фактор Х2, расход извести, % СаО - фактор Х3) на зависимую переменную (отклик) - эффект очистки, %. Графически результаты экспериментов представлены на рисунках 3 и 4.

Установлено, что ИУО смеси рационально проводи ть при расходе извести 2,5-3,0 % СаО к массе раствора, температуре процесса 85-90 "С, продолжительности обработки 10-12 мин, что позволит получить эффект очистки смеси более 20,00 %.

Исследования влияния совместной очистки сиропа после III корпуса Г1ВУ, первого оттека утфеля 1 и клеровки желтого сахара конечного утфеля на показатели качества сиропа после выпарной установки проводили аналогично

Рисунок 3 - Зависимость эффекта очистки смеси сиропа, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара III от расхода извести и продолжительности известковой обработки

Рисунок 4 - Зависимость эффекта очистки смеси сиропа, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара III от расхода извести и температуры процесса

варианту 3 (рисунок 2) с добавлением в исследуемом варианте в сироп с концентрацией СВ 50-52% перед ИУО первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара конечного утфеля п количестве 24 и 11 % к массе сиропа соответственно. Результаты исследований представлены в таблице 4.

Полученный данные свидетельствуют, что возврат первого оттека утфеля I (до 24 % к массе сиропа или до 40 % первого оттека) и всей клеровки желтого сахара последнего утфеля (10-12% к массе сиропа) па межкорпусную ИУО незначительно влияет на показатели качества сиропа после Г1ВУ при этом снижается содержание сахарозы в мелассе, за счет дополнительного удаления несахаров из полупродуктов (первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара последнего утфеля).

Таблица 4 - Изменение показателей качества сиропа после III корпуса ПВУ при совместной ИУО с первым оттеком утфеля I и клеровкой желтого сахара III

Показатели Сироп после ПВУ (контрольный вариант) Смесь сиропа после 111 корпуса ПВУ, 1 оттека утфеля I, клеровки желтого сахара III

до очистки после концентратора

Сх, % 59,21 47,45 58,75

СВ, % 64,3 54,0 63,9

ч,% 92,08 87,87 91,94

Цв, усл. ед. 23,4 30,1 24,7

pH 8,6 8,5 9,0

РВ, % к массе СВ 0,094 0,596 0,106

3.5 Определение степени инфицировянпости сахаросодержащего сиропа при его хранении. Исследовалась целесообразность вывода сиропа после выпарной установки на длительное хранение (до 4 месяцев) и последующей его переработкой с получением товарного сахара.

Данное направление является перспективным, следовательно, поиск новых решений, позволяющих упростить его реализацию в условиях отечественных сахарных заводов и обеспечить стабильность физико-химических свойств сиропа в течение длительного времени, усилит аргументы в пользу данного технологического способа.

Были проведены исследования состава микрофлоры в сахаросодержащем сиропе после его хранения в течение определенного времени.

Наблюдения за развитием наиболее распространенных и опасных микроорганизмов проводили в производственном сахаросодержащем сиропе с концентрацией СВ 60 % и 70 % в течение 30 дней в закрытых стеклянных сосудах. Для выявления бактериальных форм использовалась питательная среда мясопептонный агар (МПА), для выявления дрожжевых и грибковых форм -сусло-агар (СА).

Результаты микробиологических исследований представлены в таблице 5.

В сиропе, в незначительном количестве, обнаружена кокковая микрофлора, споровые и неспоровые палочки, дрожжи и плесени.

Таблица 5 - Влияние концентрации сухих веществ и продолжительности хранения производственных сахаросодержащих сиропов на развитие в них микроорганизмов

День Количество микроорганизмов, КОЕ/г

сироп с содержанием сухих веществ 60% сироп с содержанием сухих веществ 70%

МПЛ СЛ МПА СЛ

1-й 5,0 х 10 1,0х 10 1,0 х 10 2,0 х 10

5-й 4,0 х 10 1,0х 10 1,0 х 10 2,0 х 10

10-й 2,0 х 10 2,0 х 10 2, Ох 10 2,0 х 10 2.0 х И)

30-й 8,0 х 10 2,0 х 10 7,0 х 10

При длительном хранении менее осмоустойчивые бактерии в сиропе с концентрацией СВ 70 % (кокки, неспорообразующие палочки) отмирают.

Единичные колонии дрожжей и плесневых грибов в течение 30 дней так же не размножаются в концентрированном сахаросодержащем сиропе, что подтверждают результаты исследований. Высокоустойчивые ко всем специфическим условиям технологического процесса производства сахара -термофильные споровые бактерии, наносят значительный ущерб производству, так как в процессе своей жизнедеятельности окисляют большое количество сахарозы и являются активными кислотообразователями. Их количество возросло незначительно (с 10 до 70 КОЕ в 1 г).

