Влияние температуры высушивания сахарной свекловицы на степень перехода из нее в сок несахарных веществ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Проф. С. В. ЛЕБЕДЕВ и Н. Г ЗАВЕ1 АЛОВ

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЫСУШИВАНИЯ — САХАРНОЙ СВЕКЛОВИЦЫ — НА СТЕПЕНЬ ПЕРЕХОДА ИЗ НЕЕ В СОК НЕСАХАРИСТЫХ ВЕЩЕСТВ

Проф. С. В. Лебедев и Н. Г. Забегалов

Влияние температуры высушивания сахарной свеклы на степень перехода из нее в сок несахаристых

веществ.

Переработка сушеной свеклы в сахарной промышленности в настоящее время приобретает все большее и большее значение, не только как идея, но и как осуществимая на практике возможность. В связи с этим особенно за последние годы появилось много работ видных теоретиков и практиков сахарного дела. Результатом этих исследований является выяснение нелого ряда вопросов, связанных с экономическими и техническими возможностями переработки сушеной свеклы. Так, устанавливались наиболее благоприятные температуры высушивания свекловичной стружки в отношении извлечения из нее сахара с минимальными его потерями; выявляется, в какой степени повышение температуры высушивания способствует караме-лизации и образованию инверта; известно также,'что при переработке сухой свекловичной стружки получаются соки более высокой доброкачественности, чем при переработке той же свеклы в сыром ее состоянии.

В связи с последним естественно возникает вопрос об очистительном значении высушивания свеклы в смысле влияния последнего на переход в диффузный сок различных видов несахаров. В указанном направлении литература пока еще не дала исчерпывающего ответа. В виду обширности указанного вопроса, в задачу настоящей работы было поставлено освещение только части его, а именно выяснение влияния процесса высушивания и его температур на степень перехода в дигестионный сок азотсодержащих веществ, имеющих в процессе сахарного производства значение вредных патокообразо-вателей, зольных элементов и пентозанов в условиях работы с высушенной стружкой.

Методика и техника постановки опытов сводятся к следующему: предварительно вычищенная и насухо вытертая свекла изрезалась ножем заводской свеклорезки и превращалась в желобчатую сгружху толщиною 3—4 м.м. Полученная стружка тщательно перемешивалась и из этой общей пробы отбирались: проба для определения сахара и азота и пять одинаковых по весу проб для высушивания их при различных температурах. В дальнейшем принимается, что все эти пробы по своему составу тождественны. Пробы размещались на металлических тарелках, по 300 грамм на каждой. Последние ставились на расположенные одна на другой пять полок сушильного электрического шкапа. Сушка велась током горячего воздуха. Каждой полке соответ-

ствовала своя вполне определенная постоянная температура. Так, одна проба высушивалась при 65°С, другая—при 75°С, третья—80°С, четвертая—85°С и пятая при 95—97°С. Эти температуры являются наименее угрожающими развитию процессов разрушения в высушиваемой свекле. В указанных условиях высушивание свеклы велось до веса не изменяющегося при данной температуре в течение одного часа. Таким образом, в результате высушивания получается пять проб сухой стружки—фракция I, II и т. д. Материалом для исследования послужили партия свеклы Барнаульского опытного поля (А) и партия свеклы Алейского района Барнаульского округа (Б). ' Условия и результаты высушивания представлены в нижеследующей таблице I.

ТАБЛИЦА 1.

№№ фракции высушенной свеклы

Условия высушивании

Результаты высушивания

Ьй

^ се Н о

Я *

«0 И-1

О.

н н о

I 5

ч г

I"

±Г Л С са

3 о

и £

(О со

В

са со

Г) л ^ а « 3 к

5 - >->2 У з ^ |

¡г & — ^

~ й СО «в

5 >» си

5 о- к и

3 н Ч

о е( С5

(*5 « X 1 1 £ и э*

са 2 1 3 сэ СО

к; 1 — X

ё — ГЗ С_ О- 1 .П , ^ о _ сс л

С : О а. ч

СО а> «

о ас <и Я 5 | С 1 X 1 <у Г "Л 2 О сз ^ о

1 >> ^ >> о

н <1)

>5 о о >> и СС Й

а

сз

а.

