CC BY
62УДК: 664.121;633.63
http://doi.org/10.24411/2413-5518-2020-10206
Исследование закономерности искажения определяемой сахаристости в сахарной свёкле в зависимости от степени увядания корнеплодов
Часть 1
М.Б. МОЙСЕЯК, проф. кафедры кондитерских, сахаристых, субтропических и пищевкусовых технологий, канд. техн. наук, доцент (e-mail: marina-mgupp@mail.ru) А.П. ЧУДИНОВ, мл. научн. сотрудник
О.В. ВОРОНИНА, ассист. кафедры кондитерских, сахаристых, субтропических и пищевкусовых технологий С.Р. БОЙКОВ, студент
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств»
Введение
Свеклосахарная отрасль сегодня демонстрирует показатели, свидетельствующие о её устойчивом развитии. Благодаря внедрению новых технологий и современной техники за последнее время продуктивность свеклосахарного комплекса выросла почти в четыре раза.
По данным аналитической службы Союзроссахара, с начала производственного сезона 2019/20 г. заготовлено 49 млн т сахарной свёклы, из которых переработано 46,5 млн т и произведено 7,05 млн т свекловичного сахара.
По прогнозу, общий объём производства свекловичного сахара в России может составить 7,2 млн т, что будет максимальным историческим значением. Окончательный показатель по производству будет зависеть от погодных условий, которые влияют на сохранность сахарной свёклы на призаводских кагатных полях.
Реформирование свеклосахарной отрасли обеспечило устойчивую доходность от выращивания сахарной свёклы и её переработки в условиях растущей конкуренции между культурами растениеводства и мировой торговли. Результатом должен стать непрерывный
рост продуктивности (сбор сахара с 1 га посевов), снижение ресур-соёмкости (энергоэффективные технологии), расширение линейки продуктов отрасли (сушёный жом, витамины, бетаин, дрожжи, спирт, пищевые и аминокислоты из мелассы, тепло- и электроэнергия) [4].
Сахарная свёкла — важнейшая сельскохозяйственная культура в Российской Федерации, являющаяся сырьём для производства сахара, ценнейшего продукта питания для восполнения энергии человека.
Основными отходами свеклосахарного производства являются свекловичный жом, фильтрационный осадок и меласса. Из 25 кг сухих веществ, содержащихся в 100 кг свёклы (остальные 75 % приходятся на воду), лишь около 14 кг, или 56 %, получается в виде основного продукта — сахара белого. Остальные 11 кг, или 44 % от веса сухих веществ свёклы, переходят в побочные продуты и отходы, которые представляют собой большую ценность и при правильном ведении хозяйства используются полностью на корм скоту, для удобрения полей либо как сырьё для выработки других видов продукции.
Сахарная свёкла имеет немаловажное агротехническое значение, её размещение в севооборотах служит повышению урожайности последующих культур, а именно — зерновых.
Технологические характеристики сахарной свёклы при длительном хранении и их влияние на выход сахара
Технологическое качество сахарной свёклы связывает воедино аграрную и перерабатывающую сферы производства. Именно этот показатель учитывается при адаптации двух сложных и энергоёмких технологий. Отмечая биологические особенности сахарной свёклы, можно сказать, что она довольно требовательна к почве, воздуху, влаге, питательным веществам и другим условиям произрастания, имеет способность накапливать в среднем до 20 % сахарозы. Период роста растений составляет 140—160 дней [4, 6].
Основной характеристикой сырья является сахаристость, зависящая от спелости корнеплодов: при достижении технической спелости накапливается наибольшее количество сахарозы при высокой чистоте свекловичного сока. Наступление технической спелости
сахарной свёклы происходит быстрее в засушливый период, чем в дождливый, и зависит от сорта, погодных условий, агротехнических мероприятий при возделывании посевов, плодородия почвы.
На современном этапе производственные мощности сахарных заводов не позволяют полностью перерабатывать сырьё без укладки на длительное хранение. В результате в послеуборочный период около 50 % сахарной свёклы хранится на открытых площадках и подвержено влиянию различного рода факторов, влияющих на её сохранность [2]. Одним из основных факторов, обеспечивающих минимальные потери массы свёклы и сахарозы при хранении, является создание оптимальных параметров физической среды: температура 0—5 °С; относительная влажность воздуха 92—94 %; содержание углекислого газа до 0,5 %, содержание кислорода 18—20 % [3]. Однако результативность хранения сахарной свёклы определяется не только формированием оптимальных условий в воздушной среде межкорневого пространства в кагате, но и послеуборочным физическим состоянием корнеплодов, в основном обусловленным такими факторами, как увядание и содержание корнеплодов с сильными механическими повреждениями [4].