На основании полученных результатов, можно сделать вывод, что при хранении сиропа в течении 30 суток с концентрацией сухих веществ 60-70 % уровень микробиальной обсемененности не превышает уровня, установленного Санитарными правилами и нормами 2.3.2.1078-2001, но в производственных условиях не допустить попадание микроорганизмов из воздуха, воды, аппаратуры практически невозможно. Кроме того, при длительном храпении на стенках резервуара образуется конденсат, который со временем формирует тонкую водяную пленку на поверхности сиропа и количество микроорганизмов в разбавленном поверхностном слое резко увеличивается.

3.6 Исследование влияния предварительной обработки сахаросодержжцего сиропа ЭМП КНЧ на его микрофлору при хранении. Изучено влияние ЭМП КНЧ ца развитие микрофлоры в сахаросодержащем сиропе при длительном хранении.

Выполнена серия опытов, в которых три пробы сахаросодержащего сиропа после ИВУ с концентрацией сухих веществ 60 %, 65 %, 70 % и рН 7,5 % в качестве контрольных образцов хранились в течение 90 суток. Другие три пробы с теми же концентрациями и рН перед хранением подвергались воздействию электромагнитного поля с частотой ({) 15-20 Гц при величине магнитной индукции (В) 6*10"3Тл в течение 30 минут. Параметры ЭМП выбраны в качестве оптимальных, соответствующих максимальному подавлению жизнедеятельности бактериальных и грибковых форм микроорганизмов. На поверхность всех проб после 30 дней хранения нанесли тонкий слой воды и открыли доступ воздуха.

Результаты микробиологических анализов представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Влияние предварительной обработки производственного сахаросодержащего сиропа ЭМП КНЧ на общее количество микроорганизмов при его хранении

День Количество микроорганизмов, КОЕУг

сироп, обработанный ЭМП КНЧ сироп без обработки ЭМП КНЧ (контроль)

СВ = 60% СВ = 65% СВ=70% СВ = 60% СВ = 65% СВ =70%

1-й 0 0 0 7,0 х 10 5,Ох 10 3,0 х 10

30-й 0 0 0 8,0x10 7,0 х 10 7,0 х 10

60-й 3,0 х 10 0 0 1,0 х 102 1,1 х 102 1,0 х 102

90-й 2,0 х 102 1,0x102 0 5,0 х 102 4,0 х 102 2,5 х 102

Из полученных результатов следует, что в контрольных образцах с увеличением длительности хранения сиропа незначительно Повышается общее содержание микроорганизмов, а после 30 дней хранения их количество резко возрастает, причем наблюдается активный рост плесневых грибов преимущественно рода ретсШпт. Наблюдаемый рост обусловлен тем, что большая часть штаммов микроорганизмов в концентрированных сахаросодержащих растворах осмотолераптны, т.е. способны переносить высокое осмотическое давление, но интенсивней развиваются при низком. В обработанных ЭМП КНЧ пробах в течение 30 суток микроорганизмы полностью отсутствовали и лишь в образцах с содержанием СВ 60 % после 60 суток хранения и с СВ 65 % после 90 суток выявлены отдельные клетки бактерий (кокки), которые в данном количестве не представляют угрозы для сахаросодержащих продуктов. В образце с содержанием

сухих веществ 70 % микроорганизмы не обнаружены, однако на 25 сутки хранения в нем наблюдалось выпадение микрокристаллов сахара. Изменение показателей качества сиропа при его хранении представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Влияние предварительной обработки производственного сахаро-содсржащего сиропа ЭМИ КНЧ па его показатели качества при хранении

День Показатели качества

сироп, обработанный ЭМП КНЧ сироп без обработки ЭМП КНЧ

рН Дб, % РВ, % к массе СВ рН Дб, % РВ, % к массе СВ

сироп с содержанием СВ 60 %

1-й 7,65 89,19 0,37 7,65 89,19 0,37

30-й 7,62 88,74 0,37 7,57 87,37 0,38

60-й 7,47 88,32 0,39 7,02 85,65 0,41

90-й 7,21 87,74 0,40 6,38 83,67 0,45

сироп с содержанием СВ 65 %

1-й 7,60 89,12 0,39 7,60 89,12 0,39

30-й 7,56 88,81 0,39 7,46 87,66 0,40

60-й 7,41 88,54 87,95 0,40 7,14 86,11 83.86 0,41 0.43

90-й 7,20 0,41 6,42

На основе проведенных исследований установлено, что обработка концентрированных сахаросодержащих растворов с СВ 60-65 % электромагнитным нолем крайне низких частот позволяет хранить сиропы свеклосахарного производства длительное время без существенного ухудшения их показателей качества.

