Введение
Сахар представляет из себя пищевой продукт, основным компонентом которого является сахароза. В организме под действием ферментов она расщепляется на глюкозу и фруктозу. Сахароза имеет приятный сладкий вкус и в водных растворах ее сладость ощущается при концентрации около 0,4%.
Сегодня все чаще можно слышать, что сахар - это чистые углеводы, которые ничего не несут полезного. На самом деле это не так. Сахароза используется организмом человека как источник энергии и как материал для образования гликогена, жира, белковых и углеродных соединений. Сахароза быстро и легко усваивается организмом, повышает работоспособность человека, укрепляет нервную систему, снимает усталость.
Сахар имеет огромное значение для нормального функционирования нашей нервной системы, для правильной работы мышц и даже для обменных процессов. Ощущение сладкого вкуса сахара возбуждающе действует на центральную нервную систему, способствует обострению зрения и слуха. Отсутствие достаточного количества сахара в организме отрицательно сказывается на работе мозга, печени и сердца.
Сырьем для выработки сахара служат сахарная свекла (около 45%) и сахарный тростник, произрастающий в районах с тропическим и субтропическим климатом. Для производства сахара используют также такие растения-сахароносы, как сорго, кукуруза, пальма.
Отечественная промышленность вырабатывает сахар из сахарной свеклы. Тростниковый сахар ввозят в виде полуфабриката - сахара-сырца, который перерабатывают в товарный белый сахар.
По назначению сахар-песок делится на продукцию для реализации населению и для промышленной переработки. В зависимости от технологии производства сахар делится на 2 основных вида - сахар-песок и сахар-рафинад. Сахар-рафинад делится на сахар-песок рафинированный, сахар-рафинад прессованный и сахарную пудру.
Сахар-песок, сахар рафинад: производство и характеристика ассортимента
Сахар-песок выпускают обычный (мелкокристаллический), который имеет белый цвет с блеском, сладкий вкус, и рафинированный, - который получают путем дополнительной очистки (рафинации) сахарного сиропа или перекристаллизации, включая адсорбцию примесей сахара-песка обычного: цвет белее, чем у сахара-песка обычного, допускается голубоватый оттенок.
В зависимости от их размера этот сахар-песок делят на мелкий (от 0,2 до 0,8 мм), средний (от 0,5 до 1,2), крупный (от 1,0 до 2,5) и особо крупный (от 2,0 до 4,0 мм).
Сахар-песок получают из сахарной свеклы, содержащей не менее 16% сахарозы, находящейся в клеточном соке в растворенном состоянии.
Процесс получения сахара-песка на свеклосахарных заводах складывается из следующих основных стадий:
переработка свеклы - удаление примесей, мойка и нарезка в стружку (в узкие тонкие пластины);
получение диффузионного сока;
очистка сока от механических примесей и несахаров;
на следующей стадии сок сгущают путем выпаривания, затем следует кристаллизация сахара из сиропа, отделение кристаллов сахара от межкристальной жидкости;
на последней стадии проводят сушку, охлаждение и освобождение кристаллов от ферромагнитных примесей и комков сахара.
Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы представлена на рис. 1.
Сахарная свекла подается в завод из бурачной или с кагатного поля. По гидравлическому конвейеру она поступает к свеклонасосам и поднимается на высоту до 20 м. Дальнейшее перемещение ее для осуществления различных операций технологического процесса происходит самотеком.
Рисунок 1 - Машинно-аппаратурная схема линии производства сахара-песка из сахарной свеклы
По длине гидравлического конвейера 1 последовательно установлены соломоботволовушки 2, камнеловушки 4 и водоотделители 5. Это технологическое оборудование предназначено для отделения легких (солома, ботва) и тяжелых (песок, камни) примесей, а также для отделения транспортерно-моечной воды. Для интенсификации процесса улавливания соломы и ботвы в углубление 3 подается воздух. Сахарная свекла после водоотделителей поступает в моечную машину 6. Моечная машина предназначена для окончательной очистки свеклы (количество прилипшей земли составляет при ручной уборке 3…5% свеклы, а при механизированной уборке комбайнами - 8… 10%).
