Сырьем для производства сахара (сахарозы) служат сахарная свекла и сахарный тростник. В нашей стране сахарный тростник не выращивается, поэтому практически единственным сырьем является сахарная свекла.
В то же время у нас в значительном количестве перерабатывается тростниковый сахар-сырец {3-3,5 млн. т) из республик Куба.
Химический состав сахарной свеклы
Корнеплод сахарной свеклы содержит 75 % воды и 25 у сухих веществ.
Среднее содержание сахарозы 17,5 %. Оно колеблется от 15д до 22,5 % и зависит от сорта, условий выращивания, способов уборки, хранения. В состав нерастворимых органических веществ (5 %) входят гемицеллюлозы 1,3 %, пектиновые вещества 2,4 %. в состав азотистых органических веществ (1,2 %) – белок’ 0,7 %; беатин – 0,2. аминокислоты – 0,2 %; безазотистые органические вещества включают иквергный сахар – 0,12, орга. нические кислоты – 0,50 %; минеральный состав, пересчитанный на оксиды: К-О – 0,20 %; СаО – 0,07, Na20 – 0,04; P2Os -0,07 % и др.
Особенности производства сахара из сахарной свеклы
Свекла, поступающая на сахарный завод, после мойки и удаления примесей измельчается в тонкую стружку определенных размеров и поступает на экстрагирование (диффузию) для извлечения сахарозы (обессахаривание). Скорость экстракции и глубина извлечения резко возрастают при повышении температуры (до 70 °С) в результате денатурации белков протоплазмы и мембран. Температура экстракции 70-75 “С, при более высокой температуре происходит набухание пектиновых веществ, снижается упругость стружки, при температуре же ниже 70 °С интенсивно развиваются микроорганизмы, что приводит к ее порче.
Диффузионный срок с содержанием сухих веществ 16-17%, в том числе 14-15 % сахарозы, перед выпариванием подвергается длительной и сложной очистке для удаления хлопьев скоагулированного белка, обрывков клеток, растворенных в нем органических и неорганических примесей (растворимые белки, пектиновые вещества и продукты их распада, редуцирующие сахара, аминокислоты, азотистые основания, соли органических и неорганических кислот и другие соединения), которые затрудняют кристаллизацию и снижают выход сахарозы.
В основе современных методов очистки диффузионного сов лежит обработка его гидроксидом кальция (дефекация), а затеи удаление его избытка углекислым газом (сатурация).
Цель дефекации – химическая очистка диффузионного сов коагуляцией содержащихся в нем коллоидов, разложение несахаров и осаждение образующихся продуктов.
Цель сатурации – адсорбционная очистка дефекованного сока. На сатурацию (насыщение СОг) поступает сок вместе с осадком после дефекации. При сатурации значительная часть несахаров переводится в осадок и отделяется фильтрованием. Образующийся при насыщении сока углекислым газом осадок СаСОз служит основой для создания фильтрующего слоя.
Примеси, содержащиеся в диффузионном соке, имеют различный химический состав и свойства, а это требует различия условий для эффективного выведения их из раствора. Это привело к появлению на практике ряда приемов, позволяющих наиболее эффективно осуществлять очистку диффузионного сока.
Сатурационный сок, содержащий примерно 15 % сахарозы, поступает для дальнейшей очистки на сульфитацию (обработка диоксидом серы), которую проводят, пропуская через раствор сульфптационный газ. Цель сульфитации – снижение цветности и щелочности сока. При сульфитации происходит обесцвечиваете красящих веществ за счет восстановления и перехода их в лейкосоедкнения, блокирования альдегиде- и кетогруппы в сахарах и продуктах их распада и предотвращения образования красящих веществ с их участием, снижение щелочности сока и сиропа. При сульфитации снижается вязкость раствора, они лучше фильтруются, облегчается кристаллизация сахарозы.