3.7 Изучение влияния ЭМП КНЧ на технологическое качество сахарной свеклы при хранении. В условиях проведения известково-углекислотпой очистки диффузионого сока в одну ступень сатурации, а гак же возврата до 40 % первого оттека утфеля I на межкорпусную очистку сиропа требуется обеспечение высоких показателей качества сырья и диффузионного сока.

Проведены исследования влияния ЭМП КНЧ на технологическое качество сахарной свеклы при хранении в сезон переработки урожая 2008 года с

использованием прибора «БИО-ЭМ-Рсзонатор» компании ЗЛО НПО«БЭТ-Восток» (г, Екатеринбург).

Результаты исследований представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Влияние предварительной обработки корнеплодов сахарной свеклы

ЭМП КНЧ на потерю массы и сахара при их хранении

Показатели До хранения 30 сут 60 сут 90 сут

обработанный контрольный обработанный контрольный обработанный контрольный

Потери массы, % - 1,93 4,62 2,08 - 2,32 -

Сахаристость, % 17,40 17,16 16,73 16,90 - 16,67 -

Потери сахара: % к массе сахара % к массе свеклы - 3,28 0,57 8,49 1,48 4,89 0,85 - 6,42 1,12 -

Установлено, что за 90 суток хранения корнеплодов сахарной свеклы, обработанных ЭМП при частоте электромагнитных колебаний 15-100 Гц и величине магнитной индукции 10* 10"6-100*10"6Тл, потери массы и сахара составляют 2,32 и 1,12% к массе свеклы соответственно. Это значительно ниже средних показателей потерь массы и сахара за 30 суток хранения без обработки -5,12 и 1,64% соответственно. За весь период хранения корнеплодов сахарной свеклы опытного кагата (обработанного ЭМП КНЧ) не наблюдалось очагов гниения.

3.8 Влияния обработки свекловичной стружки ЭМП КНЧ на показатели качества промежуточных полупродуктов. Ранее установлено, что обработка свекловичной стружки электрическим и электромагнитным полями существенно изменяет ультраструкзуру растительной клетки. Это позволяет ускорить маесообмен при экстрагировании сахарозы, повысить качество диффузионного сока и снизить остаточное содержание (потери) сахарозы в жоме.

С целью определения степени влияния обработки свекловичной стружки ЭМП КНЧ на качественные показатели промежуточных продуктов в масштабе всего сахарного завода проведены соответствующие исследования в производственных условиях.

Обработка стружки ЭМП сГ = 15-100 Гц и В = 10*10"6-100*10'6Тл, без изменения технологического режима работы диффузионного отделения, велась в первой и третьей декадах месяца в непрерывном режиме. Результаты исследований представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Изменение показателей качества сахаросодержащих полупродуктов

при воздействии ЭМП КНЧ на свекловичную стружку

Декада Содержание сахарозы в жоме, % Чистота, %

Диффузионный сок Сок И сатурации Сироп после ПВУ

I (с обработкой ЭМП КНЧЧ 0,446 87,66 89,88 90,57

II (без обработки ЭМП КНЧ) 0,615 85,80 87,64 88,28

III (с обработкой ЭМП КНЧ) 0,435 86,56 88,94 89,45

Полученные данные свидетельствуют о том, что воздействие ЭМП КНЧ на свекловичную стружку позволяет увеличить извлечение сахарозы из стружки и, как следствие, повысит чистоту диффузионного сока на 0,7-1,5 %. Это качественное повышение отражается и на последующих полупродуктах - чистота сока II сатурации и сиропа после выпарки повысилась в среднем на 1,5 %.

3.9 Влияние обработки свекловичной стружки ЭМП КНЧ на выход сахара. Известно, что повышение чистоты диффузионного сока на I % увеличивает выход сахара на 0,4-0,5 %. Положительные результаты, полученные при обработке свекловичной стружки ЭМП КНЧ, выразившиеся в повышении чистоты сахаросодержащих растворов: диффузионного сока, сока II сатурации и сиропа после ПВУ, послужили основанием для оценки возросшей эффективности работы сахарного завода с применением ЭМП КНЧ.

Результаты аналитической обработки некоторых технико-экономических показателей представлены в таблице 10.

