CC BY
45
' 664.1.621.357.002.237
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРОВ
А.А. ЕФРЕМОВ, И.В. КВИТКО, В.А. ЛОСЕВА
Воронежская государственная технологическая академия
Электрохимически активированные (ЭХА) растворы - это водные растворы, полученные в результате процесса мембранной электроактивации, т. е. обработки их в диафрагменном электролизере. Благодаря высокой химической активности и специфическим свойствам ЭХА растворы нашли применение в разных отраслях хозяйственной деятельности : строительстве, медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и др.
Диафрагменный электролизер состоит из двух камер: прианодной и прикатодной, оборудованных соответствующими электродами и разделенных между собой диафрагмой из материала, затрудняющего перенос всей массы раствора из одной камеры в другую. В качестве материала для диафрагмы используют бумагу, керамику и т. п . В результате процесса электролиза в диафрагменном электролизере получают две фракции: анолит и католит. Анолит характеризуется положительным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) и pH в кислотной области. Католит, наоборот, обладает отрицательным ОВП и pH в щелочной области. Химические составы анолита и католита отличаются. Подбирая режимы активации, можно добиться получения растворов с нужными физико-химическими свойствами - заданными ОВП и pH.
Применение ЭХА растворов основано на открытии, сделанном в 1972 г. советскими учеными, суть которого состоит в сохранении эффекта электродной поляризации в околоэлектродной зоне в форме определенного вида энергии. Иначе говоря, растворы, полученные в результате обработки в диафрагменном электролизере , сохраняют некоторое время после электролиза избыточную потенциальную энергию, находясь в течение определенного периода в метастабильном состоянии, что обусловливает их повышенную реакционную способность и специфические свойства. Аномальная физико-химическая активность растворов после окончания процесса электролиза медленно убывает. Поэтому обычно ЭХА растворы используют во время периода релаксации, желательно ближе к его началу [1]-
Многие свойства ЭХА растворов можно объяснить, исходя из теории авторов [2], связывающей механизм активации воды с измельчением ее ассоциатов. Согласно современным представлениям , полярные молекулы воды (диполи) связаны друг с другом водородными связями в ассоциаты [Н20 ], где х - неопределенное число, как правило равное 3-5; в ледяной воде х в
ассоциатах-кластерах достигает нескольких десятков. Электрохимическая активация воды ведет к разрыву водородных связей и увеличению концентрации мономолекул Н20. Мономолекулы воды более активно вступают в различные физико-химические процессы. Поэтому ЭХА растворы обладают повышенной способностью растворять труднорастворимые вещества и вызывать их электролитическую диссоциацию.
Кроме мономолекул воды в ЭХА растворах образуются новые вещества и свободные радикалы, совместное существование которых не удается получить никаким другим способом. Например, у поверхности анода происходит окисление воды с выделением кислорода и газообразного хлора и насыщение раствора высокоактивными окислителями: озоном, хлорноватистой кислотой, хлором, оксидом хлора, гипохлорид-ионом и др. С позиций равновесной химической термодинамики допустить одновременное существование этих соединений в растворе невозможно. Тем не менее, перечисленные окислители присутствуют в анолитах, предавая им уникальные обеззараживающие свойства [1].
На сегодняшний день сделано несколько сотен изобретений в России и за рубежом, касающихся устройств электроактиваторов и способов применения ЭХА растворов в хозяйственной деятельности. В России прикладными исследованиями по применению ЭХА растворов занимаются ведущие вузы и НИИ, ряд фирм, а также некоторые опытные хозяйства [1].
Наиболее ранние исследования в области применения ЭХА растворов в сахарном производстве основаны на обеззараживающем действии анолитов. С этой целью предложен способ обработки ЭХА раствором сахарной свеклы, укладываемой в кагаты [3]. Применение способа повышает способность корнеплодов к хранению.
В Воронежской государственной технологической академии на кафедре технологии сахаристых веществ под руководством проф . В.А. Лосевой проводятся исследования в области практического использования ЭХА растворов в сахарной промышленности. Результатом этих исследований является ряд изобретений, позволяющих совершенствовать технологические процессы сахарного производства: получение пищевых волокон (ПВ) [4] и диффузионного сока [5], проведение предварительной [6] и основной [7] дефекаций, получение известкового молока [8].