и

5Х 03

М

О ^

о

<и ьГ 03 о 2

« О

X и

О 02 СО

о -

О £

а 5

£-5

с. а.

о з с о

: ] . . . 1 . | 65 14 900 1 1 706 1 78,5 1 194 21,5

; II . . . ! 75- 13 710 78,9 | 190 21,1

А ; III . . . [ 80 11 707 78,6 193 21,4

! IV . . . : 85 У ! 1 ^ 1 711 79,0 189 21,0

V . . .; 97 . 6 1 1 " 715 79,5 185 20,5

1 I . . - 1 65 1 14 641 71,2 259 28.8

II . . 75 : 13 ! . 645 71,6 255 28,4

1> III . . 80 1 11 1 1 640 71,1 260 28,9

1 IV . . 1 85 ' 9 1 640 71,7 260 2Я,9

1 V 1 97 1 1 1 6 1 1 " 636 1 1 70,6 264 29,4

К характеристике исходного материала необходимо отметить» что партия свеклы А по содержанию в ней воды богаче, чем партия свеклы Б. Это было принято во внимание при пересчете навесок сухой стружки на сырое вещество свеклы в дальнейшем. Каждая фрак ция сухой стружки хранилась в отдельной банке с притертой-пробкой.

Сущность методики исследования состояла в следующем: сахар определялся, как в сырой, так и соответственной ей в сухой свекле методом водной горячей дигестии при температуре 85°С и продолжительности в 45 минут; поляризация в трубках 400 м.м. Эти условия дигетирования, как известно (см. работу „О динамике

высушивания сахарной свеклы" - С. В. Лебедев и Н. Г. Забегалов I т. трудов ЦИНС'а) являются хорошими в смысле максимальною извлечения сахара из сухой свеклы. При всех определениях сахар навеска вещества соответствовала нормальной—26 граммам. Для су хой стружки навески уменьшались для каждой фракции свеклы со гласно с процентом удаленной воды и в пересчете на сырое веще ство свеклы были эквивалентны нормальной навеске.

При определении различных форм азота навеска во всех случаях соответствовала 20 гр. сырого вещества свеклы.

Общий азот определялся по методу Киельдаля, белковый по Бернштейну и амидный и аммиачный по Шульце. Зола определялась в сухой стружке отдельных фракций и выпаренных на водяной бане соках из них путем сжигания в муфеле, с предварительным медленным обугливанием при слабом нагревании. Навески соответствовали количествам около 1,5 граммам сухого вещества свеклы. Определения золы касались только партии Б. В отношении метода исследования пентозанов скажем далее.

А теперь переходим к изложению результатов работы и обратимся сначала к характеристике взятой для исследования сырой свеклы.

В таблице 2 дается сводка результатов исследования сырой свеллы. Азот в стружке и дигестионных соках из нее показан в процентах по весу сырого вещества свеклы (графы 4. 6, 9, 11), графы 5, 7, 10, 12 показывают, сколько переходит различных форм азота в ди-гестионный сок в процентах от общего азота стружки; в графе 8 указано сколько переходит в ди гест ионный сок белкового азота в процентах от его общего содержания в стружке; в графе 3 представлены результаты определения сахара (см. таблицу 2).

ТАБЛИЦА 2.

-О

со и

ж а.

стЗ

С

Исследу-

емый

материал

Азот и

X

V О)

а «=:

о *

а- &

г- ю

С— о

Общим

о о.

-а и

X

Й Ч со * э-

О ^

о сс

11 СО

н

03 о

Ь И

н

а —

= О

сс о

5 £

с 2

ее

О)

Э н 5 с. * с

^ С

I— и л

Стружка

диг. сок Стружка диг. сок

по весу сырого вещества свеклы кмкопыи | у//..;;;у у.Вредный

X ж н

о

л-

-Д

а: 1> _ С2

СС о

О о

а.

