7485831_ПОДГОТОВКАСВЕКЛ. Выпаривание
 Скачать 51.77 Kb.
|
Введение В основе ряда пищевых технологий лежат химические превращения. К ним относят получение патоки, кристаллической глюкозы путем кислотного гидролиза крахмала, различных жиров способом гидрогенизации и переэтерификации, инвертного сахара путем кислотного гидролиза сахарозы. Важная роль отводится этим процессам на отдельных стадиях производства, сахара. Характер влияния температуры и концентрации реагирующих веществ на скорость химических реакций можно объяснить теорией активных столкновений. Согласно этой теории химическое взаимодействие между молекулами возможно только при их столкновении, однако к химическим реакциям приводят эффективные столкновения, т. е. в реакцию вступают не все сталкивающиеся молекулы, а только молекулы, обладающие определенной энергией, избыточной по сравнению со средней. Молекулы, обладающие такой энергией, называются активными. Избыточная энергия молекул называется энергией активации и зависит от природы вступающих в реакцию веществ. Нагревание. Для эффективного проведения технологических процессов в сахарном производстве необходимо обеспечивать определенное значение температуры продукта. На сахарных заводах сок (сироп) нагревают в основном в многоходовых трубчатых подогревателях с помощью теплоносителя – пара или горячей воды (конденсата). Рациональная тепловая схема завода должна обеспечивать нагрев продуктов до заданной технологическим режимом температуры с наименьшими затратами тепла и топлива. В процессе технологической обработки пищевых продуктов сахара могут подвергаться кислотному и ферментативному гидролизу, а также глубоким изменениям, связанным с образованием окрашенных веществ карамелей и меланоидинов. Гидролиз дисахаридов. Под действием температуры, дисахариды в присутствии ферментов или действием кислот распадаются на составляющие их моносахариды. В этом процессе ион водорода кислоты воздействует как катализатор. Смесь глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации не вправо, как сахароза, а влево. Такое преобразование правовращающей сахарозы в левовращающую смесь моносахаридов называется инверсией. Уровень инверсии сахарозы зависит не только от времени тепловой обработки, но и от вида и концентрации содержащейся в продукте кислоты. При производстве сахарных сиропов высокой концентрации из сахарозы образуются не только глюкоза и фруктоза, но также и продукты их преобразования. Получение в сиропе инвертного сахара в присутствии фермента инвертазы появляются соединения фруктозы с сахарозой, которые предохраняют сироп от засахаривания. Карамелизация Нагревание сахаров при температурах, выше 100°С, в слабокислой и нейтральной средах провоцирует образование достаточно сложной смеси продуктов, свойства и состав которой изменяются непосредственно в зависимости от степени воздействия среды, вида и концентрации сахара, а также условий нагревания. Механизм превращения глюкозы на сегодняшний день является самым изученным. В слабокислой и нейтральных средах, нагревание глюкозы вызывает дегидратацию сахара. Ангидриды сахаров соединяются друг с другом и образовуют так называемые продукты реверсии. При разложении сахаров, продуктами реверсии являются соединения с большим числом глюкозных единиц в молекуле, чем у исходного сахара. Последующее тепловое воздействиепровоцирует выделение третьей молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола. Оксиметилфурфурол, при дальнейшем нагревании распадается и образовует муравьиную и левулиновую кислоты, либо переходить в конденсированные соединения. Вода, способствует необратимым изменениям. Уменьшение количества свободной воды приводит к появлению значительных количеств продуктов реверсии. В процессе дальнейшего нагревания сухой сахарозы образуется большое количество органических продуктов разложения. Карамелан образуется при отщеплении от молекул сахарозы двух молекул воды, - это вещество светло-соломенного цвета, растворяющееся в холодной и кипящей воде. При длительном нагревании образуются гуминовые вещества, растворимые только в щелочах. Смесь веществ различной степени полимеризации представляют собой продукты карамелизации сахарозы, все эти вещества можно получить одновременно. Продукты карамелизации сахарозы могут образовуют соли и сложные соединения с железом и некоторыми другими металлами. Как и сахара они обладают редуцирующей способностью. В процессе производства кулинарных и кондитерских изделий, содержащих сахара, все перечисленные изменения могут протекать одновременно, а конечный продукт - представлять собой смесь веществ. Состав этой смеси зависит от многих факторов, основной