CC BY
38УДК 664.12
Технологические вспомогательные средства в производстве сахара: от локальных технологий применения к интегрированным
Л.И. БЕЛЯЕВА, канд. техн. наук, доцент
В.Н. ЛАБУЗОВА, А.В. ОСТАПЕНКО, Е.М. СКРИПКО
ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт сахарной промышленности», г. Курск
В производстве сахара технологические вспомогательные средства (ТВС) являются значимым инструментом интенсификации технологических процессов, в связи с чем рынок ТВС динамично развивается, мотивируя сахарные заводы к активному их применению, однако результативность и последствия применения средств требуют более глубокого изучения.
Анализ эволюции использования ТВС в отечественной технологии свекловичного сахара [1] позволяет выделить следующие современные тенденции. Основная масса ТВС зарубежного производства. Большинство из них обладают высоким технологическим эффектом и пролонгированным действием при минимизации расхода, при этом распространение получают узконаправленные препараты внутри каждой функциональной группы и многофункциональные комплексные препараты, сочетающие в себе
композиции действующих веществ разных функциональных групп. Целевое применение каждого средства технологически и экономически оправданно; имеется локальная технология его применения, позволяющая автоматически вести процесс приготовления и дозирования препарата в зависимости от параметров технологического процесса и качества обрабатываемых полуфабрикатов; правила работы закреплены в научно-технической документации (технологических инструкциях, методических рекомендациях и др.). Безопасность ТВС регулируется Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств»: контроль содержания остаточных количеств в готовой и побочной продукции ведётся, как правило, по установленному изготовителем сред-
О и 2» было отмечено статистически достоверное увеличение выработки предприятием сахара на 4—6 т в сутки по сравнению с аналогичной по производительности и качеству свёклы в доиспытательный период.
Выводы. Новый ассортимент ферментно-антисептирующих препаратов «Декстрасепт 1 и 2» является эффективным средством для комплексной борьбы с микрофлорой слизистого бактериоза на свеклосахарных предприятиях.
Именно комплексное и одновременное применение этих препаратов, разноплановое действие которых направленно на обеспложивание микрофлоры слизистого бактериоза, деструкцию декстра-на и других коллоидных веществ, обеспечивает симбатное повышение эффективности уничтожения
№ 3 • 2017 САХАР 23 -
микрофлоры в целом и, следовательно, способствует повышению выхода сахара и улучшению его потребительских качеств.
Список литературы 1. Сапронов, А.Р. Технология сахарного производства / А.Р. Сапронов. - М. : Колос, 1999. - 494 с.
2. Шлегель, Г. Общая микробиология / Г. Шлегель. — М. : Мир, 1972. - 476 с.
3. Сотников, В.А. Миграционный профиль слизистого бактериоза на свеклосахарных предприятиях / В.А. Сотников, А.В. Сотников // Сахар. — 2016. — № 6. - С. 34—39.
Аннотация. В статье представлены данные об особенностях микробиологического поражения свеклосахарных предприятий слизистым бактериозом в сезон 2016 г. В целях эффективной борьбы с этой инфекцией апробирован и рекомендован комплексный антисептирующий препарат «Декстрасепт 1 и 2», эффективно уничтожающий лейконосток и декстрановые слизи. Ключевые слова: диффузионный сок, жомопрессовая вода, Leuconostoc mesenteroides, декстран, коллоидные вещества, антисептирующие препараты, декстраназа.
Summary. The article presents data on the peculiarities of microbiological defeat of sugar beet enterprises with mucous bacteriosis in the season of 2016. In order to effectively combat this infection, a complex antiseptic drug «Dextrasept 1 and 2» effectively destroying leuconostoc and dextran mucus was tested and recommended. Keywords: diffusion juice, pulp-press water, Leuconostoc mesenteroides, dextran, colloidal substances, antiseptic drugs, dextranase.
МАКРОМЕР
им. B.C. ЛЕБЕДЕВА
ства расходу, необходимому для достижения технологического эффекта, поскольку стандартизованные методики определения действующих веществ в белом сахаре, жоме, мелассе в основном отсутствуют.
