CC BY
108
УДК 664.1.035.1
ВЛИЯНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ НА КОЭФФИЦИЕНТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ САХАРОЗЫ
Н.Г. Кульнева, доктор техн. наук, М.В. Журавлев, аспирант ФГБОУ ВПО «Воронежский
государственный университет
инженерных технологий»
ngkulneva@yandex.ru
Традиционные методы экстрагирования Extraction of не обеспечивают требуемой величины извлечения сахарозы из свекловичной стружки. Для совершенствования процесса целесообразно применять дополнительные методы обработки стружки, в том числе теплофизические с использованием различных теплоносителей. Важнейшим критерием оценки эффективности экстракционного процесса является величина
коэффициента молекулярной диффузии D, м2/с. Предложен способ проведения экстрагирования сахарозы из свеклы с предварительным ошпариванием
образцов свеклы и использованием растворов различных солей в качестве реагентов. Экспериментально
установлено положительное влияние термохимической обработки
свекловичной стружки на молекулярный коэффициент диффузии сахарозы. Ключевые слова: свеклосахарное производство, экстрагирование
сахарозы, молекулярный коэффициент диффузии сахарозы
UDC 664.1.035.1
THE EFFECT OF THE COMBINED TREATMENT OF BEET SHAVINGS ON MOLECULAR DIFFUSION INDEX OF SUCROSE
Kulneva N.G., Zhuravlev M.V. FSEMI HPE VSUET
sucrose from sugar beet cossettes. To improve the process it is advisable to apply additional methods of processing cossettes, including thermal methods using various heat carriers (coolants). Thermal pre-treatment of sugar beet cossettes allows to increase the active extraction, to increase the degree of extraction of sucrose and to reduce the loss of sugar in the pulp, to increase productivity of the diffusion device. ^e most important criteria for evaluating the effectiveness of the extraction process is the molecular diffusion index D, m2 / s. We propose the method of extraction of sucrose from beet with preliminary scalding of beet samples and using solutions of various salts as extractants. The positive effect of heat treatment on the molecular diffusion index of sucrose from beet was experimentally found out.
Keywords: beet-sugar manufacture, extraction of sucrose, molecular diffusion index
Свеклосахарное производство является стратегической отраслью пищевой промышленности, перерабатывающей значительные объемы сахарной свеклы [1].
Классический способ экстрагирования сахарозы из свеклы не обеспечивает максимальной величины ее извлечения (более 98 %), а также сопровождается рядом проблем - высокие потери сахарозы в отжатом жоме и при термическом разложении на станции экстрагирования [2]. Кроме того, в диффузионный аппарат поступает стружка, имеющая низкую исходную температуру, что снижает эффективность диффузионного процесса.
Для совершенствования процесса экстрагирования целесообразно применять дополнительные методы обработки свекловичной стружки перед извлечением из нее сахара, в том числе теплофизические, основанные на использовании различных теплоносителей. В качестве теплоносителей можно использовать горячий воздух, водяной пар и дополнительно подогретый диффузионный сок [3]. Предварительная тепловая обработка свекловичной стружки позволяет увеличить время активного экстрагирования, повысить степень извлечения из нее сахарозы и снизить потери сахара в жоме, увеличить производительность диффузионной установки.
По своей сущности экстрагирование сахарозы является сложным процессом, при котором скорость массопередачи связана с механизмом переноса распределяемого вещества в фазах, между которыми происходит массообмен [4]. Наибольшее влияние на массообмен оказывает молекулярная диффузия.
Критерием для оценки эффективности экстракционного процесса является величина коэффициента молекулярной диффузии. Значения данного коэффициента являются функцией свойств распределяемого вещества, среды, через которую оно диффундирует, температуры и давления [5]. С увеличением размера частиц его величина пропорционально уменьшается, а с повышением температуры увеличивается кинетическая энергия молекул, скорость их движения и уменьшается вязкость взаимодействующих фаз, что способствует более быстрому протеканию массообменного процесса экстрагирования.
Одним из значимых факторов, оказывающих влияние на коэффициент диффузии, является степень денатурации свекловичной ткани: с ее увеличением возрастает величина Э, и процесс экстрагирования протекает эффективнее. Степень денатурации протоплазмы клеток зависит от температуры процесса, продолжительности теплового воздействия на стружку, природы экстрагента и концентрации сахарозы.
Обработка свекловичной стружки паром является технологическим приемом, способствующим повышению эффективности процесса экстрагирования и ускорению извлечения сахарозы из стружки [6]. Проведены исследования по влиянию режимов применяемого теплового воздействия на свекловичную стружку на качественные показатели диффузионного и очищенного соков, а также на молекулярный коэффициент диффузии Э. Исследования проводили в соответствии с методикой [7].
о
Согласно методике образцы сахарной свеклы диаметром 25*10 м
о
и толщиной 7*10"° м подвергали ошпариванию продолжительностью 0, 30, 60, 90 и 120 с, помещали в лабораторную установку, добавляли экстрагент при температуре 72 °С, осуществляли процесс экстрагирования. По истечении времени экстрагирования отделяли экстракт, термостатировали его при температуре 20 оС и анализировали
(табл. 1). В результате исследования установлено, что максимальное значение коэффициента диффузии достигается при продолжительности ошпаривания 60 с.