из которых - термоустойчивость сахаров. Меланоидинообразование. Различные карбонильные соединения и темноокрашенные продукты -меланоидины образуются при взаимодействии альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокислот. Выпаривание Выпаривание – тепловой процесс, это концентрирование растворов, суспензий и эмульсий при кипении. При выпаривании парообразование происходит за счет подвода тепловой энергии. В пищевой, химической и других отраслях промышленности выпариванию подвергают главным образом водные растворы. Выпаривание применяют для концентрирования водных растворов щелочей, солей и других некоторых высококипящих жидкостей, а также для получения растворителя в чистом виде, перенасыщенных растворов, в которых проводят кристаллизацию растворы сахарозы, фруктозы, молочного сахара. Данный процесс используется в сахарном, консервном, кондитерском, молочном и других производствах. Механизм выпаривания Во время выпаривании, удаляется вода из раствора в виде пара, а растворенное вещество остается в первоначальном количестве. Тепло для выпаривания передаётся теплоносителями. Водяной пар является основным теплоносителем. Различают следующие способы выпаривания. При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар, как правило, не используется и выбрасывается в атмосферу. При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий элемент в подогревателях, для отопления, и т. д.. Применение этого способа ограничено свойством раствора и температурой нагрева, поскольку это связано с повышением температуры кипения раствора. При выпаривании под вакуумом можно проводить процесс при более низких температурах, что важно для растворов, склонных к разложению. При использовании греющего пара тех же параметров, что и при выпаривании под атмосферным давлением, увеличивается движущая сила процесса. Однако при использовании этого метода требуется установка дополнительного специализированного оборудования и необходимо существенно увеличить расход тепла на испарение. Несмотря на этот, весьма дорогостоящий недостаток, этот способ получил достаточно широкое применение, в частности для концентрирования высококипящих и легкоразлагающихся растворов. Выпарные установки. Выпарные установки подразделяют по рабочему давлению, по сложности (количеству корпусов (аппаратов)). В одиночных выпарных однокорпусных аппаратах выпаривание производят под атмосферным давлением, или под вакуумом. Большое распространение получили многокорпусные выпарные установки. Они включают в себя несколько соединенных друг с другом корпусов, работающих под давлением, с последующим равномерным понижением давления по направлению от первого корпуса к последнему. В этих установках вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, можно применять, для обогрева последующего корпуса. А только первый корпус обогревается свежим паром. Это существенно снижает значительное количество потребляемого свежего пара. Отдельно выделяют периодическое и непрерывное выпаривание. При периодическом выпаривании исходный раствор выгружают, а затем аппарат загружается новой порцией исходного сырья. Этот метод используют для производства малых объёмов продукции или как промежуточный этап технологического процесса для упаривания растворов до высоких конечных концентраций. При непрерывном выпаривании греющий пар подводится непрерывно в начальный раствор. Применяют при выпаривании большого объёма раствора. Сиропы поступают на уваривание для дополнительного удаления воды. Полученный после уваривания продукт называется утфелем. Сиропы уваривают в вакуум-аппаратах периодического действия, работающих с разрежением. Применение невысоких температур при уваривании утфелей, которые представляют собой довольно густую и вязкую смесь кристаллов и межкристаллической жидкости, защищает их от интенсивного разложения сахара. Низкие температуры при уваривании увеличивают испарение воды в вакуум-аппарате вследствие увеличения полезной разности температур между греющим паром и кипящей массой. 