Изготовителями и потребителями эффективность и безопасность каждого средства рассматривается только с точки зрения достижения узкой технологической цели локального участка их применения. В то же время, с точки зрения функционирования единого технологического потока производства сахара, важен общий конечный результат — получение максимального выхода и высокого качества сахара при наименьших ресурсозатратах. Между тем в условиях многовариативности использования ТВС совместное их применение в технологическом потоке может привести к различного рода последствиям, таким как: взаимодействие ТВС между собой в виде антагонизма; нивелирование заявленного технологического эффекта; возможность отрицательного действия на пищевую систему, качество протекания технологических процессов; возможность попадания остаточных количеств действующего вещества средства в сахар, жом и мелассу, несущее риск для здоровья людей и животных.
Таким образом, локальные технологии ТВС в производстве сахара применяются без знаний о взаимосвязи между собой и влиянии на эффективность функционирования всего технологического потока, поэтому для встраивания локальных технологий каждого средства в технологический поток предлагается использовать принципы интеграции.
В настоящее время интеграционные процессы выступают одним из основных направлений развития разных сфер деятельности человека: политики, экономики, образования, информатики. Преимущества интегрированных формирований в этих сферах в сравнении с использованием нескольких самостоятельных, параллельно действующих отдельно взятых структурных единиц, очевидны: автономное образование направлено на достижение частной конкретной цели; интегрированное — увязывает в единое целое взаимодействующие и взаимоувязанные процессы, устраняет разобщённость, противоречие, обеспечивает согласованность и направлено на эффективное достижение общей цели; при интегрировании срабатывает эффект синергии, выражающийся в том, что результат от согласованных действий всегда выше, чем арифметическая сумма отдельно достигнутых результатов [2]. То есть в процессе создания интегрированных образований на основе синергетического эффекта образуется качественно новое, более результативное формирование. Так, интегрированные структуры в свеклосахарном подкомплексе АПК дают ряд преимуществ в развитии системности, стабильности и эффективности его
функционирования. Они способствуют снижению издержек при производстве и переработке сахарной свёклы, мотивации производителей к организации новых производств, внедрению инновационных технологий, освоению современного оборудования; всё это в целом обеспечивает увеличение прибыльности компаний [3].
В производстве сахара технологический поток представляет собой сложную взаимосвязанную систему, функционирующую по законам системного развития — когда изменения в одной подсистеме согласованы с изменением системы в целом [4]. Поэтому локальную технологию каждого применяемого средства следует рассматривать системно, с позиций всего сложного технологического потока, осуществляя интегрирование в него. В результате образуется система интегрированных технологий применения ТВС как совокупность локальных технологий, ориентированных на повышение стабильности функционирования технологического потока. Такая система открывает новый уровень использования ТВС: даёт возможность повысить эффективность единого технологического процесса производства сахара, увеличить выход и качество готовой продукции, снизить ресурсозатраты при обеспечении защиты здоровья человека и окружающей среды.
Для формирования такой системы необходимы новые знания, вытекающие из результатов научных исследований по широкому спектру направлений: разработка новых специальных ТВС; изучение поведения средств в пищевых системах сахарного производства, взаимосвязи их функциональных действий с выявлением синергизма или антагонизма; исследование совокупного влияния ТВС на качество протекания технологических процессов, в которых они непосредственно используются, опосредованного влияния на другие процессы, изменение состава полуфабрикатов, побочной и готовой продукции; изучение миграции действующих веществ по технологическому потоку; разработка методик определения действующих веществ в сахаре, жоме и мелассе и т.д. Ряд представленных направлений получил развитие с пополнением портфеля новых знаний, в частности разработаны исходные требования к указанной системе [5].
Одним из требований является систематизация терминологии, поскольку в настоящее время термин «интегрированная технология применения ТВС в производстве сахара» не сформулирован. Анализ определений, относящихся к интегрированным формированиям, свидетельствует о том, что каждая сфера имеет своё трактование этого термина, полагая, что оно представляет собой совокупность отдельных структурных единиц, соединённых в общее целое, направленное на достижение объединённых целей. При
24 САХАР № 3 • 2017
ЯО ЩЕЛКОВО
ЫУ агрохим
российский аргумент защиты
Лучший сради
этом интегрирование предполагает использование различных методов: организационных, технических, технологических, экономических, информационных для получения синергетического эффекта, который выступает в качестве катализатора интеграции. Тогда сущностные признаки формулируемого термина должны включать в себя такие аспекты: создаваемая новая технология применения ТВС базируется на локальных, которые интегрируются в сложный технологический поток сахарного производства и должны быть направлены на его эффективное и стабильное функционирование. В основе интегрированной технологии должен присутствовать синергетический эффект совокупного действия ТВС различных функциональных групп, который в случае проявления антагонистического эффекта должен быть минимизирован или устранён путём применения инновационных решений технологического или технического характера, выступающих как интеграционные. В результате сформулировано определение термина: «интегрированная технология применения технологического вспомогательного средства в производстве сахара — локальная технология конкретного средства, базирующаяся на создании эффекта синергизма и минимизации или нивелировании эффекта антагонизма совокупного действия с другими средствами на основе использования интеграционных решений и ориентированная на повышение эффективности функционирования единого технологического потока при обеспечении безопасности готовой продукции (сахара, мелассы, жома) и экологичности производства».