Из приведенных данных видно, что воздействие электромагнитного поля крайне низких частот на свекловичную стружку перед диффузией позволяет снизить выход мелассы на 0,3-0,4%, к массе свеклы, уменьшить содержание сахарозы в мелассе на 0,15-0,20%, увеличить коэффициент извлечения сахара на 2-3 % и, как следствие, повысить выход сахара в среднем на 0,4-0,5 %.

Таблица 10- Влияние обработки свекловичной стружки ЭМП КНЧ на выход сахар

Декада Сахаристость стружки, % Введено сахарозы со стружкой, т Выработано сахара, т Выход сахар, % к массе свеклы Коэффициент завода

1 (с обработкой ЭМП КНЧ) 16,223 6877,289 5741,136 13,537 0,83

II (без обработки ЭМП КНЧ) 15,676 6515,040 5199,247 12,490 0,80

III (с обработкой ЭМП КНЧ) 15,507 6136,342 5045,716 12,751 0,82

Па рисунке 5 отражено изменение выхода мелассы и содержание сахара в ней при воздействии ЭМП КНЧ на свекловичную стружку.

4.5

I декада II декэдп Ш декада

(с ЭМП КНЧ) (беч ЭМП КНЧ) (с ЭМП КНЧ)

Рисунок 5 - Влияние обработки свекловичной сгружки ЭМП КНЧ на выход мелассы и содержание в ней сахар

!

Рисунок 6 - Технологическая схема совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца: 1 - сборник диффузионного сока; 2 - насосы; 3 - теплообменники; 4 - предцефекатор; 5 - сборник известкового молока; 6 - аппарат холодной дефекации; 7,20 - аппараты горячей дефекации; 8, 21 - карбонизаторы; 9,22 - аппараты сатурации; 10, 23 - бикарбонизаторы; 11 - сборник сатурационного сока; 12 - напорный сборник; 13,25 - фильтры; 14, 19-мешалки; 15-фильтр-прессы; 16, 17 — сборники фильтрованного сока; 18 - четырехкорпусная выпарная установка с концентратором; 24-сборник сатурационного сиропа; 26 - сборник суспензии осадка; 27 - сборник фильтрованного сиропа; 28 - сборник сиропа после выпарной установки.

ЗЛО Разработка ресурсосберегающей технологии совместной перера-ботки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца. Схема представлена на рисунке 6 и реализуется следующим образом.

Диффузионный сок, полученный из свекловичной стружки, предварительно обработанной ЭМП КНЧ, подвергают преддефекации с расходом извести в количестве 0,25 % СаО к массе свеклы. Дачее преддефековапный сок подвергают холодно-горячей дефекации, где его обрабатывают известью в количестве 0,9-1,0% СаО к массе свеклы. После горячей дефекации сок самотеком поступает па карбонизацию, где его щелочность снижают обработкой сагурационпым газом до 0,6-0,7 % СаО. Затем карбонизированный сок поступает на сшурацию, где его смешивают с трех - пяти кратным количеством пересшурироваппого до рН 7,0-7,5 сатурационного сока и сатурируют до рН, соответствующего минимальному содержанию солей кальция (8,8-9,2). Трех - пяти кратное количество отсагурированного сока отбирают в бикарбонизатор, остальную часть из сатуратора подают на фильтрацию. Фильтрованный сок после сатурации и фильтрат из фильтр-прессов направляют в первый корпус выпарной установки. После третьего корпуса выпарной установки сироп смешивают с клеровками тростникового сахара-сырца и желтого сахара конечного утфеля. Полученную смесь подают на дефекацию, где обрабатывают в течение 7-10 мин известковым молоком до щелочности 0,6-0,9 % СаО к массе раствора. Дефекованпая смесь сиропа, клеровок сахара-сырца и жел того сахара конечного продукта самотеком поступает в карбонизатор, где на 20-30 % снижают щелочность смеси и затем па сатуратцию, где ее смешивают с трех - пяти кратным количеством пересатурированной до рН 7,0-7,5 смеси и сатурируют до рН 8,6-8.8, соответствующего минимальному содержанию солсй кальция.

После сатурации смесь сахаросодержащих растворов фильтруют. Суспензию осадка из фильтров подают в III зону преддефекатора в качестве возврата. Фильтрат направляют в IV корпус выпарной установки, где окончательно сгущают до концентрации СВ 65-67 % и подшот на сульфитацию.

Для получения клеровок тростниковый сахар-сырец и желтый сахар конечного продукта растворяют очищенным соком до концентрации СВ 60-65 %.

В случае, если мощности продуктового отделения не достаточно для переработки продуктов в условиях возвратов, то часть сиропа после обработки ЭМП КНЧ (с частотой 15-20 Гц при величине магнитной индукции 6*10'3 Тл в течение 30 минут) направляют в резервуары для долгосрочного хранения.

