CC BY
51
INFLUENCE OF THE TEMPERATURE FACTOR ON FUNCTIONAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF PECTIN
D.V. KHRUNDIN, N.K. ROMANOVA, O.A. RESHETNIK
Kazan State Technological University,
68, K. Marx st., Kazan, 420015; e-mail: [email protected]
Influence of freeze on gel forming and sorption ability of citron pectin, and also on degree change etherification and molecular weight of polymer is studied. It is established that freezing slightly raises absorbing ability of pectin in relation to ions of copper and practically does not influence on sorption ability in relation to nickel ions, it also leads to partial destruction of structure of polymer therefore durability of pectinaceous gels decreases.
Key words: freeze on pectincontaining products, gel forming ability of pectin, sorption ability of pectin.
664.1.66
МЕХАНОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ В ТЕХНОЛОГИИ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
А.В. САВОСТИН, П.Е. ШУРАЙ
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; факс: (861) 259-65-92, электронная почта: [email protected]
Приведены теоретические предпосылки целесообразности использования механохимической активации (МХА) в технологии сахарного производства. Предложены способы МХА известкового молока, известкованных сахарсодержащих растворов перед дефекацией, а также суспензии сока II сатурации перед возвратом на преддефекацию с целью повышения эффективности сахарного производства.
Ключевые слова: механохимическая активация, известковое молоко, суспензия сока II сатурации, известкованные сахарсодержащие растворы.
Механохимическая активация в настоящее время успешно применяется для интенсификации технологических процессов в строительной, пищевой, фармацевтической, масложировой, химической и других отраслях промышленности. Еще в 1978 г. профессор
Н.К. Барамбойм писал: «Исследование механических процессов в различных технологиях открывает не только принципиально новые возможности совершенствования этих технологий, но и создания новых, которым принадлежит будущее» [1]. Не случайно МХА наряду с нанотехнологиями называют технологией XXI века.
Механохимическая активация - это ускорение или повышение эффективности химических и физико-химических процессов при механическом воздействии. Основные следствия МХА [1,2]: повышение растворимости малорастворимых веществ;
изменение адсорбционных и каталитических свойств веществ;
деструкция высокомолекулярных соединений до мономеров;
образование новых концевых групп органических соединений;
появление электрических зарядов; ускорение окислительных реакций; инициирование и ускорение ионных и свободнорадикальных реакций;
понижение температуры, необходимой для прохождения химических реакций.
Следствия МХА можно с успехом использовать в технологии сахарного производства.
На кафедре технологии сахаристых продуктов Куб-ГТУ были проведены экспериментальные исследования способов повышения эффективности технологических процессов очистки сахарсодержащих растворов (диффузионных соков и клеровок сахара-сырца), которые затем были запатентованы и внедрены в производство. Для проведения экспериментальных исследований и производственных испытаний использовали активаторы, изготавливаемые ЗАО «НПО Технопром».
Известны различные способы повышения качества известкового молока и его реагентной способности, одним из которых является его МХА. Теория изменения свойств и повышения реакционной способности известкового молока после МХА подробно рассмотрена в работах [3-7]. Использование активированного известкового молока в технологии очистки сахарсодержащих растворов обусловливает следующие положительные явления:
снижается расход известкового молока на очистку диффузионных соков и клеровок сахара-сырца;
повышается эффект очистки: диффузионных соков на 4-6%, клеровок сахара-сырца на 8-10%;
снижается расход известнякового камня: при переработке сахарной свеклы на 0,6-0,9%, при переработке сахара-сырца на 0,6-0,8%;
снижается расход угля на обжиг известняка; сокращаются потери сахара с фильтрационным осадком;
устраняется нерегулируемое нарастание щелочности при фильтрации нормально отсатурированных соков и клеровок;
снижается износ фильтровальных тканей, насосов, трубопроводов и оборудования;
уменьшается расход воды на промывку фильтрационного осадка;
снижается расход топлива на выпаривание воды, введенной с известковым молоком и промоями;
уменьшается количество промоев фильтрационного осадка;
возрастает активность известкового молока на 3-5%;
повышается эффект утилизации сатурационного газа на 6-7%;
повышается растворимость извести на 15-30%; снижается остаточное содержание редуцирующих веществ в очищенных соках и клеровках сахара-сырца на 13-30%.
Механохимическая активация известкового молока, позволяющая повысить эффективность очистки сахарсодержащих растворов при одновременном снижении расхода известнякового камня и угля на его обжиг, в настоящее время внедрена на 9 сахарных заводах России.
