CC BY
43УДК 664.1.031
doi.org/10.24412/2413-5518-2022-2-16-25
Снижение потерь массы и сахарозы резерв повышения эффективности свеклосахарного производства
В.Н. КУХАР А.П. ЧЕРНЯВСКИЙ
ООО «КОМПАНИЯ «ТМА»
Л.И. ЧЕРНЯВСКАЯ, д-р техн.наук(е-mail: li_ch@ukr.net) Ю.А. МОКАНЮК ИПР НААН Украины
Введение
Проблема повышения технологических качеств сахарной свёклы при выращивании и максимальная сохранность их от уборки до переработки является весьма актуальной. Широко применяемая в свекловичном производстве новая технология возделывания сахарной свёклы, включая использование гибридов последнего поколения, комплексную механизацию уборочных и погрузоч-но-транспортных работ, наличие высокопроизводительной техники, является большим достижением сельскохозяйственной науки и практики. Она позволила почти полностью ликвидировать тяжёлый физический труд в свекловодстве, расширить посевные площади, сократить материальные и финансовые затраты при выращивании и уборке, повысить экономическую эффективность свекловичного производства [12, 13, 15, 17-19].
Однако при высоком техническом уровне механизированного выращивания, уборки, погрузки и транспортировки до сахарного завода возникли некоторые особенности физического состояния и технологических качеств сырья, оказывающие существенное влияние на ход его хранения и эффективность переработки [1-4, 8].
Состояние вопроса о современном уровне технологических качеств сахарной свёклы в отрасли
Как установлено многолетними наблюдениями научных учреждений, публикациями в специализированных изданиях, отечественной и зарубежной периодике, отмечается ухудшение технологических качеств сахарной свёклы, убираемой механизированными способами и поставляемой на перерабатывающие предприятия [2, 6]:
- значительная загрязнённость свёклы землёй, зелёной массой (ботва, черешки листьев) и другими балластными примесями [4];
— сильные ранения, повреждения и деформация свекловичных корнеплодов при механизированных операциях по их уборке и погрузке в транспортные средства, по разгрузке с помощью свекло-укладочных машин или непосредственно в бурачные [2, 4, 8].
Перечисленные выше особенности свекловичного сырья механизированной уборки обусловили следующие процессы при его хранении: ослабление природной устойчивости; интенсификацию микробиологических поражений; повышенную активность гидролитических процессов; прорастание корнеплодов и усиление дыхания, что неизбежно связано с увеличением потерь сахарозы;
более интенсивное снижение важнейших показателей технологических качеств свёклы, в частности увеличение содержания редуцирующих веществ, вредного азота и коллоидов, уменьшение натуральной щёлочности сока I сатурации, снижение чистоты очищенного сока и его термоустойчивости на выпарной станции и др. [10, 11, 14]. В результате переработки такого сырья неизбежно снижение технико-экономических показателей сахарных заводов: потери сахара в мелассе увеличиваются на 0,4—0,5 % к массе свёклы, выход сахарозы снижается, увеличиваются также неучтённые потери сахарозы от приёмки сырья до получения готовой продукции [9].
Методика расшифровки потерь
сахарозы в производстве
На участке от выкапывания свёклы из земли, приёмки сырья и до передачи в переработку потери сахара обусловлены процессами дыхания, протеканием фитопатоло-гических и микробиологических процессов. Именно здесь происходит значительное травмирование корнеплодов, дробление их на куски разного размера. Эти куски, обломки, хвостики свекломассы, попадая в воду, используемую для транспортирования на переработку, теряют большое количество сахарозы, переходящей в транспор-
тёрно-моечную воду. Далее травмирование корнеплодов происходит при погрузочно-разгрузочных операциях, в гидротранспортёрах, при использовании насосов, поднимающих их с нижнего на верхний транспортёры, при прохождении через механизмы, установленные на тракте подачи, через мойки (барабанные, кулачковые и ролико-форсуночные), водоотделители и пр. В результате в каждом корнеплоде образуются большие поверхности, не покрытые кожурой, и ещё отсутствуют суберени-зированные клетки, образующиеся при заживлении поверхностей в начальный период хранения [15].
Методики определения потерь массы и сахарозы изложены в Инструкции по химико-техническому контролю и учёту производства [5]. Они основаны как на прямых поляриметрических определениях сахарозы (например, в транс-портёрно-моечной воде), так и на определении продуктов распада сахарозы — редуцирующих веществ и кислотных радикалов в технологических продуктах сахарного производства. Содержание редуцирующих веществ определяли методом Мюллера, количество кислотных радикалов — титрованием 0,1 н раствором №ОН элюатов этих же продуктов, пропущенных через катионит КУ-2, которым были заряжены ионообменные колонки [5].
В следующих разделах нашей публикации будут освещены потери массы и сахарозы на различных участках от уборки до переработки и получения готовой продукции.
Потери массы и сахара
в поле при уборке
По результатам международных испытаний в Европе десяти основных типов свеклоуборочных машин в ворохе получено корнеплодов: с нормальным срезом от 68,5 до 89,4 %; низким срезом и скошенной обрезкой — от 0,9 до
14,4 %; высоким срезом и наличием ботвы более 2 см — 3,8—16,7 %; менее 2 см — 4,4—10,1 %. Как видно из представленных данных, убранная свёкла ещё в ворохе характеризуется как открытой поверхностью (низкий срез и скошенная поверхность), так и большим количеством связанных примесей. Потери свекломассы в земле составляют от 8 до 22 %; бой, обломки, хвостики — 1,6—3,2 % к массе свёклы. По итогам этих испытаний, исходя из европейских расчётов с учётом урожайности 95 т/га, потери сахарозы на 1 га (при среднем уровне сахаристости свёклы 16 %) составляют от 1,2 до 3,3 т за счёт потерь в земле и 0,34 т — за счёт обломков, хвостиков и боя [22].