Потери сахара при хранении сахарной свёклы обусловлены дыханием и микробиологическими процессами, зависят от качества сырья, укладываемого на хранение, и условий, в которых протекает данный процесс.
На способность к сохранности сахарной свёклы оказывают влияние такие факторы, как размер, масса, физическое и физиологическое состояние корнеплода. Чем больше корнеплод, тем меньше его поверхность и тем лучше он хранится. Интенсивность дыхания корнеплода зависит от величины
его поверхности, контактирующей с воздухом. Поскольку меньшие корнеплоды имеют большую удельную поверхность контакта с воздухом, то соответственно они демонстрируют и большую величину потерь сахара в результате дыхания. Так, корнеплоды массой 150—300 г теряют при хранении примерно в 2 раза больше сахара, чем корнеплоды массой 500— 600 г. Корнеплоды с неудалённой верхушечной почкой и при наличии на ней зелёной массы, а также с высоким срезом хуже хранятся и более интенсивно дышат в сравнении с низко обрезанными на плоскость корнеплодами с удалённой верхушечной почкой. Чем выше степень созревания сахарной свёклы, тем меньше интенсивность дыхания и ниже потери сахара. Степень спелости оказывает влияние на направленность физио-лого-биохимических процессов при хранении корнеплодов. Сорта сахарной свёклы с большей сахаристостью лучше хранятся, и процесс дыхания в них менее интенсивен при 1—2 °С. С повышением температуры возрастает интенсивность дыхания и соответственно увеличиваются потери сахара. Известно, что в интервале температур 1—25 °С интенсивность дыхания корнеплодов при повышении температуры на каждые 10 °С возрастает примерно в 2 раза. Как уже говорилось, хранение сахарной свёклы сильно зависит от внешних факторов — температуры, относительной влажности воздуха и т. д. [5].
Выход кристаллического сахара из 1 т переработанной свёклы — главный критерий для оценки экономической эффективности сахарного производства. Он зависит от технологического качества свёклы, которое определяется сахаристостью, спелостью, состоянием тургора, степенью загрязнённости, концентрацией несахаров в нормальном соке.
Продолжительный период засухи в конце созревания сахарной свёклы приводит к отмиранию листьев, свёкла раньше времени заканчивает период дозревания, прекращает рост и накопление сахарозы и не достигает технологической зрелости. Корнеплоды, выкопанные в жаркую погоду, отличаются высоким содержанием сухих веществ — до 30 %, степенью подвяливания 12 %, низкой чистотой клеточного сока — до 84 %. В жаркую сухую погоду выкопанная свёкла за 2—4 часа хранения на поле теряет до 5 % массы, поэтому, учитывая опыт других стран, её следует выкапывать в ночное время и желательно сразу везти на переработку [6].
Актуальной проблемой свеклосахарной отрасли является повышение технологических качеств сахарной свёклы и её устойчивости к различным заболеваниям в периоды вегетации и хранения. Корнеплоды должны быть правильной грушевидной формы, с гладкой поверхностью и соответствовать ГОСТ 33884-2016 «Свёкла сахарная. Технические условия». Их масса в среднем должна составлять 0,6—1,0 кг. Очень большие и очень маленькие корнеплоды невыгодны для сахарного производства. Как правило, свёкла, весящая 1,4 кг и выше, — водянистая, с низким содержанием сахарозы. Корнеплоды весом 300 г и менее часто недоразвиты или имеют повышенную волокнистость и содержат мало сахарозы. Относительная плотность свёклы позволяет определить её качество. Более показательным является не тест на плотность тканей корнеплода, а относительный вес отжатого сока, который обычно имеет плотность 1,06—1,07. Очень богатые сахарозой корнеплоды дают сок плотностью 1,07—1,78, что означает около 14 % выхода сахара. Сок малосахаристой свёклы имеет плотность ниже 1,06 %.
На результатах эффективности переработки свёклы отрицательно сказывается снижение технологического качества вследствие длительного срока её хранения [6].