3. Кристаллизация Кристаллизация сахара – важный этап технологического процесса. Его цель - выделение растворенной в сиропе сахарозы. В ходе кристаллизации технически достижимое обессахаривание раствора ограничено содержанием кристаллов в утфеле. Поэтому кристаллизация проводится в несколько ступеней. Количество получаемого сахара зависит от достигаемой в ходе процесса чистоты мелассы, зависящей, в первую очередь, от качества кристаллизации (особенно ее последней ступени) и от условий насыщения. В ходе физического процесса кристаллизации может быть достигнуто очень хорошее отделение сахара от несахаров. Предпосылкой для этого является правильное ведение процесса кристаллизации, с получением утфеля с малой долей конгломератов и небольшим количеством ложных кристаллов. Этим обеспечивается высокий выход продукта на каждой ступени кристаллизации. Вплоть до 80-х гг. ХХ века испарительная кристаллизация сахара проводилась почти исключительно в аппаратах периодического действия. Первым шагом в направлении повышения качества сахара и снижения энергозатрат при кристаллизации было применение механических мешалок в испарительных вакуум-аппаратах периодического действия. Однако процесс кристаллизации подразделяется на несколько технологических шагов с собственными режимами. Для фазы кристаллообразования больше подходит вакуум-аппарат с небольшой площадью греющей поверхности, т.к. на этом этапе технологического процесса испарительная способность должна соответствовать малой производительности по кристаллизации. В конце же процесса имеющаяся площадь греющей поверхности часто бывает недостаточной для достижения желаемой испарительной способности. Кристаллизация сахара Однако вакуум-аппараты периодического действия рассчитаны на работу в усредненном режиме. Решающим шагом на пути к получению однородного утфеля с малым количеством конгломератов было внедрение кристаллогенераторов для работы с кристаллической затравкой. Фаза образования кристаллов была выделена из общего процесса и сосредоточена на участке получения кристаллической затравки. Однако наиболее важным технологическим новшеством в области кристаллизации сахара было внедрение процесса непрерывной испарительной кристаллизации. Только этот шаг позволил реализовать в продуктовом отделении новые технологические и теплотехнические концепции в сочетании со значительным снижением первичного энергопотребления. Кристаллизация сахара - завершающий этап в его производстве. Здесь выделяют практически чистую сахарозу из многокомпонентной смеси, которой является сироп. Из диффузионного сока в сокоочистительном отделении удаляется примерно треть несахаров, остальные несахара вместе с сахарозой поступают в продуктовое отделение, где большая часть сахарозы выкристаллизовывается в виде сахара-песка, а несахара остаются в межкристальном растворе. С помощью многоступенчатой кристаллизации решается задача получения сахара стандартного качества, при этом потери должны быть минимальны. Двухступенчатая и трехступенчатая технологические схемы продуктового отделения получили наибольшее распространение. Для получения сахара хорошего качества используют гибкие технологические схемы, которые допускают оперативное перераспределение потоков в зависимости от ситуацией на заводе. Чтобы суммарный эффект кристаллизации составлял около трети рациональная технологическая схема продуктового отделения должна иметь несколько ступеней кристаллизации, а коэффициент завода составлял бы не менее 80% при среднем качестве свеклы. 4. Центрифугирование В сахарной промышленности применяют исключительно фильтрационное центрифугирование. Разделение утфелей осуществляется в результате действия на них центробежной силы, возникающей в роторе центрифуги. Для лучшего отделения межкристального оттека и удержания кристаллов сахара внутри ротора центрифуги устанавливают подкладочные и фильтрующие сита. Утфель I кристаллизации разделяется на автоматизированных центрифугах периодического действия. В настоящее время такие центрифуги обеспечивают получение сахара-песка товарного качества. В связи с недостаточной промывкой кристаллов сахара водой в роторах центрифуг, значительным измельчением кристаллов сахара, это связано с тем, что при разделении утфелей пониженного качества возможно попадание в готовый продукт вместе с кристаллами части оттеков, центрифуги непрерывного действия могут быть использованы только для разделения утфелей I кристаллизации. Наиболее эффективным оборудованием для разделения промежуточного, аффинационного и последних утфелей являются инерционные центрифуги непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадка. В центрифугах осадок срезается ножом при пониженной частоте вращения ротора, вследствие чего практически исключается измельчение кристаллов осадка. Общим конструктивным признаком подвесных является вертикальное расположение оси ротора. Вал верхним концом подвешен в шаровой опоре, расположенной значительно выше центра вращающейся системы. Шаровая опора представляет собой систему подшипников качения размещенных в стакане, свободно опирающемся на сферическую поверхность корпуса привода. Пределы отклонения вала ограничиваются резиновым амортизатором, что уменьшает динамическую нагрузку на подшипники при возникновении дисбаланса. Корпус