о С

-

н8

о

Я С\

* £ о О-

о £ о ^

а-» со

¡П О

° е-

з "

'1/

0- Н

Р-. ГО

1— РЗ

10

О 5 —

« 3

о

3

О?

* К

и Си . С

12,04 0,29 .... 0,12

0Л7 58,6 0,03

18,03 0 30 — о,п

0,22 72,1 0,03

10.0 ! 24,7

8,9

23,6

0,02 0 02 0,03 0,03

100 100

11

з:

с *

Си

и ^ о л о

И —<

о

.-о оэ «С л

12

0,15 0,12 0,15 0,16

При анализе результатов исследования сухой свеклы мы коснемся и данных, изложенных в таблице 2. Остановимся на основной части нашей работы, а именно исследовании фракций сухой свеклы и соков из нее. Результаты наблюдения в отношении азотосодержащих веществ сводятся к таблицам №№ 3, 4, 5.

В таблицах 3 и 4 (стр. 5 и 6) представлены данные определений общего, белкового, амидного и аммиачного азота и вредного азота, при чем последний взят как разность между общим азотом, с одной стороны и суммой между белковым, амидным и аммиачным—с другой. Таблица 3 соответствует партии свеклы А, таблица 4 — партии свеклы Б. Графы 3, 5, 7, 9, 11 показывают содержание различных форм азота в сухой стружке и дигестионных соках из нее отдельных фракций в процентах от веса сырого вещества стружки; графы 4, 6, 8, 10, 12 выражают в процентах содержание всех видов азота в стружке и дигестионных соках от общего содержания азота стружки, принятого за 100 процентов.

В таблице 5 дано процентное содержание белкового азота в дигестионном соке из сухой свеклы от общего его содержания в стружке принятого за 100 процентов.

ТАБЛИЦА 5.

Процентное содержание белкового азота в дигестионном соке из сухой стружки от общего его содержания в стружке, принятого за

100 процентов.

Партии свеклы

Фракции свеклы и температуры высушиваний

1—65°С

'29.2 21,5

11—1Ж

20,8 23,5

III—80°С 1У-85°С V—97°С

18,8 17,8 23,8

23,3 22 Д 23,4

Рассматривая данные вышеприведенных таблиц, мы можем сделать следующее заключение. Для всех фракций высушенной свеклы, как для партии свеклы А, так и Б,—количества общего азота в сухой стружке остаются почти постоянными, если не принимать во внимание результатов приведенн. в таблице соответствующих фракциям IV и V. Здесь наблюдается как бы некоторое уменьшение общего азота в стружке в связи с повышением температуры высушивания. Но это видимое уменьшение скорее обусловливается возможной неоднородностью сырого материала. Говорить, что высушивание может влиять на уменьшение общего азота—нет оснований.

В отношении перехода из сухой стружки в дигестионный сок общего азота, влияние температур высушивания сказывается, а именно: процент обшего азота в дигестионном соке от общего его содержания в стружке, принятого за 100 процентов оказывается наименьшим для фракций свеклы, сушившихся при 75 и 80°С (см. таблицу 3) и для фракций, сушившихся при 80, 85°С (см. табл. 4).

Это обстоятельство находится в непосредственной связи с тем, как относятся к высушиванию свекловичной стружки белковые азо-

ТАБЛИЦА 3.

Процентное содержание азотистых веществ в сухой свекле и дигестионных соках из нее в пересчете

на ¡00 частей сырого вещества свеклы.

Партия А.