Количество воды, подаваемой на мойку свеклы, зависит от степени ее загрязненности, конструкции машины и в среднем составляет 60… 100% к массе свеклы. В сточные воды гидравлического конвейера и моечной машины попадают отломившиеся хвостики свеклы, небольшие кусочки и мелкие корнеплоды (всего 1…3% к массе свеклы), поэтому транспортерно-моечные воды предварительно направляются в сепаратор для отделения от них хвостиков и кусочков свеклы, которые после обработки поступают на ленточный конвейер 14.
Отмытая сахарная свекла орошается чистой водой из специальных устройств 7, поднимается элеватором 8 и поступает на конвейер 9, где электромагнит 10 отделяет металлические предметы, случайно попавшие в свеклу. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 направляют в измельчающие машины-свеклорезки 13. Стружка должна быть ровной, упругой и без мезги, пластинчатого или ромбовидного сечения, толщиной 0,5… 1,0 мм. Свекловичная стружка из измельчающих машин с помощью ленточного конвейера 14, на котором установлены конвейерные весы, подается в диффузионную установку 15.
Сахар, растворенный в свекловичном соке корнеплода, извлекается из клеток противоточной диффузией, при которой стружка поступает в головную часть агрегата и движется к хвостовой части, отдавая сахар путем диффузии в движущуюся навстречу экстрагенту высолаживающую воду. Из конца хвостовой части агрегата выводится стружка с малой концентрацией сахара, а экстрагент, обогащенный сахаром, выводится как диффузионный сок. Из 100 кг свеклы получают приблизительно 120 кг диффузионного сока. Жом отводится из диффузионных установок конвейером 16 в цех для прессования, сушки и брикетирования.
Диффузионный сок пропускается через фильтр 17, подогревается в устройстве 28 и направляется в аппараты предварительной и основной дефекации 27, где он очищается в результате коагуляции белков и красящих веществ и осаждения ряда анионов, дающих нерастворимые соли с ионом кальция, содержащимся в известковом молоке (раствор извести). Известковое молоко вводится в сок с помощью дозирующих устройств.
Дефекованный сок подается в котел первой сатурации 26, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и особенно красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаС03, который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации подается через подогреватель 25 в гравитационный отстойник 24. В отстойниках сок делится на две фракции: осветленную (80% всего сока) и сгущенную суспензию, поступающую на вакуум-фильтры 23. Фильтрованный сок первой сатурации направляется в аппараты второй сатурации 22, где из него удаляется известь в виде СаСОз. Сок второй сатурации подается на фильтры 21. Соки сахарного производства приходится фильтровать несколько раз. В зависимости от цели фильтрования используются различные схемы процесса и фильтровальное оборудование.
Отфильтрованный сок из фильтра 21 подается в котел сульфитации 20. Цель сульфитации - уменьшение цветности сока путем обработки его диоксидом серы, который получают при сжигании серы.
Сульфитированный сок направляют на станцию фильтров 19, а затем транспортируют через подогреватели в первый корпус выпарной станции 18. Выпарные установки предназначены для последовательного сгущения очищенного сока второй сатурации до концентрации густого сиропа; при этом содержание сухих веществ в продукте увеличивается с 14… 16% в первом корпусе до 65…70% (сгущенный сироп) в последнем. Свежий пар поступает только в первый корпус, а последующие корпуса обогреваются соковым паром предыдущего корпуса. Площадь поверхности нагрева выпарной станции сахарного завода производительностью 5000 т свеклы в сутки составляет 10 000 м2. Полученный сироп направляется в сульфитатор 29, а затем на станцию фильтрации 30. Фильтрованный сироп подогревается в подогревателе 31, откуда поступает в вакуум-аппараты первого продукта 32. Сироп в вакуум-аппаратах уваривается до пересыщения, сахар выделяется в виде кристаллов. Продукт, полученный после уваривания, называется утфелем. Он содержит около 7,5% воды и около 55% выкристаллизовавшегося сахара.
Сироп уваривают в периодически действующих вакуум-аппаратах. Утфель первой кристаллизации из вакуум-аппаратов поступает в приемную утфелемешалку 33, откуда его направляют в распределительную мешалку, а затем в центрифуги 34, где под действием центробежной силы кристаллы сахара отделяются от межкристальной жидкости. Эта жидкость называется первым оттеком. Чистота первого оттека 75…78%, что значительно ниже чистоты утфеля.