Одним из важнейших физиологических процессов, происходящих в корнеплодах свёклы во время хранения, является дыхание, интенсивность которого зависит как от температуры, так и от состава газовой среды в кагате, степени увядания (потери массы), механических повреждений и т. д. [3]. Выкопанная из земли свёкла является совсем другим биологическим организмом, чем в период вегетации. Она лишена притока пластических веществ через листовую розетку, воды и минеральных веществ из почвы через корневую систему. При хранении связь корнеплодов с окружающей средой обусловлена поглощением кислорода из воздуха и выделением диоксида углерода и воды. Для поддержания жизнедеятельности они расходуют собственные запасы метаболитов, в том числе сахарозу. На долю этого процесса при длительном хранении свёклы приходится примерно 70—80 % суммарных потерь. Остальные 20—30 % приходятся на долю микробиологического разложения [4]. Под действием ферментов сложные углеводы превращаются в простые, а в результате гидролиза белковых веществ появляются пептиды и аминокислоты, что в результате приводит к снижению технологических качеств свёклы.
Если хранить корнеплоды в поле без укрытия, особенно в жаркую или тёплую погоду, происходит быстрая потеря влаги — увядание, которое отрицательно влияет на протекание процесса жизнедеятельности, физиологическое состояние, химический состав, устойчивость к поражению микроорганизмами. Потеря 10 % массы при увядании влечёт за собой снижение содержания сухих веществ
на 1,1 %, количество редуцирующих веществ возрастает на 10—25 % по сравнению с первоначальным их содержанием. При увядании корнеплодов, сопровождающемся потерей 10 % массы, содержание сахара в мелассе увеличивается на 0,06 %. Свёкла, увядшая на 13—17 %, в процессе хранения теряет сахара в 5 раз больше, чем свёкла хорошего качества, а количество корнеплодов, поражённых кагатной гнилью, достигает 60 %. Свекловичные корнеплоды, длительно находившиеся в полевых кагатах, хранению в заводских кагатах не подлежат, а должны сразу направляться в переработку [5].
При длительном хранении корнеплодов отмечаются значительные потери сахара, они колеблются от 100 до 300 г в день на 1 т корнеплодов. Как правило, в первую неделю хранения это 0,01 % в день, потом 0,05 % в день.
Известно, что на интенсивность дыхания корнеплодов свёклы влияют: температура и влажность окружающей среды, размеры корнеплодов и их удельная площадь поверхности, степень спелости, физическое состояние корнеплодов, наличие повреждений и балластных примесей, химический состав корнеплода, высота среза головки и другие факторы.
Доказано, что свежеубранная свёкла дышит в 2—3 раза активнее, чем уже хранившаяся, в которой жизненные процессы постепенно затухают и потеря массы в первые дни происходит очень интенсивно. Стабильность в дыхании наступает примерно через 2—3 недели [1].
У крупных корнеплодов свёклы с меньшей удельной площадью поверхности и у корнеплодов с нормальным срезом головки интенсивность дыхания меньше, чем у мелких и с высоким срезом головки. Спелые корнеплоды дышат менее активно, чем недоспелые. Однако при развитии микрофло-
ры интенсивность дыхания сильно возрастает.
Необходимость стандартизации физических параметров корнеплодов сахарной свёклы
Введение в стандарт требований к показателям физического состояния обусловлены тем, что наличие в свекломассе примесей подвяленных, цветушных, подмороженных и сильно механически повреждённых корнеплодов не только вызывает ослабление устойчивости свёклы к хранению, но и усложняет технологический процесс переработки. Увядание корнеплодов приводит к усилению дыхания, увеличению потерь сахара и ослаблению устойчивости против поражения микроорганизмами.
Потери сахара при хранении возрастают почти в 3 раза для свёклы, увядшей на 10 %, в 4 раза — при увядании на 20 %. Увядшая свёкла поражается гнилью в 3—4 раза сильнее, чем сохранившая тургор.
Известно, что в процессе хранения в корнеплодах происходят сложные физиологические, биохимические, микробиологические и другие процессы, которые приводят к потере сахарозы и накоплению несахаров (преимущественно калия, натрия и альфа-аминного азота), мешающих экстракции кристаллизованного сахара, остающегося в мелассе [3].
В России сахарная свёкла хранится до переработки в кагатах от нескольких дней и более. Исследования показывают, что потери сахара после уборки составляют ежесуточно в среднем до 0,15 %. В связи с этим важно оценивать и выбирать современные сорта и гибриды комплексно, с учётом их потенциальной урожайности, качества корнеплодов (высокое содержание сахара и низкое — несахаров, высокий выход сахара), надёжной экологической устойчивости к биоклиматическим
факторам среды (засухе, наиболее вредоносным болезням и вредителям, гербицидам). Важно знать их приспособленность к почвен-но-климатическим условиям конкретного региона и способность сохранять высокие технологические качества корнеплодов после их хранения и переработки.