Форма

азота

Исследуемый

материал

1—65"

Общий азог

Белковыи азот

Амидный и аммиачный

азот

Вредный азот

Стружка Дигеет. сок

1В

X со

0/290 0,228

Стружка....... | 0,123

Дигест. сок . . . . | 0,036

Стружка.......! 0,031

Дигест. сок..... | 0,025

Стружка

Дигест. сок

0.136

0.167

О о О X о

н

о

л

Н

О. О

С О

о

3

^ ТО

го

сс "

£ £ -

т ^ 'л

< = X

№№ фракций и температуры высушивания свеклы в ОС

V I

11—75° III—80" IV -85»

со ь-

и о

У з

со и

со = р

и о О с.

< б

о.2«8

78,0 0,218

42,4 1 0,118 12,4 | 0,024

10,6 !

8,6 ( -

-

46,8

57,5

. п ,

О О = о

О X сьоч

<-> С о

о 2 -2

~ 3

- 5 3 Я

г * й ^

V—97°

(С г? —< ■

X о с О г~ _ X \о О —

н с X а.-- < н О X Ои н о X С.«.

и о с о ' и О С о о = о

> о и с = _ о и - о о 1/ н —

V 1> о о ГЗ 3 '

V (—■ п с: ! и: го ■ X о н ё; •х. го У н о го Г" ~ •X го

с гг и о <Т, ■V О „ о

р 2 X - X о X р X — с г" X х х с

Г" О X

I— с X. V < и. • X н Азот С. ■2 о о О с з: < С. 3 х О V н о : ГО < и 0111 О Ж X X

0,293

75,7 | 0.222 75,7

40,9 I 0,154 8,3 | 0,029

1

I 0,023 0,019

Г)/,/

9,8

0,279 0,220

п,157 0.027

78,8

56,6 9.7

7.8 6.4

0,116 39,5

0,174

59,4

0,270 0,200

0,130 0,030

0,02 0,02

74,8

-19.2 11,2

6,3 5,6

0.138

51,1

0,150 ! 55,5

со

£ о ё

н Ё да

>

а» ю 2 8 2 * 2 2 У*

И Т я

£ г

Л £С

а

г х

ас

О

03 О*

4 »

П

я

9 б

П

ГО «<

г» *

со

о

о я

П

п

а>

2 *

со

П 3 X

•е*

о •п

о

о о

СЛ ю О 'ел

о о

о о

со со

00 О:

о о

О

ю ю о>

со

о о

<£> о> оз

^ со

Сл 4^

СЛ "ю

Со КЗ

О 1 о о ; Р О

о о "I—. ю

со , 1 о > со

00 ——

оо ^СЛ ^СО

- 1

1 1 1 4-

1 1 Vе0 «и 1

"ю 1 Сл 1

о о

4^ СЛ Сп о

СЛ

О О

О о

СО СО

^ "оо

о о о

«О (О

СО

3>

о о

го со

о ~

ОО N3

а> ос со

— го о

"го со

о о о О О О

"_1. "_. "о "о о

Оо ю Со Со ю ю

со СО о

Сл

СЛ со 00 СГ;

О О

О) СО

ю

Сл 4— СЛ СЛ

V) "С—

¿о Ъ> "ю

о о

о о

СО со

ю *о

'со ^Ь

о 1>Э

■■£> 4-

00 о

о о о

ю ю

СО со

4*.

О

со ^

О О кэ со со 00 ^ ^ СО

о о

ю ъо

ю со

4^

Азот по весу сырого вещества свеклы

Азот в % от общего азота исходной свеклы, принятого за 100%

Азот гто весу сырого вещества свеклы

Азот в % от общего азота исходной свеклы, принятого за 100%

Азот по весу сырого вещества свеклы

Азот в % от общего азота исходной свеклы, принятого за 100%

Азот по весу сырого вещества свеклы

Азот в % от общего азота исходной свеклы, принятого за 100%

Азот по весу сырого вещества свеклы

Азот в % от общего азота исходной свеклы, принятого за 100%

%

£

-е-•о

О

Сч>

О

съ гъ

•ч»

а

с*

тистые вещества, находящиеся в ней. Разрешение этого вопроса и являлось главной задачей данной работы. Наиболее важным для этого вопроса является момент влияния температур высушивания свекловичной стружки на степень перехода в дигестионный сок белковых азотистых веществ. Из рассмотрения данных таблиц 3 и 4 видно, что в процентном отношении к общему азоту стружки количество белковых веществ, переходящих в дигестионный сок, оказывается меньшим для фракций свеклы, сушившихся при температурах 75, 80, 85°С для партии А и для фракций свеклы — температур — 80, 85°С — для партии В.