Чтобы получить из центрифуги белый сахар, его кристаллы промывают небольшим количеством горячей воды - пробеливают. При пробеливании часть сахара растворяется, поэтому из центрифуги отходит оттек более высокой чистоты - второй оттек. Второй и первый оттеки подают в вакуум-аппарат второй (последней) кристаллизации, где получают утфель второй кристаллизации, содержащий около 50% кристаллического сахара. Этот утфель постепенно охлаждают до температуры 40 °С при перемешивании в утфелемешалках - кристаллизаторах. При этом дополнительно выкристаллизовывается еще некоторое количество сахара. Наконец, утфель второй кристаллизации направляется в центрифуги, где от кристаллов сахара отделяется меласса, которая является отходом сахарного производства, так как получение из нее сахара путем дальнейшего сгущения и кристаллизации нерентабельно. Желтый сахар второй кристаллизации рафинируют первым оттеком, полученный утфель направляется в распределительную мешалку, а затем в центрифуги. Полученный сахар растворяется, и сок поступает в линию производства.
Белый сахар, выгружаемый из центрифуг 34, имеет температуру 70 °С и влажность 0,5% при пробеливании паром или влажность 1,5% при пробеливании водой. Он попадает на виброконвейер 35 и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36. После сушки сахар-песок поступает на весовой ленточный конвейер 37 и далее на вибросито 38. Комочки сахара отделяются, растворяются и возвращаются в продуктовый цех.
Товарный сахар-песок поступает в силосные башни 39 (склады длительного хранения).
Сахар-рафинад - продукт, состоящий из кристаллической дополнительно очищенной (рафинированной) сахарозы, выпускаемой в виде кусков и кристаллов. В отличие от обычного сахара-песка кристаллы рафинированного сахара-песка имеют ярко выраженные грани и блестящие плоскости.
Рафинация - это отделение сахарозы от несахаров путем ее кристаллизации в растворах. Цель рафинации сахара-песка или тростникового сахара-сырца заключается в том, чтобы в результате последовательного выполнения технологических операций максимально удалить примеси и получить практически чистую сахарозу. По действующему стандарту содержание примесей в сахаре-рафинаде - не более 0,1%.
В зависимости от способа выработки сахар-рафинад подразделяется на: прессованный; рафинированный сахар-песок, рафинадную пудру.
Сахар-рафинад вырабатывают в следующем ассортименте:
прессованный колотый и прессованный в кубиках - получают прессованием сахара-песка в бруски, которые высушивают и раскалывают, на кусочки в виде параллелепипеда по 5,5, 7,5 или 15 г. с толщиной кусочка 11 и 22 мм, а также в виде кубиков по 4,8 г;
прессованный колотый со свойствами литого - готовят прессованием под большим давлением кристаллов сахара-песка с повышенной влажностью (3-3,5%) в виде кусочков формы параллелепипеда такой же массы и толщины, как у прессованного колотого;
прессованный быстрорастворимый - вырабатывают на автоматах прессованием сахара-песка в отдельные кусочки правильной формы по 5,5 и 5,9 г, которые укладывают в пачки по 500 и 1000 г., этот сахар имеет небольшую прочность и быстро растворяется в воде;
прессованный в мелкой фасовке (дорожный) - выпускают отдельными кусочками до 7,5 г или сдвоенными - по 15 г., которые завертывают в подвертку и этикетку, этот сахар достаточно прочный;
литой колотый сахар-рафинад - отличается большой прочностью, выпускают кусками неправильной формы массой не менее 5 и не более 60 г.
Рафинадная пудра представляет собой измельченные кристаллы сахара размером не более 5 мм. Готовится она из крошки (кусочки менее 5 г), которая образуется в сахарорафинадном производстве.
Основные стадии производства сахара-рафинада. Сахар-песок растворяют в воде. Полученный сироп очищают, применяя адсорбенты - аниониты и угли (костяной, активные угли типа «норит» или «карборафин», гранулированный активированный уголь). Аниониты, содержащие в составе активные аминогруппы, представляют собой твердые полиоснования, способные обменивать содержащиеся в них анионы на анионы красящих веществ, содержащихся в продуктах сахарного производства; при этом красящие вещества обесцвечиваются. Рафинадные сиропы дополнительно обесцвечиваются путем перевода красящих веществ в менее окрашенные пли бесцветные соединения при помощи химического реагента - гидросульфита натрия.