В целях снижения безвозвратных потерь массы и сахарозы, а также для улучшения качества свёклы при уборке современными ботво- и корнеуборочными комплексами следует уделять внимание качеству обработки поля, вы-ровненности плантации, качеству семян и равномерной густоте насаждений [2].
Хранение свёклы в полевых
кагатах и на призаводском
свеклопункте
В соответствии с агротехническими требованиями к работе свеклоуборочных машин количество сильно повреждённых корнеплодов не должно превышать 5 % при поточном и 8 % при перевалочном способах уборки [15]. Каждая погрузка, разгрузка, перевалка добавляет к вороху свёклы по 4 % сильно механических повреждённых корнеплодов [1, 4]. Многолетними исследованиями в производственных условиях подтверждено, что свёкла в кагатах на призаводском свеклопункте имеет в среднем от 19 до 25 % корнеплодов с сильными механическими повреждениями. В нашем специальном исследовании [15] кагат, в котором корнеплоды были
уложены после двойной перегрузки, имел по всему объёму содержание сильно повреждённых корнеплодов более 35 %.
Свёкла, которая попадает из кагата в бурачную или гидротранспортёр перед подачей на переработку, характеризуются большим количеством механических повреждений, которые наносятся при механизированной уборке, погрузке, укладке в кагаты, погрузке и разгрузке с автомашин и вагонов. В этой же свекловодяной массе находится огромное количество обломков, хвостиков, головок, имеющих большие открытые поверхности, с которых вымывается сахар в транспортёрно-мо-ечную воду. При гидротранспортировании и мойке корнеплода с его повреждённых поверхностей и разбитых частей сахароза переходит в воду [9, 15].
На этом участке потери обусловлены в основном:
— потерями массы и сахарозы при краткосрочном хранении свёклы в кагатах, на сплавных площадках и в бурачных за счёт интенсификации дыхания корнеплодов и развития фитопатоло-гических и микробиологических процессов;
— потерями массы и сахарозы в отходах механизмов, установленных на тракте подачи после улавливания и возврата в производство товарной свекломассы;
— потерями боя, хвостиков и сахарозы, которая вымывается из них в транспортёрно-моечную воду.
Тракт подачи и моечное
отделение. Потери сахарозы
в транспортёрно-моечной воде
По мнению финских учёных, потери сахарозы в транспортёр-но-моечной воде в значительной степени зависят от погодных условий и степени повреждения свёклы [15, 20]. На сахарных заводах Финляндии они колеблются от
0,12 до 0,4 % к массе свёклы. Были также проведены исследования по расшифровке учтённых и неучтённых потерь на этом участке. Установлено, что общие потери составляют 0,59 % к массе свёклы, потери сахара при хранении в кагатах — 19 %, за счёт мелкого боя —19,2 %, в транспортёрно-мо-ечной воде — 37,1%, неучтённые потери — 24,7 %.
По данным немецких исследователей, потери сахарозы при подаче свёклы гидротранспортёром в суммарном выражении колеблются от 0,02 до 0,5 % к массе свёклы для нормальной свёклы и до 1% для свёклы мороженой. Ими было доказано, что на степень вымывания сахара из свёклы влияют следующие факторы: способ подачи на завод, высота падения при загрузке бурачных, погодные условия, степень зрелости корнеплодов, степень повреждения при уборке, погрузке, разгрузке и длительность их хранения [20].
Согласно исследованиям Улен-брока, потери сахарозы в транс-портёрно-моечной воде составляют: у неповреждённых корнеплодов — 0,08 %: корнеплодов с повреждённой поверхностью — 0,12 %; битых корнеплодов — 0,25 % к массе свёклы. При увеличении высоты падения корнеплодов от 1 до 6 м потери сахарозы увеличиваются в 10 раз, при этом свежая свёкла повреждается больше, чем хранившаяся. В транспор-тёрно-моечной воде хранившаяся свёкла теряет приблизительно в два раза меньше сахарозы, чем свежая [20]. Вымытая из корнеплодов сахароза разлагается с образованием различных продуктов, в том числе кислот.
Нами были проведены исследования определения потерь сахарозы в транспортёрно-моечной воде. В зависимости от оснащённости моечного отделения вся транспор-тёрно-моечная вода попадает или на фильтр, или в уловитель типа
Майя, с него — на классификатор товарной свекломассы. Последняя направлялась в переработку с общим потоком свёклы. Общее количество боя, не попадающее в завод, составляло в среднем от 0,5 до 3,0 % к массе переработанной свёклы. Сахаристость массы боя была 12 %, тогда как основной поток свёклы характеризовался сахаристостью 16—16,5 %. Количество боя размером меньше 1 см, попадающего в жом, составляло в среднем 0,22 % к массе переработанной свёклы, содержание сахарозы в нём — 3,5—5 %. Таким образом, свекловичный бой и хвостики, направляемые на корм животным и на поля фильтрации, содержат сахарозы значительно меньше, чем отдельные части корнеплода. Следовательно, остаток сахарозы переходит в транспортёрно-мо-ечную воду при нахождении в ней свёклы, её обломков и боя.