3.11 Технико-экономнческая оценка разработанного способа совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и

тростникового сахара-сырца соответствует повышению выхода сахара на 0,45 % к массе свеклы, снижению расхода условного топлива и материалом, и составляет 1490 руб. дополнительной прибыли на 1 т товарного сахара.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально установлена возможность переноса дополнительной дефекации и II ступени сатурации на очистку концентрированных сахаросодержаших растворов, с использованием усовершенствованного способа ИУО, предусматривающего карбонизацию и глубокую псресатурацию.

2. Разработан способ межкорпусной извсстково-углекиелотпой очистки сиропа после 111 корпуса ПВУ, позволяющий получить сироп более высокого качества.

3. Обоснована эффективность совместной ИУО сиропа, полученного из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца.

4. Установлены оптимальные параметры совместной ИУО смеси сиропа после III корпуса ПВУ, первого опека утфеля 1 и клеровки желтого сахара конечного утфеля.

5. Обработка ЭМП при частоте электромагнитных колебаний 15-100 Гц и величине магнитной индукции 10*10"6-100*10'6 Гл корнеплодов сахарной свеклы предотвращает ее порчу при хранении. Потери массы и сахара, за 90 суток хранения сахарной свеклы, составляют менее 2,5 и 1,2 % соответственно, что существенно ниже существующих.

6. Экспериментально установлено, что обработка свекловичной стружки ЭМП при частоте электромагнитных колебаний 15-100 Гц и величине магнитной индукции 10*10'6-100*10"6Тл позволяет: увеличить чистоту диффузионного сока па 0,7-1,5 %; снизить потери сахара с жомом на 0,17-0,19%; снизить выход мелассы на 0,3-0,4 %, к массе свеклы; уменьшить содержание сахара в мелассе на 0,15-0,2 %; увеличить коэффициент извлечения сахара на 2-3%; увеличить выход сахара на 0,4-0,5 %.

7. Впервые установлено, что обработка сахарного сиропа электромагнитным полем при частоте электромагнитных колебаний 15-20 Гц, величине магнитной индукции 6*10 3 Тл и длительности - 30 минут позволяет хранить сиропы в производственных условиях (с возможной конденсацией влаги и попаданием микроорганизмов из окружающей среды) длительное время (более 90 суток), без изменения их показателей качества.

8. Разработана ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, составной частью которой является совместная известково-углекислотная очистка сиропа после III корпуса ПВУ и клеровки тростникового сахара-сырца, с последующим сгущением до концентрации СВ 64-65 %.

9. На основе промышленных испытаний рассчитан ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырац, который составит 1490 руб. дополнительной прибыли на 1 т полученного товарного сахара.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Ворвуль А.Г. Влияние электромагнитной обработки на сохранность сахарной свеклы / P.C. Решстова, А.Г. Ворвуль, К.С. Кулик // Тез. докл. VII межд. науч. тсхнич. конф. «Техника и технология пищевых производств». Часть 1. - Могилев, 2009. - С. 70.

2. Ворвуль Л.Г. Новое п переработке свекловичного боя / А.И. Игнатьев, Л.Г. Ворвуль // Сборник прудов III науч. практич. конф. «Качество продукции, технологий и образования». - Магнитогорск, 2008.-С. 143-145.

3. Ворвуль А.Г. Электромагнитная обработка при хранении и переработке свеклы / P.C. Решстова, Л.Г. Ворвуль // Известия вузов. Пищевая технология. — 2011. — № 1.-С. 123-124.

4. Ворвуль А.Г. Воздействие электромагнитной обработки на микрофлору сахарного сиропа при хранении / P.C. Решстова, А.Г. Ворвуль // Известия вузов. Пищевая технология. -2011.-№4.-С. 71-72.

5. Ворвуль Л.Г. Технологические особенности совместной переработки тростникового сахара-сырца и сахарной свеклы / P.C. Решегова, А.Г. Ворвуль, О.Ю. Кондратова И Матер, межд. науч. практич. конф. «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья». -Краснодар, 2011. - С. 297-300.

6. Ворвуль А.Г. Повышение эффективности удаления несахаров из диффузионного сока / P.C. Решегова, Л.Г. Ворвуль // Сахар. - 2011. - № 7. - С. 42-44.

7. Ворвуль А.Г. Влияние электромагнитной обработки на сохранность сахарной свеклы и сиропа / P.C. Решегова, Л.Г. Ворвуль // Сборник матер, межд. науч. практич. конф. «О проблемах обеспечения сохранности, качества и безопасности материальных ценностей, поставляем!,ix на длительное храпение в государственный резерв с учетом современных инновационных технологий».-Москва 2011. - С. 143-144.