Электрохимически активированные растворы обладают высокими экстрагирующими свойствами. Нами предложен способ [5] применения ЭХА раствора сульфата аммония в качестве экстрагента для извлече-
■ ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 2003
49
Таблица
К..1Г. Ш 1ПСС£:.' |11 иПй-э. пй I:
уЗршгу-
ьли>:;|-г ^
5*ццЦ
('К^и'л-(1& 4КГ-
СиИЛ-|( Э >0\ Ь 1к-|'.ии:1:'ь,
ргйй
:ип» :л л'сI-;:ксяпт В ^(х;-
1^:1И10
^;РГЛ
1
1"-ОИЯ-Р :т:\ М^Л1 р'жо-
ПГОкМ Ш}1 :ть С* РО ь,::-:пп
Г^п?
икигс
1г II .! >
.нее-
^!Г-НМ.
■л ^п-I. !.п-г^::7=1 л:то-
Эффективность преддефекации при виде возврата
Показатели -: Типовой способ Предложенный способ
Сгущ. суспензия сока Нефильт. сок Сгущ. суспензия сока Нефильт. сок
I сат, „ II сат. I сат. I сат. II сат. I сат.
рш: п. Чистота сока II сатурации, % 88,46 88,96 88,26 90,26 90,96 89,96
МрьЦЛ1 Цветность сока II сатурации, уел. ед. 20,19 19,86 20,44 11,26 10,3. . .... 11,7.1
\ '.1ПНП- Эффект очистки, % 26,39 27,82 . : 25,68 39,02 41,75 37,64
ния сахарозы из свекловичной стружки в диффузионном аппарате. Разработанный способ позволяет улучшить качество диффузионного сока. При дальнейшей его очистке полл'чается сок II сатурации с чистотой на 1.2 1.5 ед. йыше, чем при использовании традиционных экстрагентов.
Известно, что свекловичный жом, представляющий собой побочный продукт, получаемый в процессе экстракции сахарозы из свеклы, содержит ряд ценных питательных компонентов и может быть использован в качестве источнйка получения ПВ. Пищевые волокна - это комплекс биополимеров, включающий полисахариды (целлюлозу,:гемицеллюлозы, пектиновые вещества), а также лигнин и связанные с ними белковые вещества. Пищевые волокна являются ценной пищевой добавкой. Присутствуя в пище, они выводят из организма человека ряд продуктов метаболизма и вредных веществ, регулируют физиологические и биохимические процессы в органах пищеварения. Пищевые волокна можно добавлять в разнообразные продукты
'-^1-ьйхсм
КакткгсрН57-§0 _____,, Изаеготе
ггт^ча+ъйгутшЗ<А д>чазщрен\^гм35ш
ражраЫзЗ | ;
'еэ-прлриаие -(К-!1К!5'С гудамдгь'ЬЭ)
I
Одг&мбжараоа — -------* Скстржг
( .
2-ежарт<ртиэ (£=2>2Е?С I —Ю ми, гипгмшъ 1:3)
Г
0|дав-иээ<арааа —----' Э<сгрэгг
Г
л ДэВДЕЩЧ
1=33 мм, щцхмдаъ 1:3}
Г^НПШге
: Ош<а
(при 1=Й>Ш’С1ф вгшшм 8Ш)
♦
Изшънэ+евсггксн *---- I
*
Гогаьй'-рдкт
Рис. 1
:
I
* тац.1
питания: кондитерские изделия, растительные и мясные консервы, мясные фаршевые изделия и т. п ,
Существуют различные способы получения ПВ из жома сахарной свеклы, однако задача у лу чтения качества этих волокон продолжает оставаться актуальной.