Таблица 1. - Влияние продолжительности ошпаривания образцов
свеклы на величину молекулярного коэффиц иента д 1иффуз ии
Продолжительность ошпаривания, с 0 30 60 90 120
Массовая доля сахарозы в экстрагенте, % 2,35 3,25 3,4 3,25 2,3
Дигестия свеклы, % 17 17 17 17 17
Отношение среднеобъемных концентраций сахарозы, Сэк / Ссв х10-2 14 19 20 19 13,5
Толщина образцов, Lx1 о-3 м 7 7 7 7 7
Поправочный коэффициент, К*10 , м2/с 2 2 2 2 2
Величина D'х10-2 21,5 24 28 24 11
Искомый коэффициент диффузии, D хю-10, м2/с 42 43 48 43 22
Интенсивная тепловая обработка свекловичной стружки различными теплоносителями оказывает общее положительное влияние на процесс экстракции сахарозы. На основании исследований установлено, что применение воды для тепловой обработки свекловичной стружки не позволяет достичь оптимальной денатурации белков свекловичной ткани. Это приводит к местным перегревам свекловичной стружки, ухудшает проницаемость ее пор и в целом снижает эффективность процесса экстрагирования. Целесообразным является совмещенное термохимическое воздействие на свекловичную стружку, что позволяет добиться упрочнения свекловичной ткани при экстрагировании и ускорения извлечения сахарозы из нее.
Изучено влияние обработки свекловичной стружки горячими жидкими реагентами на молекулярный коэффициент диффузии D. В качестве реагентов использовали водные растворы сульфата алюминия Al2(SO4), сульфата кальция Са(SO)4 и сульфата аммония
(NH4)2SO4
Образцы сахарной свеклы заданного размера ополаскивали и прогревали в течение 20 мин, помещали в лабораторную установку, добавляли нагретый экстрагент. В качестве экстрагентов использовали водные растворы предлагаемых нами солей. Для сравнения проводили экстрагирование с применением конденсата (рис 1.).
Рис.1. Влияние различных экстрагентов на коэффициент диффузии сахарозы: 1 - типовая диффузия; 2 - с Са804; 3 - с А!2(804)з; 4 - с (NN4)2804
Полученные результаты свидетельствуют, что максимальное значение коэффициента диффузии достигается при использовании в качестве экстрагента раствора сульфата аммония.
Проведены исследования по изучению влияния продолжительности контакта раствора ^Н4)2804, используемого в качестве экстрагента, на коэффициент Э. Подготовленные образцы сахарной свеклы подвергали предварительной обработке раствором предлагаемой соли с длительностью контакта 0, 10, 20, 30 и 60 с, после чего помещали в лабораторную установку для экстрагирования (рис 2.)
Рис 2. Влияние продолжительности контакта с реагентом на величину коэффициента диффузии
Полученные данные свидетельствуют, что оптимальная продолжительность контакта образцов свеклы и реагента составляет 30 с.
В результате проведенного исследования установлено положительное влияние комбинированной обработки на молекулярный коэффициент диффузии сахарозы из свеклы. Выявлено, что тепловая обработка свеклы растворами предлагаемых солей приводит к равномерному прогреванию свекловичной ткани и денатурации белков, повышает коэффициент диффузии сахарозы из свекловичной ткани.
Максимальное значение коэффициента диффузии достигается при использовании в качестве реагента раствора сульфата аммония
(NH4)2S04.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Кухар, Н. С. Предварительная тепловая обработка свекловичной стружки [Текст] / Н. С. Кухар, А.А. Липец, В.М. Лысянский. // Сахарная промышленность: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1974. - 28 с.
2. Сапронов, А.Р. Технология сахарного производства. 2-е изд., исправл. и доп. [Текст] - М.: Колос, 1999. - 495 с.
3. Решетова, Р.С. Подготовка свекловичной стружки к экстракции сахарозы [Текст] / Р.С. Решетова, О.Ю. Кондратова. - Сахар, 2007. - № 3. - С. 28-29.
4. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебное пособие 13-е изд. [Текст] - М. : ООО ИД Альянс., 2006. - 753 с.
5. Гулый, И.С. Физико-химические процессы сахарного производства [Текст] / И.С. Гулый, В.М. Лысянский, Л.П. Рева. - М.: Агропромиздат, 1987. - 264 с.
6. Лысянский, В. М. Экстрагирование в пищевой промышленности [Текст] / В. М. Лысянский, С.М. Гребенюк. - М.: Агропромиздат, 1987. - 188 с.
7. Пат. №1270698, RU, A1 4 G 01 N 33/00. Способ определения коэффициента диффузии сахарозы в сахарной свекле [Текст] / Кармаев В.Н., Корниенко Т.С. № 2000132175/13; Заявлено 24.05.1984. Опубл. 15.11.1986, Бюл. № 42.