Диффузионный сок направляется на выпарную установку для сгущения до содержания сухих веществ 60-65 %. Дальнейшее удаление воды до содержания сухих веществ 92,5-93,5% проводят в вакуум-аппаратах. Полученный продукт (утфель-1) представляет собой кристаллы сахарозы (около 55 %) и межкристальный раствор сахарозы. Кристаллы сахарозы (сахар-песок, влажность 0,8-1,2 %) отделяют от раствора центрифугированием. Сахар-песок сушат. Готовый продукт должен иметь влажность не более 0,14 % и содержать сахарозы 99,75 %.
На последней ступени кристаллизации получают мелассу-огтек (выход 3,5-6,0 к массе свеклы). Состав мелассы колеблется в зависимости от качества свеклы и технологии сахародобывания (%): сухих веществ 76-84, в том числе сахарозы 46-51, бетаина 4-7, редуцирующих веществ 1,0-2,5, раффинозы 0,8- 1,2, молочной кислоты 4-6, муравьиной кислоты 0,2-0,5, уксусной 0,2-0,5, красящих веществ 4-8, золы 6-10. В состав мелассы входят аминокислоты, в первую очередь глутаминовая. Меласса используется в биотехнологии при производстве спирта, кислот, дрожжей, в комбикормовой промышленности.
Сахарный песок растворяют и направляют на рафинацию для удаления примесей, придающих ему желтый цвет, специфический вкус и запах. Очистку раствора проводят активированными углями или ионообменными смолами. Очищенный сироп уваривают, кристаллы отделяют, получая рафинированный сахар. Готовый, высушенный сахар-рафинад должен содержать не менее 99,9 % сахарозы, иметь белый цвет и не обладать посторонним вкусом и запахом. В нашей стране сахар-рафинад выпускают в виде рафинированного сахара-песка и различных видов кускового сахара-рафинада (быстрорастворимый, престранный, колотый, литой колотый и т. д.). Сахарную пудру полуучают путем разлома кристаллического сахара.
Особенности производства крахмала
Крахмал, сахаристые продукты на его основе (патока, декстрины, кристаллическая глюкоза), модифицированные крахмалы широко применяют в пищевой промышленности и в других отраслях народного хозяйства. Основное сырье для их получения – картофель и кукуруза. Технология получения крахмала и крахмалопродуктов из них различна.
Клубни картофеля содержат до 18,2 % крахмала.
Поступивший на производство картофель проходит мойку для удаления грязи и других примесей, а затем измельчается. При этом происходит разрушение клеток клубней картофеля и высвобождение крахмальных зерен. Освобожденный из клеток крахмал называется «свободным». Кашеобразная смесь «картофельная кашка» состоит из «свободного» крахмала, разрушенных клеточных стенок (мезги), крахмала, оставшегося в неразрушенных клетках («связанный» крахмал), и клеточного сока. Клеточный сок (содержание сухих веществ 3,5-5%), содержащий белок, безазотистые органические соединения, сахара, минеральные вещества, отделяется на центрифугах. Эту операцию необходимо проводить максимально быстро, так как содержащаяся в клеточном соке аминокислота тирозин под влиянием фермента полифенолоксидазы окисляется с образованием окрашенных соединений, которые снижают качество готового крахмала. Из оставшейся после отделения клеточного сока кашки вымывают свободный крахмал. Образующую крахмальную суспензию (крахмальное молоко) отделяют от мезги. Суспензию крахмала очищают (рафинируют), удаляя оставшиеся в ней примеси, многократно промывают водой, отделяя крахмальные зерна. Влажность сырого крахмала составляет 40-52 %, затем его подвергают дальнейшей переработке для получения сухого крахмала.
Зерно кукурузы содержит до 70 % крахмала и является основным сырьем для его получения. Для получения крахмала зерно кукурузы замачивается в течение 48-50 ч в 0,2 %-ном растворе сернистой кислоты при 48-50 °С. Зерно набухает, размягчается, при этом ослабевают связи между его составными частями, белком и крахмалом. Оболочки становятся проницаемыми, влажность – зерна возрастает до 40-45 % и в «замочную» воду переходит J/J растворимых веществ зерна. Происходит инактивация ферментов. Замоченное зерно вместе с крахмальным молоком поступает на дробление. Цель его – разделение зерна на пасти, высвобождение зародыша и выделение максимального количества крахмала. В результате дробления удается выделить до 90-97 % зародыша, из которого получают кукурузное масло. Из оставшейся кукурузной кашки отделяют остатки клетчатки, выделяют свободный крахмал и глютен. Чистый кукурузный крахмал обезвоживается до содержания влаги 13 %.