Разработан способ [4] получения ПВ из свекловичного жома с применением ЭХА растворов, позволяющий, по сравнению с известной технологией [9], увеличить выход ПВ на 4-5%, в том числе целлюлозы и пектиновых веществ - на 2-3, лигнина- на 0,5-1%. Кроме того, улучшаются функциональные свойства ПВ: увеличиваются водоудерживающая способность на 0,5-0,7 г воды/г Г1В и адсорбционная емкость - на 4-9 мг экв/г ПВ. Белизна продукта повышается на 3-6 ед. прибора. Таким образом, применение ЭХА растворов позволяет улучшить качество и выход ПВ, являющихся ценной добавкой в различных отраслях промышленности, Особенности технического исполнения предложенного способа получения ПВ из свекловичного жома представлены на рис. 1.
Разработан способ [6] проведения прогрессивной преддефекации диффузионного сока с возвратом электрохимически активированной суспензии сока I или II сатурации или нефильтрованного сока I сатурации в зону преддефекатора, в которой сок имеет минимальную электропроводность (рис. 2:1- преддефекатор;
2 - элёкгроактиватор; 3 - сборник электрохимически активированного возврата нефильтрованного сока I сатурации; 4 - насос). Предложенный способ позволяет получить преддефекованный сок более высокого качества, повысить эффект очистки на 11,96-13,93% и уве-
Рис. 2
личить выход сахара на 0,5-0,6% по сравнению с традиционной технологией проведения прогрессивной преддефекации. В таблице приведены показатели эффективности разработанного и типового способов преддефекации.
Проф. Н.Е. Логиновым доказано, что применение малого количества активной извести на дефекации не дает достаточного эффекта очистки сока. Избыточное количество извести, действующее на сатурации в виде карбоната кальция как адсорбента, должно быть обязательно заменено другим адсорбентом [10]. Исходя из этого, было предложено заменить часть активной извести на основной дефекации католитом, вводимым в начале процесса дефекации [7] . Избыточная известь вводится на основной дефекации главным образом как адсорбент, действующий далее на сатурации в виде СаС03.
Известно, что ЭХА растворы обладают повышенной способностью растворять вещества и вызывать их электролитическую диссоциацию. Нами исследовано [11] влияние ЭХА растворов на растворимость гидроксида кальция, активность известкового молока, продолжительность гашения извести и другие показатели. Установлено, что при гашении извести ЭХА раствором ЫаС1 растворимость Са(ОН)2 увеличивается в 1,5—3 раза по сравнению с гашением извести обычной водой. Электрохимическая активация влияет и на активность известкового молока. При гашении извести ЭХА раствором №С1 активность повышается на 0,6-1,8% по сравнению с традиционным способом приготовления известкового молока. Кроме того, при гашении извести ЭХА раствором №.С1 сокращается продолжительность процесса, что также способствует получению известкового молока повышенного качества [И].
На основании проведенных исследований предложен способ [8] активации известкового молока путем гашения извести ЭХА раствором КаС1. Методика получения раствора предусматривает растворение в воде МаС1 в количестве 0,005-0,0098% к массе извести и обработку полученного раствора в диафрагменном электролизере с нерастворимыми электродами, позволяющем отдельно получать анолитную и католитную фракции. Для гашения извести применяют анолитную фракцию с pH 5-7 (рис. 3).
Применение известкового молока, приготовленного гашением извести ЭХА раствором N80, для очистки диффузионного сока способствует повышению чистоты сока II сатурации на 1,6-1,9% и снижению его цветности на 0,03-0,055 Б/100% СВ по сравнению с гашением извести неактивированным раствором №С1 [8, 11, 12].
В современной сахарной, как и в других отраслях пищевой промышленности, остаются резервы, при грамотном использовании которых предприятие может поднять эффективность производства и получать дополнительную прибыль. Таковыми , в частности, являются снижение потерь массы сырья и его сахаристости
ШСІ
Вода
Мешалка
Диафрагменныи
электролизер
ч
11*1 \Х
Негашеная
известь
Кат о лит
Пар Известегасильный аппарат
/-----------:-----
/
Известковое молоко на очистку от примесей н дефекацию
•• У- ■ ' Рис. 3 - - ' ■ ;
при хранении, увеличение выхода товарного сахара, сокращение расхода вспомогательных материалов, ускорение производственных процессов, повышение качества готовой продукции и др. Используя только традиционную технику и технологию раскрыть эти резервы с наибольшей отдачей очень трудно.