По многочисленным данным исследователей, общее количество боя в виде обломков, хвостиков, головок, кусков и частей корнеплодов составляет 5—6 % к массе переработанной свёклы. Очень важно правильно выполнить классификацию этого боя, чтобы отсортировать товарную свекломассу и подать её на переработку. Товарная свекломасса, количество которой примерно 3 % к массе переработанной свёклы, идёт в производство с общим потоком корнеплодов. Часть мелкого боя (сколы, хвостики, обломки головок) размером до 10 мм, количество которого 1,2—2 %, имеющая сахаристость от 3,5 до 6 %, направляется на корм скоту. Расчёт показывает, что из-за этого теряется 0,06—0,095 % сахара к массе переработанной свёклы.
Мы определяли также потери массы свёклы, уходящей с водой на поля фильтрации, путём отбора и процеживания воды через тканевый фильтр. Установлено, что в среднем в 10 л транспортёр-
но-моечной воды содержится 20 г свекловичного боя, в 1 м3 — 2000 г боя. Содержание сахарозы в нём составляло 1,54 % к его массе. За сутки для восьмитысячного завода содержание очень мелкого боя в виде мезги будет составлять 128 т. Для завода производительностью 8 тыс. т свёклы в сутки количество выводимого осадка после отстойников составляет около 20 % к массе транспортёрно-моечной воды. Выводимый осадок и содержит унесённую водой свекловичную мезгу. По расчёту видно, что с уносимой мезгой теряется 0,02 % к массе свёклы сахара.
Эти данные были получены нами на заводе, практикующем обычную схему приёмки, хранения и подачу в переработку свёклы с помощью насоса. Зарубежные и отечественные исследователи отмечают, что именно свекловичные насосы являются источником основного дробления корнеплодов свёклы [21]. Сахарные заводы Западной Европы для уменьшения травмирования корнеплодов, снижения потерь сахарозы в транспортёрно-моечной воде, уменьшения количества транспортёрно-моечной воды в обороте используют так называемую сухую подачу. Данное техническое решение на этом участке предполагает приёмку свёклы с нескольких автомобилей на сборочный транспортёр, расположенный в приямке. Механизмами свёкла подаётся в верхний лоток гидротранспортёра, далее проходит механизмы для улавливания лёгких и тяжёлых примесей, затем попадает в моечное отделение. «Сухая» подача как раз исключает использование свеклонасосов, заменяя их ленточными транспортёрами.
Время нахождения свёклы в гидротранспортёрах до моечного отделения зависит от системы размещения кагатов на призаводском свеклопункте и длины гидротранспортёров и может составлять от 5 до 20 мин, а длительность её на-
Таблица 1. Показатели качества транспортёрно-моечной воды
в зависимости от длительности сезона
Показатель Длительность производства, сут
10 16 18 28 60
рН20 11,1 9,8 10,3 9,6 8,0
Количество прореагировавшего 0,1 н раствора №ОН 1,5 2,8 3,1 3,5 3,5
Навеска сока, г 20 20 20 20 10
Эквивалентное количество кислотных радикалов, мг-экв/100 г воды 0,7575 1,4140 1,5655 1,7675 3,5350
Количество молочной кислоты, мг/100 г воды 68,175 127,26 140,895 159,075 318,15
Потери сахарозы, мг/100 г воды 94,69 176,75 195,69 220,94 441,88
Потери сахарозы, % к массе воды 0,095 0,177 0,196 0,221 0,442
хождения в оборудовании, установленном на верхнем лотке для удаления лёгких и тяжёлых примесей, мойках (барабанной, кулачковой и ролико-форсуночной) — от 8 до 12 мин. На сахарных заводах стран СНГ рекомендуется ежегодно фиксировать эту длительность и оформлять актом. Данные сведения используются для расчёта количества прилипшей и впитанной корнеплодами влаги и обоснования разницы в сахаристости принятой свёклы и поступившей на переработку.
Следует отметить, что свёкла особенно повреждается в случаях, когда используются свекловичные насосы. Гидроподача свёклы повсеместно используется на сахарных заводах. Недостатком этого
способа являются высокие потери сахара в транспортёрно-моечной воде и расходы на её очистку, что обусловлено повреждением сырья и длительным его пребыванием в гидротранспортёре и мойке. По опубликованным данным, потери сахара на этой стадии составляют от 0,3 до 0,5 % и более [21]. Стоимость такого способа подъёма выше, чем способа сухой подачи, удельный расход энергии при использовании гидравлического транспорта составляет 3,5 кВт-ч/т свёклы, для схемы сухой подачи он уменьшается до 2,2 кВт-ч/т свёклы, т. е. на 63 % [21].
Потери сахарозы в транспор-тёрно-моечной воде обусловлены тем, что процесс перехода сахарозы из клеток свёклы начи-
нается уже в лотке гидротранспортёра и протекает тем интенсивнее, чем больше количество механически повреждённых корнеплодов. Вымытая из корнеплодов свёклы сахароза разлагается с образованием различных продуктов, в том числе кислот.
Результаты изменений показателей качества транспортёрно-мо-ечной воды приведены в табл. 1.
Было установлено, что потери сахарозы в транспортёрно-моеч-ной воде вследствие её разложения возрастают при увеличении длительности производственного сезона и на 60-е сутки работы завода составляют 0,442 % к массе транспортёрно-моечной воды, что вполне согласовывается с данными других исследователей [20].
В табл. 2 приведены результаты математической обработки экспериментальных и расчётных данных, а на рис. 1 представлена зависимость содержания суммы кислот в транспортёрно-моечной воде от длительности производственного сезона. Коэффициент корреляции г между полученными и расчётными данными составляет 0,9867.
Образующиеся кислоты практически не удаляются при отстаивании транспортёрно-моечной воды. Очень малая их часть при добавлении извести даёт нерастворимые соли кальция и выпадает в осадок, большая часть накапливается в циркулируемой воде, вызывая снижение её рН.