Другим исходным требованием к указанной системе является собственно интеграция локальных технологий применения ТВС с технологическим потоком производства сахара. Методические аспекты формирования интегрированной технологии применения ТВС включают в себя: рассмотрение существующих локальных технологий на основе декомпозиции технологического потока производства сахара с выделением участков совместного действия конкретных ТВС при их одновременном применении и выявление результата взаимодействия между ними в виде антагонизма или синергизма путём оценки совокупного влияния ТВС на качество протекания технологических процессов в зависимости от уровня выполнения технологической задачи и состояния в них пищевой системы [6]; глубинный
анализ причин проявления антагонистического эффекта и предложение вариантов интеграционных решений для его нивелирования.
Рассмотрим с точки зрения соответствия требованиям интегрированной технологии применения ТВС в производстве сахара локальные технологии ТВС пяти функциональных групп, а именно: антимикробные средства, пеногасители, флокулянты, антинаки-пины, поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Итоговый результат проведённых нами исследований с использованием вышеуказанных методических подходов выражен в виде карты результативности локальных технологий ТВС, приведённой на рисунке. На карте технологический поток производства сахара обозначен в виде четырёх укрупнённых технологических процессов — экстрагирование сахарозы из свекловичной стружки, очистка диффузионного сока, сгущение очищенного сока, кристаллизация сахарозы, в которых применяются ТВС вышеуказанных функциональных групп; отмечены места целенаправленного применения ТВС с указанием проявляемых ими индивидуальных технологических эффектов, пути миграции остаточных количеств средств и выявленных итогов взаимодействия в виде синергети-ческого, антагонистического или индифферентного эффектов.
Как видно, локальные технологии применения антимикробного средства и пеногасителя на этапе экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки в совокупности более эффективно выполняют свои функциональные задачи: подавление развития микроорганизмов и снижение пенообразования, что является следствием их синергетического взаимодействия [1]. В результате на данном этапе имеет место устойчивое состояние пищевой системы к
Карта результативности применения локальных технологий ТВС
в производстве свекловичного сахара
Технологический процесс Функциональная группа технологического вспомогательного средства
Антимикробное средство Пенога-ситель Флоку-лянт Антина-кипин ПАВ
Эстрагирование сахарозы из свекловичной стружки О с О }
Очистка диффузионного сока О О
Сгущение очищенного сока
Кристаллизация сахарозы
□ — целенаправленное применение; О — синергетический эффект;
Щ — действие остаточных количеств; О — индифферентный эффект;
О — индивидуальный технологический эффект; ф — антагонистический эффект
№ 3 • 2017 САХАР 25
МАКРОМЕР
им. В.С. ЛЕБЕДЕВА
микробиальной заражённости и пенообразованию, способствующее высокому качеству протекания процесса, что в итоге выражается в максимальной доле извлечения сахарозы из свекловичной стружки. Пролонгированное совместное положительное действие указанных ТВС создаёт благоприятные условия для качественного протекания последующих технологических процессов известково-углекис-лотной очистки диффузионного сока, способствуя повышению общего эффекта удаления несахаров и получению полуфабрикатов с высокими технологическими показателями [1]. В результате отмечается повышение эффективности функционирования единого технологического потока, что позволяет отнести эти локальные технологии к интегрированным.
В локальных технологиях применения пеногасите-ля и флокулянта в процессе преддефекации на этапе очистки диффузионного сока отмечается проявление их индивидуальных технологических эффектов: снижение пенообразования и укрупнение коллоидных частиц при формировании осадка несахаров. Однако ТВС указанных функциональных групп не взаимодействуют между собой, их совокупное действие характеризуется как индифферентное, т.е. между ними отсутствуют эффекты синергизма-антагонизма, оно не проявляется также по отношению к целому технологическому потоку. Иными словами, технологии данных ТВС не могут считаться интегрированными, а для их преобразования в интегрированные необходимо создание условий для проявления синергетиче-ского эффекта.