головки привода закреплен болтами на продольных швеллерах, опирающихся на две стойки. Вращение центрифуги передаётся от - от фланцевого электродвигателя, соединенного с валом центрифуги специальной упругой муфтой. Конструкция электродвигателя позволяет производить торможение противотоком вращающегося ротора центрифуги. Центрифуги укомплектованы также механическим ленточным тормозом для аварийного торможения, расположенным в корпусе головки привода. Ротор центрифуги закрыт кожухом, состоящим из верхней и нижней частей. Кожух является сборником фильтрата который отводится через нижний патрубок.. Центрифуги оснащены устройством для пропарки внутренней полости кожуха и наружной поверхности ротора. При работе фильтрующих центрифуг суспензия подается сверху при пониженной (по сравнению с рабочей) частоте вращения ротора. Затем частота вращения доводится до максимальной, при которой осадок отжимают, промывают и повторно отжимают. Осадок выгружают ножом при малой частоте вращения ротора. 5. Подготовка питающей воды для Диффузионное извлечение сахарозы из свекловичной стружки в противоточном режиме обеспечивает её нормативное обессахаривание и получение минимально разбавленного водой диффузионного сока. В производственных условиях в качестве экстрагента используют барометрическую воду и деамонизированные аммиачные конденсаты, образующиеся в теплообменных аппаратах. Обязательным условием для работы с малыми потерями в диффузионном отделении является возвращение в диффузионный аппарат жомопрессовой воды. При переработке свежей здоровой свеклы допускается использовать жомопрессовую воду для диффузионного процесса без очистки после тщательного фильтрования на мезголовушке. При этом единственным условием является минимальное время её пребывания в промежуточных сборниках. Питательная вода должна соответствовать следующим требованиям:
При этом вода не должна являться источником вторичного микробиологического и химического загрязнения диффузионного сока. Все существующие способы очистки жомопрессовой воды, возвращаемой в технологический цикл экстракционной установки, можно разделить на три групп:
Способ подготовки жомопрессовой воды к возврату на диффузию предусматривает очистку воды от мезги и её отстаивание в отстойнике. Воду после отстаивания подвергают дефекосатурации, фильтруют до отделения осадка и нагревают до температуры 50-70оС. После этого воду фильтруют на мембранном фильтре тонкой очистки для удаления микроорганизмов, высокомолекулярных веществ и взвешенных частиц. Недостатками приведенных способов является то, что они не обеспечивают высокую степень очистки от микроорганизмов и различных примесей, что приводит к потерям сахарозы в процессе диффузии и ухудшает качество диффузионного сока. Для повышения степени очистки воды от микроорганизмов, высокомолекулярных веществ и взвешенных частиц и улучшении качества диффузионного сока в процессе подготовки жомопрессовой воды к возврату на диффузию её очищают от мезги и отстаивают. Наличие в питательной воде аммиака интенсифицирует инверсию сахарозы, способствует набуханию и разрушению пектиновых веществ и переходу их в диффузионный сок, что приводит к снижению доброкачественности диффузионного сока, ухудшению фильтрационной способности сока на стадии дефекосатурации. Ввод ортофосфорной кислоты в обработанную сернистым ангидридом питательную воду не обеспечивает стабильность важного в экстакционном процессе показателя - рН среды. Ортофосфорная кислота является дорогостоящей, и количество её выработки не позволяет удовлетворить потребности сахарных заводов. Способ подготовки питательной воды с помощью сульфата алюминия предусматривает введение соли в воду, используемую в качестве экстрагента, и экстрагирование ошпаренной свекловичной стружки этой водой. Недостатками и отличиями этого способа являются: проведение ошпаривания стружки, то есть требуется дополнительный подогрев диффузионного сока; обработка воды происходит в периодически действующем устройстве с использованием для диффузии одной фракции обработанной воды. Таким образом, существует большое количество вариантов подготовки питающей воды для диффузионных аппаратов. Эффективность данных способов определяется механизмом воздействия применяемых реагентов на сопутствующие загрязнения и микрофлору воды. 6. Получение свекловичной стружки. Для извлечения сахарозы свекла должна быть измельчена (изрезана). Этот процесс осуществляется в свеклорезках специальными свеклорезными ножами. На сахарных заводах применяют дисковые, барабанные и центробежные свеклорезки. На сахарных заводах России используют в основном центробежные свеклорезки. Для