8. P.C. Решстова, Л.Г. Ворвуль, М.Л. Гаманчснко. Способ повышения эффективности работы продуктового отделения свеклосахарного завода // Сахар. -2011. -№ 9. - С. 53-55. -

9. Способ извлечения сахарозы из свекловичной стружки/ Патент РФ №2398885 от 23.04.2009. Опубл. 10.09.2010. Бюл. № 25 // К.С. Кулик. С.Н. Маргьяпов, P.C. Решегова А.Г. Ворвуль.

10. Технологическая схема совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца / Патент РФ № 109462 от 26.04.2011. Опубл. 20.10.2011. Бюл. № 29 // P.C. Решегова, Л.Г. Ворвуль, О.Ю. Кондратова.

Подписано в печать 25.11.2011. Печать трафаретная. Формат 60x84 '/,«. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 573. Отпечатано в ООО «Издательский Дом-ЮГ» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571

61 12-5/1404

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И ТРОСТНИКОВОГО СЫРЦА

05.18.05 - Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и

субтропических культур

университет»

На правах рукописи

ВОРВУЛБ Артем Георгиевич

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Решетова Р.С.

Краснодар - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 5

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................ 13

1.1 Анализ существующих способов проведения совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца......... 13

1Л .1 Целесообразность совместной переработки сахарной свеклы и

тростникового сахара-сырца.................................................... 13

1.1.2 Существующие технологические способы совместной

переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца........ 15

1.2 Очистка и возврат концентрированных полупродуктов в

сахарном производстве.......................................................... 19

1.2.1 Целесообразность возврата концентрированных полупродуктов сахарного производства................................................... •. • • 20

1.2.2 Способы очистки концентрированных полупродуктов

сахарного производства........................................................ 25

1.2.3 Хранение концентрированных сахаросодержащих растворов........ 30

1.3 Обеспечение длительного хранения корнеплодов сахарной

свеклы.........................................................................................34

1.4 Существующие технологические приемы подготовки свекловичной стружки к экстракции сахарозы......................... 38

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................. 50

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.............................................. 58

3.1 Обоснование целесообразности известково-углекислотной очистки концентрированных сахаросодержащих растворов....................... 58

3.2 Повышение степени удаления несахаров из диффузионного сока.... 60

3.3 Определение оптимального соотношения «сироп после III корпуса выпарной установки : клеровка тростникового сахара-сырца»......... 65

3.4 Исследование эффективности совместной известково-углекислотной очистки сиропа после III корпуса выпарной установки и

клеровки тростникового сахара-сырца....................................... 68

3.5 Исследование эффективности совместной известково-углекислотной очистки смеси сиропа из сахарной свеклы, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара конечного утфеля.......... 70

3.6 Влияние возврата первого оттека утфеля I на показатели качества сахаросодержащего сиропа при совместной известково-углекислотной очистке........................................................... 81

3.7 Исследование влияния предварительной электромагнитной обработки сахаросодержащего сиропа на его микрофлору при хранении.............................................................................. 83

3.7.1 Обоснование целесообразности вывода сахаросодержащего

сиропа на хранение............................................................ 84

3.7.2 Определение степени инфицированности сахаросодержащего

сиропа при его хранении...................................................... 86

3.7.3 Исследование влияния предварительной обработки сахаросодержащего сиропа электромагнитным полем крайне

низких частот на его микрофлору при хранении....................... 91

3.8 Изучение влияния электромагнитного поля крайне низких частот

на технологическое качество сахарной свеклы при хранении.......... 94

3.9 Влияние обработки свекловичной стружки электромагнитным полем крайне низких частот на показатели качества

промежуточных полупродуктов...........................................................97

3.10 Влияние обработки свекловичной стружки электромагнитным

полем крайне низких частот на выход сахара............................ 100

4 РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И ТРОСТНИКОВОГО САХАРА-СЫРЦА......................................... 105

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТАННОЙ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И ТРОСТНИКОВОГО

САХАРА-СЫРЦА.................................................................. 113

ВЫВОДЫ................................................................................ 117

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................... 119

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................... 138

ВВЕДЕНИЕ

Сахарная промышленность, объединяющая два основных производства - сахарорафинадное и свеклосахарное, является одной из крупнейших высокоразвитых отраслей пищевой промышленности. Начиная с 60-х годов прошлого столетия с ростом потребления сахара в сахарной промышленности велось строительство новых заводов, а также осуществлялось наращивание действующих мощностей. В конце 70-х годов средняя мощность сахарных заводов достигла 3 тыс. т переработки свеклы в сутки. Концепция производства позволяла экономить капитальные вложения, снижать расходы топлива, известнякового камня, затраты труда на переработку продукции и уменьшать численность промышленного персонала, тем самым повышать эффективность производства.