Локальная технология антинакипина применяется на участке технологического потока сгущения очищенного сока, где отмечен индивидуальный технологический эффект антинакипина, но мигрирующие в пищевую систему процесса с этапа очистки диффузионного сока остаточные количества флоку-лянта, как показали исследования [7], вызывают его ослабление. Следовательно, в данном случае имеет место антагонистический эффект, выраженный в снижении устойчивости пищевой системы к накипе-образованию, влекущем отложение микрокристаллов накипи на поверхности нагрева выпарных аппаратов. Следовательно, локальная технология антинакипина не может считаться интегрированной из-за антагонистического эффекта с флокулянтом.
Локальная технология ПАВ применяется на участке технологического потока получения утфеля I кристаллизации. Однако антинакипин, выполнив своё функциональное назначение в процессе сгущения сока, поступает в составе сиропа на фильтрование, где в качестве фильтрующих перегородок используются ткани с диаметром пор 100-200 мкм, позволяющих удалить с осадком около 70% введённого реагента,
а до 30% его мигрирует уже в составе фильтрованного сиропа в пищевую систему процесса кристаллизации сахарозы. По данным исследований [8], такое количество антинакипина на этапе образования и наращивания кристаллов сахарозы вызывает ослабление индивидуального технологического эффекта ПАВ. Антинакипин, удерживая соли кальция в диспергированном виде в межкристальном растворе утфеля I, ухудшает его реологические свойства, обусловливает формирование неустойчивого состояния пищевой системы, снижает скорость кристаллизации сахарозы, т.е. выступает антагонистом ПАВ. В результате имеет место снижение качества готовой продукции — повышение содержания солей кальция в сахаре и мелассе, поэтому локальная технология ПАВ не может считаться интегрированной из-за антагонистического эффекта с антинакипином.
Таким образом, из рассмотренных локальных технологий только технологии применения антимикробного средства и пеногасителя можно отнести к интегрированным; остальные для интегрирования в технологический поток должны быть преобразованы на основе создания условий, способствующих проявлению синергетического эффекта, минимизации или исключения антагонистического эффекта путём реализации соответствующих интеграционных технических или технологических решений. При этом под техническим интеграционным решением понимается новое или существующее устройство, конструктивный элемент, оборудование, способ, процесс, реализация которых приводит к изменению условий взаимодействия ТВС, в том числе, например, к снижению доли мигрирующего ТВС на последующий этап технологического потока, где отмечается совокупное действие с другим ТВС, и обеспечивает исключение (нивелирование) между ними антагонистического эффекта или проявление синергетиче-ского взаимодействия между ТВС при совместном их применении на данном участке технологического потока. Сущность технологического интеграционного решения заключается в совершенствовании известных технологических процессов, в которых присутствует совокупное действие ТВС, путём изменения режима, введения каких-либо приёмов для создания между ТВС синергии или устранения (минимизации) антагонизма.
Так, для преобразования локальной технологии ПАВ в интегрированную следует исключить или минимизировать проявления антагонистического действия антинакипина по отношению к ПАВ, что можно выполнить, устранив или сведя до минимума поступления антинакипина на этап уваривания утфеля I кристаллизации. Это может быть достигнуто путём применения интеграционных технических или технологических решений, обеспечивающих
26 САХАР № 3 • 2017
ЯО ЩЕЛКОВО
ЫУ агрохим
российский аргумент защиты
Лучший сради
максимальное удаление взвешенных солей кальция из сиропа, а с ними — и структурно связанного анти-накипина. В качестве такого интеграционного технического решения может выступать фильтрационное оборудование современной конструкции, мембранные, мешочные, гидроциклонные фильтры, или их комбинации; в качестве технологического — изменение режима фильтрования сиропа на существующем оборудовании путём образования намывного слоя фильтрующих материалов типа кизельгура, фильтро-перлита, позволяющего организовать диаметр пор менее 50 мкм.
Аналогичным образом могут быть преобразованы в интегрированные и другие локальные технологии рассмотренных функциональных групп ТВС на основе изменения точек их ввода в процессе предде-фекации для пеногасителя и флокулянта, удаления остаточных количеств флокулянта перед поступлением сока на выпарную установку для антинакипи-на и др.