Для фракций свеклы, сушившихся ниже 75°, процент белковых веществ переходящих в дигестионный сок, от общего азота стружки по отношению к последующим температурным фракциям оказывается повышенным для партии свеклы А и пониженным для партии В, что повидимому находится в связи с некоторыми индивидуальными чертами исследуемых партий свеклы. Для фракций же свеклы (см. табл. 3 и 4), сушившихся при температуре 1Л С оказывается, что процент белковых веществ от общего азота стружки, переходящий в дигестионный сок, всегда повышен.

То же самое наглядно можно видеть из рассмотрения данных таблицы 5, об'яснение которой дано выше. В пределах температур от 65е до 85СС. при которых сушились соответствующие фракции, процент белковых веществ по отношению к общему содержанию их в стружке, переходящих в дигестионный сок, с повышением температуры уменьшается. Но для фракций свеклы, сушившихся при 97°С наступает резкий скачек—в дигестионный сок переходит в этих условиях больше белковых веществ чем в предыдущих условиях. Об'яс-нить причину этого, пожалуй, было бы трудно, если не принимать во внимание то положение, что с постепенностью процесса обезвоживания стружки при высоких температурах создаются относительно благоприятные условия для гидролиза белков.

Касаясь передвижения других форм азота, заметим, что в отношении влияния температур высушивания на переход в дигестионный сок из сухой стружки амидного и аммиачного азота сделать какие-либо выводы не представляется возможным.

Наконец, отметим, что в отношении азотосодержащих веществ процесс высушивания влияет в смысле эффекта очистки соков, несколько повышая его сравнительно с сырой стружкой. Так (см, табл. 2) из сырой стружки в дигестионный сок переходит от ^3,6 до 24,7 проц. белковых веществ от их общего содержания в стружке, тогда как в тех же условиях, но уже из сухой стружки той же свеклы, высушенной при темперетуре 75% 80—85"С в дигестионный сок переходит от 22,1 до 23,5 и от 17.8 до 20,3 (см. табл. 5).

Остановимся кратко на влиянии температуры высушивания свеклы на степень перехода из сухой стружки в сок зольных веществ. Данные приведены в нижеследующей таблице 7. Зола показана в процентах по весу сухого вещества, как в стружке, так и в соках из нее, соответственно высушенным температурным фракциям. Из рассмотрения приведенных данных выясняется, что фракция свеклы, сушившаяся при температуре 85СС находится в более благоприятных условиях в отношении очистки сока от неорганических составных частей свеклы, чем другие фракции. Это совершенно согласуется

и с тем, что для этой фракции получается и меньший процент белковых веществ в дигестионном соке. Последнее обусловливает известную задержку золы в массах стружки и поэтому часть золы не подвергается ди тестированию.

ТАБЛИЦА 6.

фракции Температуры I иысушива-| ния свеклы | в °С 1 Содержание золы в %% по весу сухого вещества Стружка Дигестионн. сок Перешло золы в дигестионн. сок в % от веса золы стружки

