CC BY
84
664.123
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ САХАРА ИЗ СВЕКЛЫ
Е.Г. СТЕПАНОВА
Кубанский государственный технологический университет
Один из возможных путей решения проблемы рационального природоиспользования в будущем - применение методов электротехнологии как на основных стадиях процесса производства сахара из свеклы, так и при переработке отходов. Очевидное преимущество при этом имеют электрофизические методы, когда электрическим полем воздействуют непосредственно на сырье биологического происхождения - сахарную свеклу [1]. При изменении режимов воздействия на обрабатываемый объект - плотности тока, напряжения, длительности воздействия и др. - можно тонко и направленно регулировать основные физико-химические, тепломассообменные и микробиологические процессы, возникающие при переработке свеклы.
К настоящему времени промышленность имеет научно-производственную базу для комплексного решения вопросов, связанных с экологической безопасностью производства. В [2] исследовано микробиологическое состояние вод I и II категории при рециркуляции и разработан новый способ обеззараживания вод гипохлоритом натрия, получаемым электролизом раствора поваренной соли. О результатах очистки воды методом электрофлотации свидетельствуют следующие данные: содержание взвешенных веществ, ХПК и БПК в транспортерно-моечной воде снижено на 97,6; 68,8 и 63,5% соответственно, общая обсемененность микроорганизмами сократилась примерно в 100000 раз. Снижение количества стоков при очистке транс -портерно-моечных вод снизит расход свежей воды на мойку и сброс грязных стоков на поля фильтрации.
Высокую эффективность имеет метод электроплазмолиза свекловичной стружки [3]. Установлено, что при высоком градиенте потенциала - свыше 1800 В/см - происходит избирательный нагрев плазматических оболочек свеклы, подчиняющийся закону Джоуля -Ленца. В результате происходит быстрый плазмолиз свекловичных клеток перед экстрагированием сахара.
В [4] исследовано влияние переменного электрического тока на степень денатурации, проницаемость свекловичной ткани, сопротивление сжатию и изгибу. Электропроводность тканей увеличилась в 16 раз по сравнению с необработанными образцами. Обнаружен эффект воздействия электрического поля на состояние плазматических клеточных мембран. Поле значительно изменило механические характеристики ткани свеклы. По мнению авторов, после обработки свеклы переменным электрическим полем можно снизить энергозатраты на стадии резания свеклы и температуру экстрагирования.
В значительной степени интенсифицировать процесс тепломассообмена возможно при проведении
электроэкстракции [5]. В этом случае резко снижается сопротивление свекловичной ткани в головной части диффузионного аппарата. Электросопротивление диффузионного сока возрастает на 6-7 Ом • м против 3-4 для соков при обычной диффузии, что свидетельствует о большем эффекте очистки. Обработка сокостружечной смеси электрическим полем постоянного тока при напряженности 1,8-2,0 В/см в течение 15-20 мин позволяет интенсифицировать массообмен при экстрагировании в 1,7—1,9 раза и снизить потери сахара в жоме.
Известен перспективный метод очистки питательной воды для диффузионной установки - электрокоагуляция [6]. При прохождении постоянного электрического тока между алюминиевыми электродами, погруженными в воду, происходит ее электролиз. При этом алюминиевый анод растворяется, образуя соединение А1(ОН)з, обладающее большой адсорбционной поверхностью. Коллоидные примеси жомопрессовой воды, микроорганизмы, отдельные несахара коагулируют и осаждаются.
Вредное влияние на технологические процессы сахарного производства оказывают красящие вещества (КВ), которые интенсивно удаляются в электрическом поле. Значительная часть КВ (60-90%) выпадает в осадок. Под влиянием разности потенциалов в среде, содержащей амфотерное соединение А1(ОН)3, происходит изменение заряда КВ. Это способствует их коагуляции, усиливающейся при повышении разности потенциалов, времени воздействия электрического поля и при понижении рН. Сахароза оказывает стабилизирующее действие на частицы КВ, препятствуя проникновению молекул А1(ОН)3 к их поверхности. При перемешивании раствора КВ с А1(ОН)3 при рН около 7,0 при воздействии электрического поля эффект осветления в 1,5-2 раза больше. Анализы определения инверт-ного сахара показали, что сахароза в этом случае почти не разлагается. Способность КВ коагулировать в электрическом поле в присутствии гидроокиси алюминия можно использовать в сахарной промышленности для их удаления из клеровки, сиропа, оттеков перед подачей в вакуум-аппараты, для осветления растворов мелассы перед переработкой ее на спирт и дрожжи [7].
Широкое распространение в настоящее время получил метод электрохимической активации (ЭХА). Механизм воздействия процесса ЭХА на сложные капиллярно-пористые системы, к числу которых относится свекловичная стружка, предположительно сводится к перестраиванию структуры экстрагента - водного солевого раствора, что выражается в существенном изменении совокупности физических и электрохимических свойств. Изменение вязкости, оптической плотности, электропроводности, диэлектрической проницаемости, поверхностного натяжения, а также адсорбционной и коагулирующей способности экстра-
Таблица
Тип обработки агента Модуль упругости, кПа, при продолжительности экстрагирования, мин
10 20 30 40 50
Контроль, рН 6,0 1278,0 1185,6 1085,6 989,2 874,5
Al2(SO4)3, рН 5,3 1368,8 1376,5 1295,3 1211,2 1154,7
FeSO4, рН 6,2 1306,6 1257,6 1183,4 1054,0 1007,2
Католит, рН 6,2 1724,5 1688,3 1575,2 1502,6 1406,3
Анолит, рН 5,3 1588,0 1576,4 1524,4 1415,3 1325,6
гента в целом проявляется в его повышенной экстракционной и растворяющей способности.