Широкое применение в пищевой промышленности находят разнообразные продукты, получаемые из крахмала. К ним относятся гидролизаты крахмала (крахмальная патока, крахмальные сиропы, глюкоза), модифицированные продукты на основе гидролизатов (глюкозофруктозные сиропы) и продукты модификации самого крахмала (модицированные крахмалы).
Гидролизаты крахмала – продукты частичного гидролиза крахмала разбавленными кислотами, ферментами или и теми, и другими.
При гидролизе (осахаривании) происходит деструкция крахмала и образование продуктов с различной молекулярной массой (декстрины, мальтозы, глюкозы). Управляя этим процессом, можно получить нужные для пищевой промышленности и питания продукты. Их состав, а следовательно, свойства и пути использования различны. Глубину гидролиза оценивают по содержанию редуцирующих веществ и условно выражают в глюкозных единицах (процентное содержание D-глюкозы в массе сухого вещества продукта). Промышленные продукты неполного гидролиза крахмала – патоки. Их применяют в качестве антикристаллизатора при производстве карамели, повидла, в хлебопечении, в консервном производстве, производстве безалкогольных напитков, мороженого. Карамельная патока содержит 38- 40 % редуцирующих веществ к массе сухого вещества, низкоосахаренная – 30-34 %, глюкозная – 44-60 %.
Патока получение : основные операции
подготовка крахмала, его гидролиз, нейтрализация кислоты послe его завершения (кислотный гидролиз) или инактивация ферментов (ферментативный гидролиз), очистка полученных сиропов и их уваривание. Кислотный гидролиз раствора крахмала, крахмальное молоко, проводят обычно соляной кислотой при температуре 140-145 “С.
Производство глюкозы
Глюкоза является конечным продуктом гидролиза крахмала, широко применяется в пищевой промышленности, медицине, химии, биотехнологии. При получении глюкозы проводят более глубокий гидролиз суспензии крахмала, получая гидролизаты с высоким содержанием глюкозы. Осахаренный сироп упаривают и направляют на кристаллизацию. Продукт, полученный в результате затвердевания очищенных и уваренных гидролизатов, называют крахмальным сахаром, а выделенные кристаллы глюкозы – кристаллической глюкозой. Последняя должна содержать не менее 99,5 % редуцирующих веществ (в пересчете на сухое вещество).
Производство глюкозо-фруктозных сиропов
Необходимость максимального удовлетворения потребностей растущего населения земного шара в сахаристых веществах потребовала производства новых видов сахарсодержащих продуктов, которые по сладости эквивалентны сахарозе. Решить эту проблему позволили достижения биотехнологии. Такими продуктами являются получаемые из крахмала глюкозо-фруктозные сиропы. Необходимо отметить, что один из их компонентов – фруктоза- является самым сладким природным сахаром, а следовательно, может потребляться в меньшем количестве, чем сахароза, и ее могут употреблять не только здоровые люди, но и страдающие диабетом.
Для получения глюкозо-фруктозных сиропов крахмальное молоко гидролизуют при участии соляной кислоты или фермента ацилазы, как было описано ранее, получая гидролизаты крахмала- Затем, продолжая гидролиз с помощью глюкоамилазы (рН 4-5,6, температура 55-60 °С), получают D-глюкозу, которую изомеризуют с помощью фермента глюкозоизомеразы (рН 6-6,2, температура 60-70 °С) во фруктозу. Получают глюкозо-фруктозные сиропы с содержанием 45-50 % фруктозы и 55-60 % глюкозы. Они имеют такую же сладость, как и сахароза. Если сладость 15 %-ного раствора сахарозы принять за 100%. то сладость идентичного раствора глюкозы 60-65 %, фруктозы 130-150 %. В настоящее время выпускают сиропы с содержанием фруктозы 55 % и высокофруктозные сиропы с содержанием фруктозы 90-95 %.