В рафинадном производстве проводят несколько циклов кристаллизации.
Сахар-рафинад получают на первых двух или трех циклах, на последующих трех-четырех циклах из паток получают желтый сахар, который возвращают на переработку. Из последнего цикла выводят рафинадную патоку как отход производства. Для снижения инверсии сахарозы поддерживают слабощелочную реакцию сахарных растворов, а для маскировки желтого оттенка рафинада применяют краситель синего цвета ультрамарин марки УС (ультрамарин сахарный). Его добавляют в виде суспензии в рафинадный утфель или в центрифугу при промывке кристаллов сахара. Сахароза для шампанского вырабатывается без подкраски.
Сахар-песок рафинированный получают из утфеля с однородными по величине и строению кристаллами сахарозы. Сахар отделяют от патоки на центрифугах, пробеливают водой, сушат и разделяют на ситах на фракции по размерам кристаллов.
Сахар-рафинад прессованный получают, удаляя на центрифугах патоку из утфеля и промывая кристаллы клерсом (чистым раствором сахара-рафинада). Влажные кристаллы образуют рафинадную кашку. Их грани покрыты тонкой пленкой сахарного раствора. Из кашки прессуют отдельные кусочки сахара-рафинада или бруски, которые раскалывают после сушки на кусочки. Рафинадная кашка должна содержать кристаллы определенной величины, так как крупные кристаллы образуют прессованные кусочки с неровной поверхностью прессованных кусков, а мелкие, обладая большой площадью поверхности, удерживают лишнюю влагу.
Крепость получаемого сахара-рафинада зависит от влажности кашки, которую регулируют количеством оставшегося в ней клерса. Влажность кашки для получения быстрорастворимого сахара-рафинада должна быть 1,6-1,8%, прессованного колотого - 1,8-2,3%.
Бруски сахара-рафинада обладают капиллярно-пористой структурой, что способствует их высушиванию. Удаление влаги в процессе сушки вызывает дополнительную кристаллизацию сахарозы, которая была в ней растворена. Чем больше клерса находится в бруске или кусочке прессованного сахара-рафинада, а следовательно, и растворенной сахарозы, тем более прочно она соединяет кристаллы в конгломерат, и сахар-рафинад получается более крепким.
На рис. 2 приведена принципиальная схема получения сахара-рафинада с двумя рафинадными кристаллизациями.
Рисунок 2 -Принципиальная технологическая схема получения рафинированного сахара-песка
сахар качество ассортимент маркировка
Каждый цикл рафинирования начинается с приготовления сиропа и его очистки. Сиропы с содержанием 63-67% СВ готовят из сахара и полупродуктов примерно одной чистоты. Сироп I рафинада готовят на воде, обессоленной ионитами, а сиропы других кристаллизаций - на промоях, полученных при обессахаривании отработанных адсорбентов. Оптимальное значение рН (7,5-8,0) всех сиропов устанавливают, добавляя карбонат натрия и тринатрийфосфат. Сиропы, содержащие не более 10 мг/л твердой фазы, подвергают обесцвечиванию адсорбентами (активный уголь, иониты, карбонат кальция) при температуре 78-80 °С.
Для адсорбционной очистки сиропов на отечественных предприятиях применяют активный гранулированный уголь АГС-4М и порошковые угли типа карборафин. Отработанный гранулированный уголь регенерируют прокаливанием без доступа воздуха. Порошковый уголь не регенерируют, расход его при эффективности обесцвечивания 60-70% составляет 2-2,5 кг/1 т сахара-рафинада. Утфели рафинадных кристаллизаций уваривают до 91,5-92% СВ и содержания кристаллов 58-60% при температуре не выше 78 °С. Утфели продуктовых кристаллизаций уваривают до 90,0-91,5% СВ.
После центрифугирования сахар рафинадных кристаллизаций промывают водой или клерсом (сироп высокой чистоты, почти бесцветный, содержит примерно 67% СВ); использование клерса позволяет повысить выход кристаллического сахара на 8-10%. Часть очищенного от механических примесей и обесцвеченного адсорбентами сиропа I рафинада может быть выведена из производства в виде жидкого сахара (ОСТ 18-170) высшей и I категорий.