На кафедре машин и аппаратов пищевых производств КубГТУ проведены исследования влияния ЭХА-обработки на изменение упругих свойств свекловичной стружки в процессе экстрагирования. Методика проведения экспериментов описана в [8]. Слабоконцентрированный раствор соли направляют в
катодную и анодную камеры диафрагменного электролизера до достижения параметров католита рН 6,0-6,2 и редокс-потенциала БИ -0,1 ... -0,8 В и анолита рН 5,3-5,5 и БИ 0,6 ... 0,8 В. Результаты исследований представлены в таблице.
Обработка свекловичной стружки методом ЭХА приводит к увеличению модуля упругости стружки в среднем на 35%. Более высокие значения этого показателя получены при обработке стружки католитом сульфата алюминия.
Результаты исследований положены в основу разработки машинно-аппаратурной схемы получения диффузионного сока с использованием метода ЭХА и конструкции ошпаривателя свекловичной стружки.
Перед экстрагированием проводят ошпаривание стружки смесью электроактивированного водного раствора (ЭВР) и острого насыщенного пара. Для этого к 20-30% к массе свеклы экстрагента добавляют сульфат или хлорид соли поливалентных металлов в количестве 0,01-0,03% к массе свеклы. Полученный солевой раствор направляют в катодную камеру диафраг-менного электролизера, в котором в результате ЭХА достигаются параметры католита рН 5,0-5,5 и БИ ± (0,1-0,8) В. Затем осуществляют ошпаривание стружки смесью острого насыщенного пара и католита, что позволяет проводить экстрагирование в условиях стерильности без дополнительного применения химических реагентов [9]. По окончании процесса экстрагирования получают диффузионный сок, из которого по типовой схеме производят сахар, и жом, направляемый на выработку гранулированного корма.
Известно, что при возврате жомопрессовой воды на диффузионную установку сокращается расход свежей воды на сокодобывание более чем в 3 раза и почти вдвое сокращается количество вредных сточных вод на процесс диффузии. Очистка жомопрессовой воды при переработке кубанской свеклы, содержащей значительное количество трудноудаляемых азотистых веществ, в производственных условиях вызывает затруд-
нения. В предлагаемой схеме жомопрессовая вода обрабатывается в анодной камере электролизера до уровня рН 5,0-6,0 и Eh -0,35 ... -0,44 В для стерилизации и коагуляции белковых и пектиновых веществ и возвращается на экстрагирование [10]. Под действием электрического тока входящие в состав жомопрессовой воды белки диффузионного сока и мякоть свеклы - клетчатка, гемицеллюлоза и пектиновые вещества - ассоциируют в более крупные соединения, способные быстро коагулировать. Предварительно отжатый жом смешивается с обезвоживающими добавками и подается на повторное прессование до содержания 25-27% сухих веществ.
Таким образом, использование методов электротехнологии на отдельных этапах свеклосахарного производства позволит сократить потери сахара, а также существенно снизит количество сточных вод и расход химических реагентов на очистку соков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Черномордик Л.В., Сухарев С.И., Абидор И.Г. Долго -живущие дефекты в липидном бислое после обратимого пробоя // Биологические мембраны. - 1985. - 2. - № 1. - С. 77-78.
2. Кривчук А.Н., Цыганков П.С., Цюкало Ю.Ф. Элек-трофлотационный способ очистки транспортерно-моечных вод // Сахарная пром-сть. - 1975. - № 6.
3. Загорулько А.Я. Получение диффузионного сока с помощью электроплазмолиза // Там же. - 1958. - № 5.
4. Iciek J., Wawro S., Gruska R. Pulsed electric field as an alternative processing of beet roots before extraction // Technical University of Lodz, Faculty of Biotechnology and Food Science, Institute of Chemical Technology of Food, ul. Stefanowskiego, Lodz, Poland.
5. Катроха И.М. Интенсификация процессов извлечения сахара из свекловичной стружки в электрическом поле // Сахарная пром-сть. - 1984. - № 7.
6. Романюк А.Я., Липец А.А., Олейник И.А. Очистка пи -тательной воды для диффузионных установок методом электрокоагуляции // Там же. - 1976. - № 2.
7. Сапронов А.Р., Харин С.Е., Маслова В.В. Коагуляция красящих веществ в электрическом поле // Обзор. информ. ЦИНТИ -Пищепром. - Сахарная пром-сть. - 1970. - Вып. 1. - С. 1-3.
8. Степанова Е.Г., Кошевой Е.П. Влияние подготовки экстрагента с использованием электроактивированных водных рас -творов (ЭВР) на показатели процесса экстрагирования // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1994. - № 3^.
9. Пат. 2035515 РФ. Способ получения диффузного сока / Е.П. Кошевой, Е.Г. Степанова // БИ. - 1995. - № 14.
10. Пат. 2053304 РФ. Способ получения диффузного сока из свеклы // Е.П. Кошевой, Н.К. Стрижов, Е.Г. Степанова, В.Ф. Ду -бинин // БИ. - 1996. - № 3.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 10.03.06 г.