I II III IV V . . . 65 75 80 85 97 3,4 3.6 3,9 3.7 3.4 2,4 2.9 2.9 2.4 2.5 70.6 80,5 71.7 64.8 73,5

Остается еще сказать о влиянии высушивания свеклы и темпе-турных условий сушки на степень извлечения при дигестионном способе получения сахара веществ определяемых при обычных анализах понятием так называемых „пентозанов", под чем в данном случае подразумевается совокупность безазотистых экстративных веществ свеклы, дающих при кипячении с соляной кислотой фурфурол. Продуктами гидролиза таких веществ, входящих в состав сахарной свеклы, являются также вредные патокообразователи. Следовательно, постановка вопроса, указанного выше, вполне естественна и если уменьшение перехода „пентозанов" свеклы в сока из высушенной стружки имеет место, то это было бы благоприятным фактором для сушеной свеклы при очистке получаемых из нее соков. Указанная часть работы выполнена С. В. Лебедевым и С. Н. Лоскутовой со свеклой, уже охарактеризованной выше, при соблюдении тех же условий высушивания свеклы и дигетирования, какие были приняты при выяснении вопросов, относящихся к азотосодержащим веществам той же сахарной свеклы. Пентозаны определялись, как в сырой, так и в сухой свекле по методу Толленса.

Результаты опытов сведены в таблице 7, где показаны процентные содержания пентозанов в сырой свекле и той-же сухой, а также в их дигестионных соках; в последних графах приводятся данные о переходе пентозанов в дигестионный сок в процентах от общего количества их и уменьшение перехода в сок пентозанов в процентах от общего количества их в свекле.

При составлении результатов анализа сырой и высушенной стружки и соответственных дигестионных соков выявляется, что степень извлечения пентозанов при дигестии из высушенной свекловичной стружки меньше, чем при дигестии из сырой стружки.

ТАБЛИЦА 7.

фракций свеклы

II .

III ,

IV

V

63—68 73-77 80--83 85—00 92—97

Температура высушивания в градусах С

Содержание некто- ' Содержание пентозанов эанов в сырой и высу- ■ дигестионного сока из шенной стружке 1 сырой и высушенной

по весу сырой стружки

Сырая стружка

К-1

Высушенная стружка

1.37 1,-15 1,36 1.П

1.38

стружке в % % но весу сырой стружки

Сырая стружка

0.21

Высушенная стружка

",12 0,1(1 0,13 0.1'^ 0.12

Количество пентозанов ■ Уменьшение перешедших в дигести- ! перехода онный сок в % -о от общего количества пентозанов в свекле

Сырая стружка

16,11

Высушенная стружка

9,00 11,81 9.42 1 1,41 8.77

в сок пентозанов в % % от

общего количества их в свекле

7.27 4,46 »'.,85

4,83 7,50

I .

II

III .

IV

V .

63-68 73 78 80-83 85-90 92—97

.72

1.69 1,77

1.70 1,74 1,79

0,27

0,16 <722 0,19 0,20 1.19

14,72

9,72 12.98 11,35 11,30 11,40

•V *

1,71

3.37

3.42

3,28

Подводя итог вышеизложенному, приходим к следующим выводам:

1. Процесс высушивания свекловичной стружки и его температуры влияют на степень перехода в сок азотсодержащих веществ в сторону их уменьшения.

2. Наиболее благоприятными температурами для этого являются температуры сушки свеклы в пределах (от 75 до 85°С) как раз тех температур, которые в то же время способствуют и наибольшей степени извлечения сахара из сухой свеклы.

3. Значение указанных температур высушивания в смысле поднятия эффекта очистки соков состоит в непосредственной связи с коагулированием белков под влиянием той или иной степени нагревания.

4. Температура высушивания свекловичной стружки в 85°С благоприятствует также и уменьшению степени перехода из сухой стружки в дигестионный сок зольных элементов.

5. Высушивание свекловичной стружки оказывает влияние на степень извлечения пектиновых веществ (пентозанов), точнее говоря производных пентозанов, уменьшая содержание последних в диге-стионном соке.

Все сказанное выше дает основание для общего вывода о том, что высушивание свекловичной стружки, в целях переработки ее в сахарной промышленности является целесообразным со стороны повышения эффекта очистки соков от несахаристых веществ. Численные значения эффекта очистки соков сушеной свеклы очевидно, могут колебаться в зависимости от индивидуальных особенностей исследуемой сушеной сахарной свеклы.

Гор. ТОМСК.

Лаборатория Питательных Веществ Сибирского Технологического Института.