эффективного экстрагирования сахарозы из свеклы решающее значение имеет высокое качество стружки, получаемой из свеклы. Свекловичная стружка должна обладать достаточно большой удельной площадью поверхности, прочностью на разрыв, изгиб и смятие, хорошей проницаемостью в течение всего процесса экстракции, иметь простую форму поперечного сечения. Качество свекловичной стружки оценивается длиной 100 г. Стружки в метрах (число Силина) или отношением массы стружки длиной более 5 см. к массе стружки длиной менее 1 см (шведский фактор), а также содержанием брака. Браком считаются неразрезанные гребешки (пластинки), а также стружка короче 5 мм или толщиной менее 0,5 мм. Брака – не более 3%. Длина 100г. стружки в – 20м в зависимости от типа диффузионного аппарата. Для получения свекловичной стружки используют центробежные, дисковые или барабанные свеклорезки. В центробежных свеклорезках сырьё непосредственно поступает в ротор-улитку и прижимается к ножам, зафиксированным в вырезах цилиндрического корпуса, и измельчаются в стружку. Ножи выполнены из нержавеющей инструментальной стали, прошедшие для долговечности дополнительную термообработку. Ножи неподвижны, и при необходимости их можно заменить, не останавливая свеклорезку. Сахарозу извлекают из сырья диффузионным способом. Для этого сырьё измельчают в тонкую стружку. Качество стружки оценивают длиной 100 г стружки или отношением массы стружки длиной более 5 см к массе стружки длиной менее 1 см. В диффузионных аппаратах используют стружку, длина 100 г который составляет 9... 15м, - шведский фактор должен быть при этом не ниже 8. В стружке допустимое количество брака не должно превышать 3%. Получение диффузионного сока подчиняется закону Фика, устанавливающим связь, непосредственно между количеством экстрагируемого вещества, и основными параметрами процесса. Количество сока, добываемое из 100 кг стружки, составляет 115...125 кг. При увеличении расхода воды, на обессахаривание стружки, расходы топлива и электроэнергии на ее последующее выпаривание соответственно возрастают. На сахарном производстве работают диффузионные аппараты различных систем: колонные диффузионные аппараты, наклонные диффузионные аппараты, ротационные диффузионные аппараты и др. В России используют также несколько типов наклонных шнековых диффузионных аппаратов. Один из наиболее существенных недостатков наклонных шнековых диффузионных аппаратов — неравномерный прогрев стружки по поперечному сечению аппарата и соответственно дополнительные теплопотери при перемещении сырья. Заключение В современной сахарной промышленности технический прогресс развивается разработками ученых, а также предложениями работников сахарной промышленности. На этом основании в нашей стране разработаны методы длительного хранения сахарной свеклы, спроектирован целый ряд разнообразного оборудования для автоматизации и оптимизации переработки сахар содержащего сырья. Производительность сахарорафинадных заводов можно оценить массой готовой продукции, выпускаемой за определенный промежуток времени. Количество и качество выпускаемого сахара-песка, как целевого продукта зависит, главным образом от качества сырья, от сахаристости свеклы, соблюдения технологического процесса и продолжительностью работы сахарного завода в течение года, определяемой количеством заготовленной сахарной свеклы или количеством сырья доступного для заказа у поставщика. Из этого следует, что производительность сахарного завода принято определять не количеством выпускаемой продукции, а количеством сырья, которое может переработать определённый завод за определенный промежуток времени. Но это не совсем верно, так как результат должен быть не в количестве, а в качестве переработанной и изготовленной продукции. Производительность отдельных машин и аппаратов сахарного производства выражается в тоннах перерабатываемой свеклы в сутки. А производительность рафинадного завода определяют в тоннах рафинада, произведенного в сутки. Список использованной литературы Исследование продовольственных товаров: Учеб. пособие для товаровед, фак. торг. вузов/Боровикова Л.А., Гримм А.И., Дорофеев А.Л. и др. — М.: Экономика, 1980. — ЗЗ6 с. Матюхина З.П. Товароведение. – М. – 2002. – 272 с. Наместников А.Ф. Хранение и переработка овощей, плодов и ягод. – М., 1969. Справочник организации общественного питания. М.: Экономика, 1981. Справочник технолога общественного питания. М.: Экономика, 1984. Технологическое оборудование сахарных заводов. – М., 2007 Трушина Т.П. Основы микробиологии, физиологии и санитарии для общепита. – Ростов н/Д.: Феникс, 2000. – З84 с | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||