Коэффциент корреляции г Критерий достоверности коэффициента корреляции tr Ошибка коэффициента корреляции тг Среднеквадра-тическое отклонение Ошибка коэффициента регрессии Уравнение регрессии*
о X о У т., , Ь у/х т., , Ь х/У
0,9867 10,51785 0,0152 19,87 93,33 0,02 0,441 У = 24,58983 + 5,045917-Х
*Х — длительность производства, сут; Y — содержание органических кислот, мг/100 г воды. № 2 • 2022 САХАР 19 -
Таблица 2. Результаты математической обработки экспериментальных данных количества органических кислот в транспортёрно-моечной воде в зависимости от длительности сезона производства
12 16 20 24 28 32 36 40 44 4852 56 60 64 68
Сутки
■ Экспериментальные данные
— Расчётные данные
Рис. 1. Изменение содержания суммы кислот в транспортёрно-моечной воде в зависимости от длительности производственного сезона
Транспортёрно-моечная вода вследствие различных причин сильно пенится. Пена является источником вторичного микробиологического загрязнения воды и территории. Нами были испытаны различные пеногасители, благодаря которым процесс пенообра-зования значительно угнетается. Так, при использовании пенога-сителя Та1ох ВТ пена почти не образуется, а если и образуется (при низких расходах пеногасителя), то за 1—2 мин полностью исчезает. Пеногаситель Суапатег Р70 за 5 мин убирает от 78 до 100 % пены при расходе препарата от 0,0025 до 0,05 %.
Необходимо поддерживать возможно низкую температуру транс-портёрно-моечной воды, применяя для этого башенные или бассейновые охладители, проводить периодическое её хлорирование. Для ополаскивания свёклы после мойки использовать чистую воду, после чего поверхность корнеплодов обязательно обрабатывать антисептиком. В качестве чистой воды целесообразно использовать охлаждённые аммиачные конденсаты.
Для снижения потерь сахарозы в транспортёрно-моечной воде следует снизить количество механически повреждённых корнеплодов путём усовершенствования техники для возделывания, уборки
сахарной свёклы, укладки её на хранение и подачи на переработку, конструкции свеклонасосов, переход на «сухую» подачу свёклы.
Целесообразно подавать в бурачную свёклу, только прошедшую хранение, т. е. которая частично потеряла свой тургор и будет меньше биться при загрузке и гидротранспортировке в завод. Желательно также боковые поверхности бурачной или приёмного жёлоба покрыть листовой резиной (по зарубежному опыту и опыту отдельных отечественных предприятий).
Необходимо поддерживать оптимальные значения рН и температуры транспортёрно-моечной воды. Для улучшения отстаивания воды и интенсификации этого процесса целесообразно применять эффективные коагулянты и флокулянты. Было установлено, что все марки рекомендуемых флокулянтов значительно интенсифицируют процесс отстаивания и повышают его эффективность при незначительных расходах (7,510"5—110"4 % к массе воды).
По данным, приведённым в источнике [21], потери сахарозы в моечных отделениях обусловлены типом установленной в них мойки. Кулачковые мойки, применяемые там, где требуется тщательное отмывание от прилипшей земли, дают потери сахара от 0,08 до 0,15 % к массе свёклы. Барабанные мойки, используемые в регионах с легко отмываемыми почвами, обусловливают потери сахара 0,04—0,06 % к массе свёклы. Ро-лико-форсуночные мойки, устанавливаемые для окончательного удаления примесей с помощью
мощных струй воды давлением 10—15 бар с расходом 0,5 м3 воды на 1 т свёклы, дают потери сахара 0,026—0,030 % к массе свёклы.
Потери сахарозы от деятельности
микроорганизмов
Деятельность микроорганизмов может происходить в результате их проникновения из системы транс-портёрно-моечных вод в диффузионные установки, что приводит к потерям сахара или повышенному расходу антисептиков [14, 15].
Иногда для увеличения скорости седиментации используют флоку-лянты и вспомогательные специальные реагенты для отстаивания. Эти соединения должны быть безопасны с экологической точки зрения и разрешены для использования в сахарной промышленности.
Транспортёрно-моечная вода сахарного производства является источником значительных потерь сахарозы, величина которых зависит от ряда факторов: температуры и рН воды, продолжительности пребывания корнеплодов в воде, степени их повреждения. Кроме того, загрязнённая транспортёр-но-моечная вода является одним из главных источников поступления микроорганизмов на производство и, вследствие их размножения и процессов метаболизма, значительных неучтённых потерь сахарозы при её экстрагировании (0,15—0,67 % к массе свёклы). Транспортёрно-моечная вода в результате многократной циркуляции, особенно в отсутствие под-щелачивания, находится в состоянии частичного брожения, вызываемого микроорганизмами при наличии сахара.
Транспортёрно-моечная вода в значительной мере обсеменена микроорганизмами, количество которых зависит от ряда факторов: способа очистки воды, температуры окружающей среды и погодных условий, степени исходной
инфицированности свёклы, содержания сахарозы и органических веществ в воде, режима работы очистных сооружений и др. [7]. Исследования в разных странах и в разные годы показали, что ориентировочное содержание микроорганизмов в 1 см3 транспортёр-но-моечной воды сильно варьирует, это может быть связанно со способами уборки, переработки и подачи сырья, очистки транспор-тёрно-моечной воды и другими факторами. В 2001 г. были получены такие величины микробиологической обсеменённости 1 см3 транспортёрно-моечной воды: термофилы - 1,56104—1,3105 КОЕ (колониеобразующих единиц), мезофилы — 1,82403—1,Ы04, плесневые грибы — 2103—1104 КОЕ. Согласно данным Вайды, вода, которая поступает на мойку, содержит Ы08—Ы09 КОЕ мезофильных и Ы04—Ы05 КОЕ термофильных микроорганизмов. По данным других учёных, в 1 см3 транспор-тёрно-моечной воды может содержаться от 4-108 до нескольких миллиардов спор микроорганизмов [7, 15].