Увядание корнеплодов как ключевой фактор хранения и его влияние на переработку
В последнее время сахаропроиз-водители всё чаще сталкиваются с проблемой переработки свёклы с большой степенью увядания, которая продолжительное время хранилась в условиях повышенной температуры и засушливой погоды.
Из приведённых данных следует, что увядание — один из ключевых факторов, влияющих на хранение свёклы и технологию её переработки. Основной вред, наносимый в процессе увядания корнеплодов, кроется в двух основных факторах. Первый из них — это потеря сахара в результате повышения микробиологической активности, второй — нарастание содержания несахаров, которые снижают выход сахара. Поэтому показатель увядания корнеплодов свёклы на момент приёмки на завод является ключевым показателем её качества.
Актуальность проведённой работы заключается в исследовании потерь сахара свёклы при хранении в процессе увядания и потери массы и влияния данного процесса на выход сахара.
Новизна работы состоит в исследовании содержания сахара в свёкле в зависимости от степени увядания и выявлении коэффициентов данной зависимости.
Экспериментальные исследования, методы исследований, методы расчёта
Выкопанная свёкла доставлялась на исследования партиями в пропорции «мелкая : средняя :
крупная» и закладывалась на хранение в помещение при постоянной температуре в целях создания условий для достаточно быстрой потери массы. Влияние других факторов (таких как гниение и др.) на её физическое состояние практически исключалось, что позволило изучить процесс увядания более глубоко.
Измерение физических показателей свёклы 1. Измерение степени увядания свёклы
Измерение степени увядания поступивших образцов свёклы проводилось по методике ГОСТ Р 53036-2008. Были отобраны 3 мелких, 4 средних и 3 больших корнеплода (табл. 1).
Из табл. 1 следует, что средняя степень увядания поступившей на исследования свёклы, выкопанной сутки назад, составила 4,29 %. Для эксперимента было принято
решение считать показатель увядания нулевым.
В ходе эксперимента образцы свёклы подвергались исследованию параллельно двумя способами: измерением потери массы и методом определения степени увядания по ГОСТ Р 53036-2008. Было выявлено, что с ростом степени увядания растёт погрешность измерения увядания методом восстановления тургора. Принимая во внимание начальную степень увядания и потерю массы свёклы в ходе эксперимента, была выявлена зависимость погрешности измерения (табл. 2). Как видно из таблицы, с нарастанием увядания увеличивалась погрешность измерения.
2. Измерение содержания мякоти в свёкле
Из данных табл. 3 следует, что содержание мякоти в свёкле растёт пропорционально степени увядания.
Таблица 1. Измерение степени увядания первой партии свёклы
Степень увядания отобранных образцов свёклы
Номер образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Значение, % 3,84 4,68 4,49 3,96 4,01 4,59 3,86 4,56 4,86 3,99
Таблица 2. Сравнение показателей потери массы свёклы с методом определения степени увядания
Продолжительность эксперимента в сутках 1 4 8 11 13 15
Степень увядания, % (по ГОСТ Р 53036-2008) 4,29 13,89 21,45 25,89 27,66 28,47
Степень увядания, % (потеря массы) 0,00 10,95 20,36 25,96 28,67 30,16
Абсолютное увядание, % 4,29 15,24 24,65 30,25 32,96 34,45
Расхождение показаний методик, % 0,00 1,35 3,20 4,36 5,30 5,98
Таблица 3. Содержание мякоти в свёкле
Содержание мякоти в свёкле, %
образца Срок хранения 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 сут 4,83 5,72 5,11 4,88 4,31 5,36 4,68 5,11 4,76
4 сут 4,74 5,15 5,31 6,29 5,63 5,62 5,24 5,90 5,37
8 сут 5,17 5,80 6,86 6,43 5,71 6,13 5,62 5,86 6,14
11 сут 6,08 5,99 7,19 6,43 6,43 6,14 5,42 6,74 5,89
13 сут 6,65 6,19 6,18 6,65 7,43 6,35 5,60 6,97 6,08
15 сут 6,65 6,19 6,08 6,28 7,43 6,65 6,35 5,60 6,97
Заключение
Проведённые исследования первой партии корнеплодов свёклы подтвердили предположение, что общепризнанный метод определения степени увядания не отражает реальную картину потери массы и сахарозы после достижения значения в 10 %. Метод основан на восстановлении тургора свёклы, но при 10 % степени увядания и более происходят необратимые процессы, которые не позволяют отражать реальную картину технического состояния корнеплодов свёклы. Это требует более детальных исследований по поиску альтернативного метода определения степени увядания или введения поправочных коэффициентов в существующий метод анализа.