В настоящей статье мы постарались показать эффективность и доступность применения электротехнологий, в частности процесса электрохимической активации, для совершенствования сахарного производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шевченко В.Е. Электроактивированные водные растворы и их свойства // Материалы докл. науч.-произв. конф. «Опыт и перспективы использования электроактивированных водных растворов в различных отрасдих хозяйственной деятельности» / Экспоцентр ВГАУ. - Воронеж, 2002. - С. 3-7.
2. Зайцев И.Д., Креч Э.И. Применение и познание временно активированной воды // Хим. пром-стъ. - 1989. - № 4. - С. 44-47.
3. Обработка сахарной свеклы элекгроактивированной жидкой системой / В.В. Спичак, Б.В. Зайчиков, Н.М. Сапронов и др. // Сахарная пром-сть. - 1987. - № 3. - С. 44-47.
4. Пат. 2183097 С1 РФ, МНК7 А 23 Ь 1/214, 1/308, С 13 С 3/00. Способ получения пищевого волокна из свекловичного жома / В. А. Лосева, Т.В. Санина, И.В. Квитко, Ю.А. Борсяков,- Опубл. в Б.И.-2002. -№ 16.
5. Заявка (положит, решение о выдаче пат. РФ) 2002121197/13, МГ1К7 С 13 О 1/08. Способ получения диффузионного сока / В.А. Лосева, И.В. Квитко, А.А. Ефремов и др.
6. Заявка (положит, решение о выдаче пат. РФ) 2002101260/13, МПК7 С 13 Б 3/00. Способ прогрессивной преддефекации диффузионного сока / В.А. Лосева, И.В. Квитко.
7. Заявка (положит, решение о выдаче пат. РФ) 2002118870/13, МПК7 С 13 Б 3/02. Способ дефекации сахарсодержащего раствора /
В.А. Лосева, И.В, Квитко, А.А. Ефремов и др.
8. Пат. 2186114 С1 РФ, МПК7 С 13 О 3/02. Способ получения известкового молока для очистки сахарсодержащих растворов / В.А. Лосева, И.С. Наумченко, А.А. Ефремов идр. - Опубл. в Б.И. -2002. -№21.
9. Бугаенко И.Ф. Пищевые волокна из свекловичного жома // Сахарная пром-сть. - 1993. - № 3. - С. 28-29.
С* .VI £ТН
ГЛ.
|
і
ЗН.Г
нм ■:тъ п угі
/Ц
МЕ
Ш-1
пл:
і (к; г:-; ні
■ш<
шэ|
г.р
ад
Ш
ук.;
К?
Ьй
и (1)1 С7
■■Iі
ил..
ЯМ!
.'.10
э
Г
Г» 4,2003
шшй
гг
олоко
римссей
но
ра, со-, уско-! каче-тради-ервы с
гь эф-гехно-[акти-водст-
'воры и ' И пер-ггворов юцентр
нно ак* 17.
кидкой
Сйлар“
С 3/00. 1/В.А. I Б.И.-
197/13, / В. А.
260/13,
}>фузи-
870/13, гвора /
ния из-/ В.А. 2002. -
сома //
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 2003
51
,10. Иванов С.З., Лепешкин И.П. Очерки по истории техники отечественного сахарного ПрбиЗВодегё'а. - М.: Пи!ц‘еЯромиздат, 1955. .306 с.
11 Лосева В.А., Наумченко И.О., Ефремов А.А., Квитко И.В.
Совершенствование технологии очистки соков сахарного производства за счет повышения реакционной способности известкового молока / Воронеж, гос. технол. академия. - 22 с. - Деп. в ВИНИТИ 23.05.2002.-№913-В2002.
12. Лосева В.А., Наумченко И.С., Ефремов А.А. Известь: производство и применение в сахарной промышленности (монография) / Воронежская гос. технол. академия. - Воронеж, 2003. - 224 с.