Свёкла, обсеменённая микроорганизмами, поступает на производство, и поэтому значительное внимание стоит уделять тщательному отмыванию её от земли, растительных примесей, ополаскиванию чистой водой после мойки и тщательной дезинфекции поверхности после ополаскивания. Если этой проблеме не уделять достаточного внимания, сахарный завод будет иметь значительные неучтённые потери сахарозы в диффузионном отделении. Поскольку на поверхности корнеплодов находится значительное количество микроорганизмов, при недостаточном их обеззараживании в бункерах перед свеклорезками происходит интенсивный рост микроорганизмов на стенках бункера и поверхности свёклы. Даже если в бункер попадает продезинфицированная
свёкла, происходит вторичное заражение её микроорганизмами. При получении свекловичной стружки микроорганизмы с поверхности корнеплода переходят на поверхность стружки и, попадая в диффузионный аппарат, в благоприятных условиях начинают расти, вызывая разложение сахарозы и образование кислот. Продукты распада сахарозы (органические кислоты и редуцирующие вещества), а также продукты метаболизма некоторых микроорганизмов, которые образуют полисахариды декстран и леван, затрудняют течение дальнейших технологических процессов и увеличивают содержание сахара в мелассе.
В транспортёрно-моечной воде свеклосахарного производства содержатся следующие микроорганизмы: Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Leuconostoc, Lacto-bacterium, Saccharomyces, Bacillus stearothermophilus, Clostridium. Рассмотрим факторы их вредоносного действия в технологическом процессе.
Bacillus subtilis и Bacillus mesente-ricus образуют споры, которые сохраняются в полупродуктах на протяжении всего технологического процесса и могут встречаться даже в сахаре-песке. Bacillus subtilis образует из сахарозы полисахарид леван, который затрудняет фильтрование соков.
Бактерии рода Leuconostoc — очень опасный вредитель сахарного производства, который вместе с транспортёрно-моечной водой попадает на свёклу и далее в сахарных растворах образует слизистую капсулу, состоящую из декстра-на. При этом сок становится вязким, малоподвижным, значительно ухудшается его фильтрация, вплоть до её прекращения.
Молочнокислые бактерии рода Lactobacterium разлагают сахарозу, которая содержится в растворе, до молочной кислоты с выделением газов. Газы являются одной
из причин пенообразования сока, а образовавшиеся кислоты снижают рН продукта.
Дрожжевые грибы рода Sac-charomyces вызывают спиртовое брожение с выделением спирта и газа, которое приводит к потерям сахара и скоплению углекислого газа.
Термофильные бактерии Bacillus stearothermophilus опасны тем, что выдерживают высокие температуры (до 120 °С). Биохомически они весьма активны — вызывают существенные изменения в среде обитания за короткий промежуток времени и образуют до 90 % молочной кислоты от количества сбраживаемого сахара.
Маслянокислые бактерии рода Clostridium приводят к очень резкому закислению среды [7, 15]. В результате такого брожения образуются масляная кислота, бута-нол, ацетон, изопропанол, этанол, уксусная кислота, углекислый газ и водород.
При высокой загрязнённости транспортёрно-моечная вода может быть опасным очагом инфицирования свёклы, а следовательно, и свекловичной стружки.
Нами были исследованы изменения микробиальной загрязнённости транспортёрно-моечной воды и определены потери сахарозы вследствие её разложения в течение всего производственного сезона.
Объектом исследования была транспортёрно-моечная вода, которая отбиралась из лотка гидротранспортёра в сухую стерильную посуду с крышкой. В отобранных пробах определяли: 1) микробиологическую загрязнённость по группам микроорганизмов — культивированием микроорганизмов на питательных средах; 2) рН — рН-метром; 3) содержание органических и минеральных кислот — пропусканием навески воды через катионитные колонки в Н+ форме [1, 6].
Определение содержания микроорганизмов. Пробу транспортёрно-моечной воды тщательно перемешивали и готовили разведения 1:105; 1:106; 1:107. Посев разведений транспортёрно-моечной воды производили на чашки Петри глубинным способом в трёх повтор-ностях. Культивировали посевы в термостате при температурах:
— 36—37 °С — для определения мезофилов и общего содержания микроорганизмов на среде МПА;
— 55 °С — для определения термофилов на среде МПА + 10 % сахарозы;
— 25—27 °С — для определения группы плесневых и дрожжевых грибов на среде Чапека. Подсчёт колоний производили через 2448-72 часа. Чашки с плесневыми грибами выдерживали в термостате до 7 суток.
При микробиологическом исследовании транспортёрно-моеч-ной воды нами отмечено количественное и качественное разнообразие микроорганизмов. Пробы были отобраны на 10-е и 60-е сутки от начала производственного цикла, что позволило нам оценить увеличение количества микроорганизмов в транспортёр-но-моечной воде по сравнению с длительностью пребывания вод в работе и проследить динамику количественных изменений микроорганизмов в группах термофилов, мезофилов и грибов в зависимости от погодных условий. Результаты иследований приведены в табл. 3.