В условиях повышенного содержания веществ коллоидной степени дисперсности (ВКД) и высокомолекулярных соединений (ВМС) в диффузионных соках возрастает роль преддефекации как основной стадии их осаждения. Известно, что коллоидные вещества диффузионного сока имеют отрицательный заряд (^-потенциал -25 мВ) и для их осаждения и коагуляции необходимо вводить реагенты с положительным зарядом. Частицы осадка сока I сатурации, возвращаемого на преддефекацию, зачастую имеют отрицательный ^-потенциал, что приводит к снижению эффективности очистки диффузионных соков. Заряд осадка сока II сатурации имеет хоть и незначительный (^-потенциал около +5 мВ), но положительный заряд; кроме того, сам осадок является практически чистым карбонатом кальция, поэтому возврат его на преддефекацию более предпочтителен. Но заряда осадка сока II сатурации также недостаточно для более полного осаждения и коагуляции ВМС и ВКД. За счет МХА в присутствии известкового молока заряд частиц осадка сока II сатурации повышается до +29 мВ. При возврате такого осадка на преддефекацию создаются условия для более полной нейтрализации заряда ВМС и ВКД и соответственно более полного их осаждения и коагуляции. Теория повышения заряда частиц осадка сока II сатурации перед возвратом на преддефекацию одновременно известковым молоком и МХА изложена в работах [3, 8-10]. При проведении экспериментальных исследований и производственных испытаний были получены практически одинаковые результаты: повышение эффекта очистки на преддефекации составило 12-14%, повышение чистоты очищенного сока -1,2—1,4%.
Анализ работы сахарных заводов показывает, что эффекты известково-углекислотной очистки диффузионных соков и клеровок сахара-сырца в лучшем случае
составляют 70% оттеоретически возможных, что является одной из причин невысокого коэффициента извлечения сахара. Поэтому проблема повышения эффективности очистки сахарсодержащих растворов остается актуальной для сахарной промышленности. Использование способа МХА известкованных диффузионных соков и клеровок сахара-сырца перед дефекацией позволяет расширить возможности классического способа известково-углекислотной очистки. При этом проходят следующие процессы:
быстрое и равномерное смешивание сахарсодержащих растворов с известковым молоком, что способствует повышению скорости прохождения химических реакций на дефекации;
увеличивается степень диссоциации не только молекул воды, но и других органических и неорганических соединений, что приводит к ускорению химических реакций по ионному типу;
гомолитический распад органических соединений на свободные радикалы, при этом инициируются химические реакции по свободнорадикальному типу;
деструкция высокомолекулярных соединений и окисление продуктов их деструкции до карбоновых кислот;
гомолитический распад воды на свободные радикалы с образованием перекиси водорода, которая разлагается с выделением чрезвычайно реакционноспособного атомарного кислорода, под воздействием которого проходят следующие реакции:
окисление редуцирующих веществ до органических кислот;
окисление органических веществ, в том числе гу-миновых, вплоть до углекислого газа и воды;
окисление солей 2-валентного железа, в том числе окрашенных комплексов фенолов с катионами железа, до нерастворимых соединений;
окисление высокомолекулярных окрашенных веществ, в том числе меланоидинов, с образованием нерастворимых соединений;
дезаминирование аминокислот.
Особенно необходимо подчеркнуть значимость таких процессов, как окисление редуцирующих веществ
Ы-СОН + О^Ы-СООН (1)
и дезаминирование аминокислот
сн2-мн2+о —- Ш31 + С = О
I ^Н (2)
СООН СООН
Очищенные диффузионные соки и клеровки сахара-сырца, лишенные основных меланоидинообразова-телей, после дальнейшей термической обработки (на выпарной станции и в вакуум-аппаратах) имеют меньшую цветность и вязкость, так как обладают повышенной термоустойчивостью.
Следует отметить, что сама вода при МХА является источником образования перекиси водорода, что исключает необходимость ввода в очищаемые сахарсодержащие растворы каких-либо других окислителей (озона, воздуха).
Другой важной реакцией очистки сахарсодержащих растворов является деструкция ВМС: декстрана, левана, белковых и пектиновых веществ, продуктов гидролиза крахмала, что приводит к снижению вязкости (улучшается фильтрация) и цветности не только полупродуктов, но и белого сахара. Декстран - продукт жизнедеятельности бактерий Ьеисопо.чо теяеп-ґєгоі(ієя и ЬеисопояО dextraпiсит - состоит из остатков глюкозы. Декстран легко растворим в горячей воде, практически не осаждается известью, дает слизистые осадки. За счет МХА происходит разрыв макромолекул декстрана до молекул глюкозы, которые затем окисляются в соответствии с реакцией (1) до карбоновых кислот с различной длиной углеродной цепи, от 1 до 4 атомов углерода [11, 12].