Кафедра технологии сахаристых веществ Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств
Поступили, 15.01.03 г.
663.88.635.24.002.237.004.14
; “ СБРАЖИВАЕМЫЙ НАПИТОК
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКСТРАКТА ТОПИНАМБУРА
Г.П. ШУВАЕВА, АЛО. ДЫМОВА, Л.В. АНТИПОВА
Воронежская государственная технологическая академия
Топинамбур (НеИап!кш шЬегаяи.чГ) зарекомендовал себя при производстве различных продуктов питания ввиду известных свойств [1, 2], обусловленных прежде всего уникальностью химического строения и связанными с ним особенностями биологического действия.
Основной углеводный компонент топинамбура -инулин стимулирует работу поджелудочной железы, применяется при лечении сахарного диабета, некоторые его производные обладают противоопухолевым действием, метут служить инъекционными препаратами для введения железа, а также противовоспалительным средством. Имеются данные об образовании комплексов инулина с Са, Ва, 8 г, что свидетельствует о его способности выводить ионы тяжелых металлов из организма [2].
Полисахарид инулин составляет до 40% массы сухих веществ и состоит из 34 остатков фруктозы и одной концевой молекулы глюкозы [3].
В топинамбуре содержатся свободные сахара: фруктоза, глюкоза, сахароза, олигосахариды; среди структурных элементов обнаружены пектиновые вещества, гемицеллюлоза, целлюлоза. Основная доля белков приходится на водо- и солерастворимые; идентифицированы 17 аминокислот, среди которых преобладают глютаминовая и аспарагиновая [3].
Целесообразно применение топинамбура в качестве основного сырья для производства спирта [4], пива [5]. Дрожжи, вырабатывающие инулазу, используют при производстве водки из топинамбура, что позволяет снизить рост бактерий и повысить выход спирта на 24% [6]. ... . ;,ц, . ,
Одна из проблем бродильной промышленности связана с созданием напитков тонизирующего и профилактического действия. Очевидно, что такие напитки, приготовленные на основе природных субстратов, имеют большую перспективу, так как без ограничений могут быть рекомендованы различным социальным, физиологическим и профессиональным группам населения, включая детей и людей с ослабленным здоровьем. ... .....
' Известно, что продукты гидролиза инулина (высо-кофруктозныё сиропы) используются в производстве кваса. Однако расходы на получение гидролизатов и значительные энергозатраты делают этот напиток достаточно дорогим.
Задача данной работы - исследовать возможности получения экстрактов из инсулинсодержащего сырья (топинамбура) и применения их в производстве напитка типа кваса.
В качестве объекта исследования использовали топинамбур различных сроков хранения, так как физико-химические показатели этой культуры существенно связаны с сезоном сбора урожая и сроками ее хранения [7].
Таблица 1
Показатели Содержание после хранения, мес
до 1 4-5 6-7
Инулин, % 12,01 9,40 9,04
Редуцирующие вещества (РВ), % 1,46 1,62 1,74
Общий азот, % 1,98 1,67 1,54
Клетчатка, % 0,80 0,78 0,80
Пектиновые вещества, % 3,05 2,98 2,87
pH 6,22 6.40 5,96
Сухие вещества, % 18,40 16,62 . 15,2
Аминный азот, % ! 1,46 1,44 1,44
Исследовали клубни топинамбура осеннего сбора: свежевыкопанные (октябрь) и хранившиеся в течение 7 мес (с октября по май) при температуре 4-9°С. Данные химического состава корнеплодов (табл. 1) показывают, что в свежевыкопанных образцах содержание инулина максимально, а в процессе хранения оно уменьшается на 12-20%. Доля моно- и олигосахаров (РВ), наоборот, на 11-19% возрастает, что, по-видимо-■ му, связано с частичным-расщеплением полисахарида под действием собственных ферментов растения в процессе хранения.
Очевидно, что хранение в течение ряда месяцев не снижает достоинств топинамбура как источника углеводов, что позволяет рекомендовать как свежывкопан-ные, так и хранившиеся корнеплоды для получения у г-