В проанализированных пробах воды были обнаружены термофилы, мезофилы и плесневые грибы в количествах, превышающих литературные данные последних лет. Это показывает, насколько необходимо тщательное очищение и обеззараживание транспортёрно-моечной воды именно в последнее время, когда в результате механизации процессов возрос уровень загрязнения корнеплодов, а также
Таблица 3. Величина микробиологической заражённости транспортёрно-моечной воды в разные периоды сезона переработки свекловичного сырья
Период от начала производственного сезона, сут Температура воды, оС Количество микроорганизмов, КОЕ в 1 см3 воды
Общее В том числе
мезофилы термофилы плесневые грибы
10 12 9-108 8-108 4-104 2-104
60 4 5-108 4,5-108 5-103 6,2-103
то, что в связи с ранними пусками заводов повышена температура транспортёрно-моечной воды, в то время как снижение температуры способствует уменьшению её обсеменённости. Так, понижение средней температуры воды на 6 °С привело к уменьшению общей об-семенённости на 55 %, при этом количество мезофилов уменьшилось почти в 1,7 раза, количество термофилов снизилось в 8 раз, плесневых грибов — в 3,2 раза.
При микроскопировании было обнаружено, что среди мезофиль-ной группы микроорганизмов преобладают стрепто- и диплококки, встречаются палочки, а среди группы плесневых грибов были обнаружены грибы родов РетсШшт и Mucor.
На рис. 2 приведены наиболее типичные колонии мезофилов, выросшие на МПА из разведения 1:107. Были обнаружены колонии белёсоватого и светло-жёлтого цвета с блестящей поверхностью и небольшой радиальной складчатостью, в основном округлой формы с неровными краями. Микроско-пируются дипло- и стрептококки. На поверхности чашки присутствуют также колонии неправильной формы с матовой поверхностью. Под микроскопом видны спороносные палочки. Общее количество микроорганизмов составило Ы08 шт.
На рис. 3 представлены колонии грибов. Разведение — 1:103, культивировались на среде Чапека в течение одной недели. На фото
Рис. 2. Колонии мезофилов (две чашки)
* •
Iff v'V-' v--*; - К' -.Jfc ■
* ' * 1 ' "
Рис. 3. Колонии грибов
явно видны колонии, характерные для рода Pénicillium и рода Mucor.
Потери сахарозы при переработке
сахарной свёклы
Исследованиями установлено, что в среднем за сезон сырьё, поступающее на переработку, характеризуется следующими показателями качества: 1) содержание корнеплодов: дуплистых 65,9— 74,6%, механически повреждённых 40,5—70,9 %, в том числе сильно — 18,6—22,5 %, подмороженных 5,5—13,8 %, цветушных 0,1 %, проросших 20,3—21,4 %, подгнивших 0,3—5,2 %; 2) количество зелёной массы 0,1 %, ростков 0,1 %, гнилой массы 0,1 % [15, 16].
Общее количество балластных примесей в свёкле, поступающей на переработку, составляло от 1,55 до 2,59 %, неотмытой земли — от 0,11 до 0,24 %, прилипшей и впитанной влаги — от 0,97 до 1,8 %.
Общие потери сахарозы в свеклосахарном производстве включают в себя определяемые потери с жомом и фильтрационным осадком и неопределяемые потери,
обусловленные деятельностью микроорганизмов, действием высоких температур, щелочей и кислот.
Потери сахарозы, не определяемые при переработке свёклы, или так называемые неучтённые потери, обусловлены потерями от микробиологического и термохимического разложения на всём верстате завода. Исследования показали, что увеличение количества сильно механически повреждённых корнеплодов и значительный объём слабо повреждённой свёклы, возрастание в связи с этим микробиологического поражения разорванных тканей, накопление несахаров — продуктов заживления травмированных поверхностей, а также ухудшение химического состава корнеплодов, которое обусловлено интенсивной технологией выращивания свёклы, в процессе переработки сырья приводит к увеличению потерь сахарозы вследствие её разложения и повышению содержания сахарозы в мелассе [6, 10, 17].
Рассмотрим более подробно неучтённые потери сахарозы при переработке свёклы.
В отделении сокодобывания вследствие сильного инфицирования стружки и питательной воды, особенно при пониженной температуре, происходит развитие микроорганизмов и распад сахарозы с образованием преимущественно L-молочной кислоты. По данным исследователей, потери сахарозы из-за деятельности микроорганизмов составляют 0,06—0,24 %, а при особо неблагоприятных условиях могут достигать 0,4—0,5 % и более к массе свёклы [12, 15]. Кроме прямых потерь сахарозы продукты жизнедеятельности бактерий (редуцирующие вещества, органические кислоты) вызывают трудности в дальнейших процессах технологического потока и повышенное содержание сахарозы в мелассе [10].
Жизнедеятельность микроорганизмов в диффузионном аппарате может проявляться в кислотообра-зовании, газообразовании, разложении сахарозы с образованием редуцирующих веществ, а затем кислот. Потребление сахара различными микроорганизмами подробно изучалось японскими исследователями (табл. 4).
Учитывая, что длительность процесса экстракции составляет 70—90 мин, потери сахарозы при благоприятных условиях деятельности микроорганизмов могут составлять 0,63—0,80 % к массе свёклы.
Рассмотрим основные источники инфицирования диффузионного сока.
Свекловичная стружка. Обсеме-нённость свекловичной стружки микроорганизмами зависит от состояния корнеплода, степени его отмывки от земли, качества моечной воды, ополаскивания чистой водой и обработки антисептиками. Степень инфицирования стружки из немороженной свёклы составляет 105— 1 • 107; подмороженной и оттаявшей — 1,5-107—9-108 шт. микроорганизмов в 1 г свекловичной стружки.