За счет МХА известкованных диффузионных соков и клеровок сахара-сырца улучшаются качественные показатели очищенных сахарсодержащих растворов: повышается их чистота, снижается цветность, содержание солей кальция, редуцирующих веществ, ВКД и ВМС.
Все перечисленное приводит к повышению эффективности очистки сахарсодержащих растворов, повышению качества и выхода сахара.
Использование МХА одновременно для обработки известкового молока и сока после холодной дефекации позволяет повысить чистоту очищенного сока на
1,5-2%, эффект очистки - на 12-17%.
При одновременной активации известкового молока и известкованной клеровки сахара-сырца перед дефекацией чистота очищенной клеровки повышается на 0,8-1,2%, эффект очистки - на 25-30%, содержание остаточных редуцирующих веществ снижается на 30-50%. За счет снижения вязкости и повышения чистоты очищенных клеровок сокращается длительность уваривания и фуговки утфелей I продукта, сокращается расход воды на пробелку сахара в центрифугах, уменьшается количество варей утфелей II и соответст-
венно III и IV продуктов. Этот способ с успехом можно использовать при выработке сахара-песка рафинадного достоинства или сахара повышенного качества для производства прохладительных напитков типа Pepsi или Coca-cola. В настоящее время МХА известкованных клеровок сахара-сырца внедрена на 5 сахарных заводах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. - М.: Химия, 1978. - 384 с.
2. Симионеску К., Опреа К. Механохимия высокомолекулярных соединений/ Пер. срум. д-рафиз.-мат. наук И.Б. Берсукераи канд.хим. наук Н.И. Беличука под ред. проф. Н.К. Барамбойма. - М.: Изд-во «Мире, 1970. -360 с.
3. Савостин A.B., Литош А.Н. Вода в технологии очистки сахарсодержащих растворов // Сахар. - 2005. - № 4. - С. 47-48.
4. Савостин A.B., Литош А.Н. Очистка сахарсодержащих растворов активированным известковым молоком // Сахар. -2003.-№ 5.-С. 48-49.
5. Савостин A.B., Литош А.Н. Повышение реакционной способности известкового молока // Сахар.-2004. -№ 6. - С. 47-49.
6. Савостин A.B., Литош А.Н. Подготовка известкового молока для очистки сахарсодержащих растворов // Сахар. - 2003. -№3. -С. 48-49.
7. Способ получения известкового молока для очистки сахарсодержащих растворов / А.В. Савостин, А.Н. Литош, В.Л. Шеин и др. // Сахар. -2004. -№ 1. - С. 52-53.
8. Савостин A.B., Шурай П.Е., Литош А.Н. Преддефека-ция в условиях повышенного содержания коллоидов в диффузионных соках // Сахар. - 2008. - № 2. - С. 36-39.
9. Савостин A.B., Литош А.Н. Активация суспензии сока II сатурации перед возвратом ее на преддефекацию // Сахар. - 2005. -№5.-С. 41-43.
10. Савостин A.B., Литош А.Н. Повышение эффективности очистки диффузионных соков на преддефекации // Сахар. - 2007. -№ 9. - С. 29-32.
11. Бугаенко И.Ф. Анализ потерь сахара в сахарном производстве и пути их снижения. - Курск: АП «Курске, 1994. - 128 с.
12. Сапронов A.P. Технология сахарного производства. -М.: Агропромиздат, 1986. - 431 с.
Поступила 07.07.08г.
MECHANOCHEMISTRY ACTIVATION IN TECHNOLOGY OF A SUGAR PRODUCTION
A.V. SAVOSTIN, P.E. SHURAY
Kuban State Technological University,
2, Moscow st., Krasnodar, 350072; fax: (861) 259-65-92, e-mail: [email protected]
Theoretical preconditions of expediency of utilization mechanochemistry activation in technology of a sugar production are resulted. Ways mechanochemistry are offered to activation of the lime milk, the limed sugar-containing solutions before defecation, and also to suspension of juice of II saturation before return on preliminary defecation with the purpose of increase of efficiency of a sugar production.
Key words: mechanochemistry activation, lime milk, suspension ofjuice ofII saturation, the limed sugar-containing solutions.