В 80-х годах новое строительство прекращается, а темпы роста мощностей за счет проведения реконструкции падают.

Начало проведения рыночных реформ и приватизация сахарных заводов в 90-х гг. привели к значительному снижению производства сахара из свеклы и усилению зависимости российского сахарного рынка от импорта

тростникового сахара-сырца.

В настоящее время наиболее сложной проблемой в развитии сахарной промышленности, с точки зрения ее конкурентоспособности и производительности труда, является моральный и физический износ основных фондов, а также низкие темпы их обновления. Решение данной проблемы требует больших капитальных вложений. Стоит отметить, что процесс технического перевооружения идет, но его темпы не отвечают уровню требований рыночной экономики. Кроме того, возделывание сахарной свеклы остается одним из самых капиталоемких в мировом и отечественном сельском хозяйстве. Затраты на 1 га посевов сахарной свеклы в 4-5 раз превышают затраты на возделывание зерновых и технических

культур. По данным Минсельхоза РФ, эти затраты в 2010 г. составили 39,5 тыс. руб.

Несмотря на то, что в последние годы активно увеличиваются посевные площади под сахарную свеклу (в 2010 г. до 1160 тыс. га) [115] Российская Федерация свои потребности в сахаре еще долгое время будет удовлетворять в основном за счет переработки импортного сахара-сырца на свеклосахарных и сахарорафинадных заводах. Это связано не только с высокими расходами на увеличение посевных площадей и возделывание сахарной свеклы, но и с аномальными погодно-климатическими условиями, по причине которых в 2010 г. средняя урожайность снизилась на 38 %, а валовый сбор - на 34 % от запланированного программой уровня [115]. Из-за засухи в том же году страна потеряла более 1,3 млн т сахара. Аномальные погодные условия отразились в 17 из 26 свеклосеющих районов страны, что привело к увеличению поставок зарубежного сырья - тростникового сахара-сырца. Большая его часть поступает из стран Латинской Америки, Бразилии, Кубы, Гватемалы и Юго-Восточной Азии. Партии поставляемого сахара-сырца значительно отличаются по качеству. Различные результаты имеют и предприятия, перерабатывающие сахар-сырец, что обусловлено не только его качеством, но и особенностями технологии, оборудования и степенью автоматизации, используемых на заводах систем.

Совокупность всех накопившихся проблем в сахарной отрасли требовало серьезного государственного регулирования и поддержки. Так начиная с 2003 г. после принятия Правительством Российской Федерации нового механизма защитных мер сахарного рынка ситуация в развитии сахарной промышленности стала заметно меняться с переориентировкой ведущих сахарных компаний на увеличение выработки сахара из отечественного сырья.

За время проведения рыночных реформ в России государственная политика в области пищевой и перерабатывающей промышленности приобрела четкую конфигурацию в Доктрине продовольственной

безопасности России, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 30 января 2010 г. № 120 «Об утверждении доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации». В данном документе развиваются положения Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года. Для оценки состояния продовольственной безопасности России в качестве критерия используется удельный вес отечественного сахара в общем объеме данного продукта (с учетом переходящих запасов) на внутреннем рынке, который имеет пороговое значение - не менее 80 %.

Последующим действием государства в решении вопроса обеспечения продовольственной безопасности стало поручение Президента Российской Федерации Д.А. Медведева Минсельхозу РФ при разработке Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 20132017 гг. предусмотреть мероприятия по технической и технологической модернизации в пищевой, в том числе и сахарной промышленности, внедрению в производство современных инновационных технологий в целях снижения стоимости готовой продукции на потребительском рынке.

Государство, таким образом, сформулировав основные приоритеты и цели, определило вектор развития сферы пищевой и перерабатывающей промышленности страны на среднесрочную и долгосрочную перспективу.

Годовая потребность России в сахаре оценивается Союзроссахаром в 5,3 млн. т. По прогнозам экспертов, в 2011 году производство свекловичного сахара составит около 3 млн. т (в 2010 году из сахарной свеклы произведено 2,7 млн. т), или 56% от общего потребления. По расчетам Союзроссахара, Россия способна на 80% удовлетворять собственные потребности в сахаре за

счет внутреннего производства.