Таблица 4. Степень потребления сахарозы различными микроорганизмами в диффузионных установках
Вид микроорганизма, осуществляющего жизнедеятельность при экстракции сахарозы Потери сахарозы, % за 1 час на 106 спор в 1 см3
Bac. subtilis 0,12
Bac. stearotermophilus 0,11
Bac. megaterium 0,08
Bac. cereus 0,06
Bac. circulaus 0,06
Bac. coli 0,03
Leuconostoc mesenteroides 0,04
Leuconostoc dextranicum 0,02
Clostridium butiricum 0,01
Всего 0,53
Питательная вода. В качестве питательной воды для диффузионных установок на многих сахарных заводах используют барометрическую воду. По опубликованным данным [7], содержание микроорганизмов в горячей сульфити-рованной барометрической воде составляет 75 шт. в 1 см3; если же вода не сульфитирована и её температура находится в пределах 30—40 °С, то содержание микроорганизмов в 1 см3 возрастало до 8-103—1,8-105. Следует отметить, что качественный бактериологический состав барометрической воды идентичен качественному составу прудовой воды. Необработанная барометрическая вода при температуре 40 °С может быть по своему бактериологическому составу хуже, чем прудовая, так как при этой температуре создаются благоприятные условия для размножения многих видов микроорганизмов. Поэтому в качестве питательной воды рекомендуется использовать охлаждённые аммиачные конденсаты, которые являются стерильными с точки зрения наличия микроорганизмов. Для технологической службы обязательным условием ставится проверка концентрации растворённого аммиака, содержание которого не должно превышать 30—40 мг/л. Большое содержание аммиака способствует растворению стенок свекловичной клетки, в которой находится натуральный свекловичный сок, вызывающих образование флокул в подкисленных сахарных растворах.
Жомопрессовая вода. Исследованиями показано, что жомо-прессовая вода в значительной мере заражена термофильными микроорганизмами. Отобранная после прессов, она содержит от 2,2-104 до 1,4^ 106 микроорганизмов в 1 см3; после подогревателя Ц = 70-80 °С) - от 1103 до 8-105. Количество микроорганизмов в жомопрессовой воде, подаваемой
на диффузию, зависит от способа её обработки. Если она подаётся по короткой схеме, без обработки, её зараженность значительно выше, чем с обработкой и очисткой.
По сведениям [7], если жомопрессовая вода возвращается в диффузию по короткой схеме (отстаивание и нагрев до 74—78 °С), то 1 см3 её содержит 1-103—7,2-103 шт. термофильных микроорганизмов. Если же жомопрессовая вода подвергается дефекосатурационной обработке, она содержит мезофи-лов около 2-101 шт., термофилов 7-102 шт. в 1 см3.
Работа диффузионной установки. Количество микроорганизмов в диффузионном соке неустойчиво и находится в зависимости от многих факторов. Поэтому диффузионный процесс необходимо проводить при оптимальной температуре, ритмичности работы всего оборудования, дезинфекции процесса, соблюдении надлежащего санитарного состояния всего завода. Микробиологическими исследованиями в диффузионном соке найдено большое количество спороносных бактерий: Bac. subtilis, Bac. Mesentericum, Bac. Megatherium, Bac. Padiculatum, Bac. mycoides, Bac. circulans и др. В нём могут размножаться также слизеобразующие бактерии: Leuconostoc Lactobacterium plantarum, Leuconostoc dextranicum, Leuconostoc mesenteroides.
Температурный режим. При нарушении температурного режима в диффузионном соке обнаруживают дрожжи Saccharomyces, Torula, Candida и пр. Бактерии, развивающиеся в диффузионном соке при температуре 55—70 °С, относятся к термофильным микроорганизмам. У некоторых микроорганизмов, относящихся к этой группе, можно обнаружить обмен веществ при температуре 78—85 °С [3]. Например, Bac. stearotermophilus обладает сильной кислотообразующей способностью, хорошо растут
и развиваются при температуре 65 °С.
По данным различных исследователей, в 1 см3 диффузионного сока содержится от Ы03 до 2,9^ 108 микроорганизмов. Так как активное развитие термофильных микроорганизмов наблюдается при температуре 65-70 °С, необходимо стремиться к тому, чтобы ни в одной точке диффузионного аппарата температура не опускалась ниже 70 °С.
Было установлено, что в своём метаболизме микроорганизмы используют преимущественно сахарозу, находящуюся в растворе, с образованием в основном молочной кислоты.
Заключение
Таким образом, для улучшения качества свёклы, снижения безвозвратных потерь массы и сахарозы, а также в целях повышения эффективности свеклосахарного производства в целом необходимо:
— уделять внимание качеству обработки поля, выровненности плантации, качеству семян и равномерной густоте насаждений;
— использовать для уборки и погрузки свёклы высококачественную технику, незначительно повреждающую корнеплоды;
— не допускать подвяливания свёклы вследствие большого временного интервала между копкой и вывозкой на свеклопункт или складированием в полевых кагатах;
— уборку свёклы в сентябре осуществлять в таких количествах, чтобы не допускать хранения корнеплодов в поле или на свекло-приёмном пункте, т. е. работать практически с колёс;
— на гидротранспортировку подавать сырьё, пролежавшее не менее двух суток, что позволит снизить травмированность корнеплодов и потери сахара в транспортёр-но-моечной воде;
— тщательно удалять лёгкие и тяжёлые примеси, землю, зелёную
массу, а также ополаскивать свёклу чистой водой и обрабатывать антисептиками;
— следить за технологическим и температурным режимами на всех станциях технологического процесса переработки свёклы;
— следить за общим санитарным состоянием предприятия и регулярно мыть технологическое оборудование, не допускать россыпей свёклы и стружки, разливов сока.