Таким образом, в настоящее время в технологии свекловичного сахара используется множество локальных технологий ТВС различных функциональных групп, демонстрирующих высокий уровень выполнения частной технологической задачи; при этом, однако, в условиях технологического потока в ряде случаев проявляется их антагонистическое действие, что ставит задачу интегрирования локальных технологий. Для её решения предложены методические подходы, являющиеся инструментом повышения эффективности и результативности функционирования технологической линии производства сахара в целом.
Список литературы
1. Беляева, Л.И. Технологические вспомогательные средства в производстве сахара: эволюция применения [Текст] / Л.И. Беляева [и др.] // Сахар. — 2015. — № 11. - С. 39-43.
2. Храмова, Е.А. Синергетический эффект в интегрированных формированиях [Текст] / Е.А. Храмова // Экономические науки. — 2011. — № 3 (76). — С. 331—334.
3. Лаптев, В.Н. Подходы к совершенствованию интегрированных производственных систем сахарного подкомплекса АПК [Текст] / В.Н. Лаптев, Д.Ю. Жмурко // Научный журнал КубГАУ. — 2008. — № 39 (5). — С. 1—8.
4. Егорова, М.И. Эффективность функционирования свеклосахарного производства: системный анализ [Текст] / М.И. Егорова, Н.П. Епифанова // Совершенствование технологий и оборудования пищевых производств: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. Минск, 2-3 октября 2007 г. — Минск, 2007.
5. Беляева, Л.И. Значение технологических средств в процессах свеклосахарного производства [Текст] / Л.И. Беляева, В.Н. Лабузова, А.В. Остапенко // Сахар. - 2012. - № 10. - С. 30-32.
6. Беляева, Л.И. Методические подходы к оценке совокупного действия технологических средств в производстве сахара [Текст] / Л.И. Беляева, В.Н. Лабузова, А.В. Остапенко // Продовольственная безопасность и научное обеспечение развития отечественной индустрии конкурентоспособных пищевых ингредиентов: материалы Междунар. науч.-практ. конф. / ФГБНУ ВНИИПД. - СПб., 2015. - С. 29-31.
7. Гроссман, Д. Состав, образование, удаление и предупреждение накипи в выпарных аппаратах и теплообменниках сахарных заводов [Текст] / Д. Гроссман // Сахар и свёкла. - 2014. - № 1. - С. 20-26.
8. Беляева, Л.И. Оценка совокупного действия ан-тинакипина и ПАВ в производстве сахара [Текст] / Л.И. Беляева, В.Н. Лабузова, А.В. Остапенко // Инновационные технологии в пищевой промышленности: материалы XV Междунар. науч.-практ. конф. 5-6 октября 2016 г. - Минск : ИВЦ Минфина, 2016. - С. 74-77.
Аннотация. Показаны современные тенденции применения технологических вспомогательных средств в отечественном свеклосахарном производстве. Отмечена необходимость встраивания локальных технологий каждого средства в технологический поток на принципах интеграции. Предложены методические подходы формирования интегрированных технологий применения технологических вспомогательных средств с позиции соответствия требованиям интегрированной технологии. Рассмотрены локальные технологии технологических вспомогательных средств функциональных групп антимикробные средства, пеногасители, флокулянты, антинакипины, поверхностно-активные вещества. Показаны пути интегрирования их локальных технологий в технологический поток производства свекловичного сахара.
Ключевые слова: свеклосахарное производство, технологический поток, технологическое вспомогательное средство, функциональная группа, локальная технология, интегрированная технология, синергизм, антагонизм, интеграционное решение.
Summary. The modern trends of technological processing aids application in domestic sugar beet production are shown. The necessity to imbed local technologies of each tool into the technological flow on the principles of integration was noted. Methodical approaches of the formation of integrated technologies, the technological processing aids application in terms of compliance with the requirements of integrated technology are proposed. Local technologies of technological processing aids of functional groups are considered: antimicrobial agents, antifoaming agents, flocculants, descalers, surface-active agents. The ways of integrating their local technologies into the technological flow of beet sugar production are shown. Keywords: sugar beet production, technological flow, technological processing aid, functional group, local technology, integrated technology, synergism, antagonism, integrative solution.
№ 3 • 2017 САХАР 27