На основании вышеизложенного и учитывая то, что в настоящее время значительная часть сахара (более 40 %) производится из зарубежного сырья -

тростникового сахара-сырца, в комплексе мер по повышению эффективности сахарного производства целесообразно рассмотреть технологию совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, позволяющей сократить удельный расход рабочей силы и топлива, снизить себестоимость готовой продукции, значительно увеличить годовую выработку сахара. Однако, до настоящего времени совместная переработка сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца не нашла широкого применения на отечественных свеклосахарных заводах, из-за отсутствия универсальных и рациональных способов её осуществления с технологической и экономической точек зрения. В связи с этим, разработка принципиально новой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, обеспечивающей более эффективное использование производственных материалов, оборудования и энергоресурсов, позволяющих снизить себестоимость товарного сахара,

является актуальной.

Так же к сегодняшнему дню все большую актуальность приобретает вопрос о механизмах и результатах воздействия электромагнитных полей на различные объекты биологического происхождения. К настоящему моменту проведены исследования на множестве биообъектов как растительного, так и животного мира. Однако достигнуть наиболее достоверных результатов возможно при изучении воздействия на субклеточные, клеточные формирования, а так же простейшие формы организмов. Поэтому исследования по использованию электромагнитных полей крайне низких частот на различных этапах переработки сахарной свеклы является важным направлением в развитии энергосберегающих технологий.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилась разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение, систематизация и анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

-разработка эффективного способа повышения степени удаления

несахаров из диффузионного сока;

- определение оптимального соотношения компонентов смеси из

сиропа,

получаемого из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца, для совместной известково-углекислотной очистки (ИУО);

- исследование эффективности совместной ИУО сиропа, получаемого из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца;

-определение оптимальных параметров ИУО концентрированных

сахаросодержащих полупродуктов;

- исследование влияния электромагнитного поля крайне низких частот (ЭМП КНЧ) на технологические показатели сахарной свеклы при хранении;

-определение воздействие ЭМП КНЧ на эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, качественный состав получаемых сахаросодержащих полупродуктов и выход сахара;

- исследование влияния предварительной обработки сахаросодержащего сиропа ЭМП КНЧ на развитие микрофлоры при его хранении;

- разработка способов повышения эффективности работы продуктового

отделения сахарного завода;

-разработка ресурсосберегающей технологии переработки сахарной свеклы, включающей технологическую схему совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

- оценка экономической эффективности от внедрения в производство предлагаемой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

Научная новизна работы состоит в том, что научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность совместной ИУО смеси сиропа из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца, позволяющей снизить технологические затраты материалов и энергоресурсов на производство сахара.

Экспериментально определены и оптимизированы параметры технологических режимов совместной ИУО смеси сиропа из сахарной свеклы, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара конечного утфеля.

Определены оптимальные параметры ЭМП КНЧ для обработки свекловичной стружки перед диффузией, при которых наблюдается максимальное извлечение сахарозы.

Выявлено положительное воздействие ЭМП КНЧ на стабильность физико-химических свойств концентрированных сахаросодержащих растворов при их хранении за счет подавляющего воздействия ЭМП КНЧ на развитие микрофлоры в данных растворах.

Научно обоснована и разработана ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, обеспечивающая снижение расхода вспомогательных материалов и повышение выхода готовой продукции.

Научная новизна предлагаемых технических и технологических решений подтверждена патентами РФ на изобретение № 2398885 «Способ извлечения сахарозы из свекловичной стружки» и на полезную модель № 109462 «Технологическая схема совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца».

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработан способ совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, основанный на подаче клеровки сахара-сырца на совместную ИУО с сиропом после III корпуса пятикорпусной выпарной установки (ПВУ). Способ апробирован в производственных условиях.

Установлено положительное воздействие ЭМП КНЧ на сохранность корнеплодов сахарной свеклы и эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, позволяющее увеличить выход сахара на 0,4-0,5 % к массе свеклы. Эффективность данного способа подтверждена производственными испытаниями на ОАО «Кристалл-2» (Краснодарский край).

Разработана и предложена к внедрению ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца с возможным выводом сахаросодержащего сиропа после выпарной установки на хранение.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разработанной ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца составит 1490 руб. дополнительной прибыли на 1 т товарного сахара.

Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены на: III научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2008 г.), на VII Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Республика Беларусь, г.Могилев, 2009г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья» (г.Геленджик, 2011г.), на Международной научно-практической конференции «О проблемах обеспечения сохранности, качества и безопасности материальных ценностей, поставляемых на длительное хранение в государственный резерв с учетом современных инновационных технологий» (г. Москва, 2011 г.), на ежегодных научных семинарах к