Список литературы
1. Влияние механических повреждений корнеплодов сахарной свёклы на её сохраняемость и показатели при переработке / С.Я. Филиппишин, А.Л. Шойхет, Л.И. Чернявская [и др.] // Сахарная промышленность. — 1986. — № 6. — С. 45—47.
2. Влияние способов уборки и различных типов уборочных машин на качество и сохраняемость сахарной свёклы / В.А. Князев, С.Н. Калина, Е.Г. Томиленко [и др.] // Сахарная промышленность. — 1983. — № 1. — С. 54—57.
3. Князев, В.А. Прогрессивная технология приёмки и хранения свёклы / В.А. Князев. — М. : Пищевая промышленность, 1989. — 319 с.
4. Кузнецова, Л.А. Способ очистки свёклы активизированными грохотами / Л.А. Кузнецова // Сахарная промышленность. — 1980. — № 6. — С. 31—39.
5. Инструкция по химико-техническому контролю и учёту сахарного производства. — Киев : ВНИИСП, 1983.
6. Источники и величины потерь сахара при хранении и переработке свёклы / А.Л. Шойхет, Л.И. Чернявская, А.П. Пустоход [и др.] // Сахарная свёкла: производство и переработка. — 1989. — № 1. — С. 40—41.
7. Находкина, В.З. Микробиология в свеклосахарном производстве / В.З. Находкина. — М. :
Пищевая промышленность, 1964. — С. 2—24.
8. Опыт эксплуатации новых буртоукладочных машин и оборудования для очистки свёклы. Вып. 8. — М. : ЦНИИТЭИПище-пром, 1989. — 56 с.
9. Повышение эффективности сахарного производства за счёт снижения потерь сахара / Л.И. Чернявская, А.П. Пустоход, М.П. Городник [и др.]. — Вып. 3. — М. : АгроНИИТЭИПП, 1992. — 45 с.
10. Снижение технологического качества сахарной свёклы, поражённой в различной степени кагатной гнилью / В.А. Князев, С.Н. Калина, Л.И. Чернявская // Сахарная промышленность. — 1983. — № 2. — С. 40—43.
11. Стогниенко, О.И. Формирование комплекса возбудителей кагатной гнили сахарной свёклы / О.И. Стогниенко, А.И. Воронцова // Сахарная свёкла. — 2015. — № 7. — С. 34—38.
12. Технолопчна яюсть цу-крових бурякв та пщвищення ефективносп виробництва цукру / В.М. Мшькевич, Ю.С. 1онщой, Л.1. Чернявська [та ш.] // Киев : Укрсощоцентр, 2000. — 132 с.
13. Хелемский, М.З. Технологические качества сахарной свёклы / М.З. Хелемский. — Ч. 2. — М. : Пищевая промышленность, 1973. — 251 с.
14. Хелемский, М.З. Хранение сахарной свёклы / М.З. Хелем-ский. — М. : Пищевая промышленность, 1964. — С. 112.
15. Чернявская, Л.И. Сахарная свёкла. Проблемы повышения технологических качеств и эффек-
тивности переработки / Л.И. Чернявская, Ю.С. Ионицой, В.Н. Ку-хар [и др.] // Киев : Укрфитосоци-оцентр, 2003. - 308 с.
16. Шпаар, Д. Сахарная свёкла / Д. Шпаар. - М. : АМА-ПРЕСС, 2012. - 314 с.
17. Malec, J. Wplyw mechanizacja zbiory burakow cukrowych na jakosc surowca I jego przydatnosc do przechowywania // Gazeta Cukrov. -1980. - № 2. - С. 43-44.
18. Selection de la betterave sucrerie pour uno reduction des pertes en sucre pendant la periode de stochage // Scientific Agrsculture. -Rennes. - 1983. - № 3. - Pp. 1-7.
19. Walerianchyk, F. Niektore Czynniki obnizajace wydajnosc cukru z burakow / F. Walerianchyk // Gazeta Cukrovniza. - 1979. -№ 5. -С.104-106.
20. Uhlenbrok, Y.W. Zuckerferluste Schwemmwasser und ihre analytische erfassung / Y.W. Uhlenbrok // Zucker. - 1972. - № 2. - С. 771773.
21. Van der Poel. Sugar Technology. Beet and Cane Sugar Manufacture. -Berlin : Verlag Dr. A. Bartens KG. -1998. - S.1097.
22. Hallanoro, H. Untersuchungen über die «unbestimmten Zuckerverluste» in finnischen Rübenzuckerfabriken / H. Hallanoro // Zucker Industrie. - 1985. -№ 5. - S. 480-483.
23. Кухар, В.М. Нщерланди: найбшьший цукровий завод Свропи Д1телоорд та мшнародна виставка «Beet Europe 2010» / В.М. Кухар, Л.1. Чернявська // Цукор Украши. - 2010. - № 3 (59). -С. 16-19.
Аннотация. Представлены результаты собственных исследований и литературные данные в отношении потерь сахарозы на всех участках сахарного производства, даны рекомендации по их снижению.
Ключевые слова: потери массы и сахарозы в свеклосахарном производстве, учтённые и неучтённые потери.
Summary. The results of our own research and literature data on sucrose losses in all sections of sugar production are presented, recommendations are given for their reduction. Keywords: mass and sucrose losses in sugar beet production, accounted and unaccounted losses.