Список литературы
1. Морозов, А.Н. Особенности поведения корнеплодов сахарной свёклы различного физического состояния при хранении / А.Н. Морозов, Н.М. Сапронов, Л.Ю. Смирнова // Пища. Экология. Качество. — 2016. — С. 346—351.
2. Морозов, А.Н. Особенности поведения корнеплодов сахарной свёклы различного физического состояния при хранении / А.Н. Морозов, Н.М. Сапронов, Л.Ю. Смирнова // Пища, экология, качество : Тр. XIII Международной науч.-практ. конф. — Красноярск : Красноярский ГАУ, 2016. — С. 346-351.
3. Чернявская, Л.И. Потери сахарозы и их снижение при хранении сахарной свёклы / Л.И. Чернявская // Сахар. — 2004. — № 5. — С. 24—27.
4. Чернявская, Л.И. Технологические качества свёклы и эффективность сахарного производства / Л.И. Чернявская // Сахар. - 2004. - № 1. - С. 18-21.
5. Литвиновская, Л.А. Технологичность свёклы урожая 2017 года и особенности её переработки / Л.А. Литвиновская // Сахар. - 2017. - № 12. - С. 33-40.
6. Славянский, А.А. Промышленное производство сахара: учеб. пособие / А.А. Славянский. - М. : ФГБОУ ВО МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2015. - 255 с.
Аннотация. Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме определения ключевых показателей качества сахарной свёклы и их влияния на технологию её переработки. Проанализированы характерные особенности различных условий хранения свёклы и влияние на её технологические показатели. Выявлена и обоснована необходимость корректировки метода определения увядания свёклы. На основе полученных данных авторы предлагают провести исследования на тему влияния степени увядания свеклы на её сахаристость и потерю массы, введения поправочных коэффициентов в существующий метод анализа.
Ключевые слова: сахарная свёкла, хранение, увядание, потери сахара в свёкле. Summary. The article is devoted to the current problem of determining key indicators of the quality of sugar beets and their impact on the technology of its processing. The characteristic features of various storage conditions of beets and the impact on technological indicators are analyzed. Revealed the need for adjusting the use of the method for determining beet wilt. Based on the data obtained, the authors propose to conduct studies on the effect of the degree of beet wilting on its sugar content and weight loss, the introduction of correction factors in the existing analysis method. Keywords: sugar beets, storage, wilting, sugar loss in beets.
На очередном Общем собрании членов Союзроссахара в феврале 2020 г. было принято решение о создании отраслевого Центра оценки квалификаций (ЦОК) при Совете по профессиональным квалификациям агропромышленного комплекса (СПК АПК), который организован Национальным советом при Президенте Российской Федерации по профессиональным квалификациям (протокол № 16 от 27 сентября 2016 г.) на основании Указа Президента Российской Федерации от 16 апреля 2014 г. № 249 о Национальном совете при Президенте Российской Федерации по профессиональным квалификациям и Федерального закона от 3 июля 2016 г. № 238-ФЗ «О независимой оценке квалификации».
ФГБОУ ВО МГУПП совместно с НО «Союзроссахар» ведёт разра-
Уровни (рамки) квалификаций
Профессиональные стандарты
Профессиональные квалификации
Система управления персоналом
Система подготовки кадров
Национальный совет
Национальное агентство
Отраслевые советы
Центры оценки квалификаций
Аккредитующие организации
Независимая оценка квалификации
Профессионально-общественная аккредитация образовательных программ
ботку оценочных средств по профилю «Технологии сахара и сахаристых продуктов» при участии ведущих специалистов отрасли. Нормативно-правовая база системы независимой оценки квалификаций и ин-
формация о Национальной системе квалификаций размещена на сайте: https://nok-nark.ru. Вопросы о независимой оценке квалификаций для работников АПК можно направлять на адрес: ProfAgro-IndCom@mail.ru.
