ТЕХНОЛОГІЯ ЗБЕРІГАННЯ ТА ПЕРЕРОБКИ ПРОДУКЦІЇ РОСЛИННИЦТВА

Електронний посібник

Головна

Теоретичні відомості

Список використаних джерел

Тести

Укладачі

РОЗДІЛ 10

ЗБЕРІГАННЯ ТА ПЕРЕРОБКА КОРЕНЕПЛОДІВ ЦУКРОВИХ БУРЯКІВ

10.1. Зберігання коренеплодів цукрових буряків

10.1.1. З історії розвитку цукробурякового виробництва

Цукровий порошок виробляли в ІІІ–IV ст. н. е. в Давній Індії (на батьківщині цукрової тростини). Після завоювання Індії Олександром Македонським солодка тростина стала відома європейцям. Відтоді її почали поширювати на узбережжі Середземного моря, були навіть намагання акліматизувати її в Європі. Потім на 300 – 400 років про неї забули, аж поки наприкінці XV ст. Колумб відкрив Новий Світ – Америку. Він завіз тростину на Кубу, звідки вона поширилась на обох американських материках.

Через деякий час англійські, польські та португальські підприємці починають виробляти тростинний цукор і завозити його до Європи. Водночас у Європі почали будувати заводи з переробки тростини, а цукор вживати не лише як ліки, а як продукт харчування. Проте в XVI – XVII ст. цукор був дуже дорогим через великі транспортні витрати. Тому його споживали тільки багаті люди. Монополістом у виробництві цукру була Англія, через те європейці стали шукати іншу сировину. Проблему почали вирішувати у XVIII ст. У 1747 р. у Франції Наполеон був ініціатором впровадження шкіл, які готували спеціалістів для цукробурякового виробництва. Перший цукрозавод в Україні побудовано в с. Макошин на Чернігівщині у 1824 р., а вже через 11 років їх було 67. Нині в Україні діє 86 цукрових заводів, які переробляють майже 20 млн т коренеплодів, до 90-х років переробляли 50 млн т на 190 заводах.

10.1.2. Особливості хімічного складу коренеплодів та зміни

його під час зберігання

Середній хімічний склад коренеплодів цукрових буряків можна охарактеризувати такими даними:

Сахароза (С₁₂Н₂₂О₁₁) є основною складовою частиною сухих речовин цукрових буряків. Вміст її у свіжозібраних коренеплодах найчастіше коливається в межах 16 – 20 %.

Відомо, що в різних частинах коренеплоду міститься неоднакова кількість цукру (рис. 56). Це пояснюється неоднаковими фізіологічними функціями, які виконують різні групи клітин кореня. У вертикальному напрямі максимальна кількість цукру міститься в середній частині коренеплоду (18–19 %), особливо на межі кореня і шийки (19–20 %). Менше цукру в головці (14–15 %) і хвостику буряка (15 %). У горизонтальному напрямі (поперечний перетин) найменше цукру в центрі кореня і частинах, які прилягають до покривних тканин.

Крім сахарози, в цукрових буряках є моноцукри – глюкоза і фруктоза. У свіжих здорових коренеплодах кількість їх становить 0,04–0,1 %, а за несприятливих умов зберігання коренеплодів вміст моноцукрів може збільшуватися за рахунок зменшення вмісту сахарози.

Під дією ферментів та органічних кислот сахароза у водних розчинах гідролізується і розщеплюється на глюкозу та фруктозу. Цей процес називають інверсією, а утворюваний продукт – інвертним цукром. За виробництва цукру підвищений вміст цих речовин у буряках небажаний, тому що це утруднює кристалізацію сахарози і спричинює втрати її в патоці.

Рис. 45. Розподіл сахарози в зонах коренеплоду цукрового буряку

На зміну кількості інвертного цукру істотно впливають умови зберігання коренеплодів. Висока температура, ураження мікроорганізмами, заморожування і наступне розморожування, різка зміна температури в кагатах сприяють нагромадженню інвертного цукру, який не кристалізується.

Половина всіх нерозчинних речовин (м’якоті), або 2,4–2,5 % від маси коренеплоду, припадає на пектинові речовини. Порівняно з целюлозою (клітковиною) і геміцелюлозою – це менш стійкі компоненти м’якоті. Вони сполучаються з целюлозою, утворюючи так званий протопектин. Під час нагрівання, а також у розчині кислоти або лугу він розщеплюється на нерозчинну целюлозу та розчинний у воді гідратопектин.

У буряковому виробництві пектинові речовини гідролізуються з утворенням галактуронової кислоти, метилового спирту та інших речовин. Пектини буряків дуже чутливі до дії лугів. Галактуронова кислота утворює з Са(ОН)₂ драглистий осад, що утруднює фільтрування бурякового соку. Пектин бубнявіє у воді і збільшує в’язкість розчинів, утруднюючи дифузію соку.

Особливо небажані явища спостерігаються під час переробки буряків, уражених грибними захворюваннями. У цьому разі ферменти, що виділяються мікроорганізмами, гідролізують протопектин, збільшуючи кількість розчинного пектину. Під час переробки підгнилих буряків у процесі дифузії виділяються значні кількості пектинових речовин, які переходять у сік, що різко знижує його якість. Крім того, наявність їх у соку призводить до закупорювання шпарин фільтрів, що утруднює фільтрацію.

Вміст азотистих органічних речовин у цукрових буряках становить 1,1–1,2 % (азотисті речовини соку та азотисті речовини м’якоті). Серед них переважають білки (близько 0,7 %). Під час нагрівання соку білки коагулюють і здебільшого видаляються. До складу небілкових азотистих речовин входять аміди та аміачні сполуки (0,15 %), амінокислоти (0,2 %), бетаїн (0,15 %) та ін.

У цукробуряковому виробництві частина азотистих речовин (амінокислоти й органічні основи, переважно бетаїн) вважаються шкідливими. Від цих форм азотистих речовин у процесі виробництва цукру сік звільнити неможливо, тому вони проходять разом з цукром до останніх фаз технологічного процесу, потрапляючи в патоку і збільшують втрати цукру кристалічно. Загальна кількість шкідливих азотистих сполук становить у коренеплодах близько 0,4 %.

Вміст шкідливого азоту в соку може значно змінюватися залежно від умов вегетації і зберігання цукрових буряків. Так, в умовах посушливого клімату цей вміст збільшується, знижуючи якість соку. Надмірне удобрення азотними добривами за нестачі фосфорного живлення створює умови для більш інтенсивного нагромадження в коренеплодах шкідливого азоту. У пошкоджених і вражених мікроорганізмами буряках вміст його різко зростає.

Особливо різкі зміни в складі азотистих речовин спостерігаються у заморожених, а потім відталих буряках. У цьому разі кількість білкового азоту зменшується на 40–50 % від початкової і відповідно збільшується вміст шкідливого в період довгострокового зберігання коренеплодів.

Після збирання та під час зберігання в коренеплодах цукрових буряків продовжуються життєві процеси. Так, після відокремлення листків під час збирання пластичні речовини поповнюються. Водночас процеси розпаду цукру в корені не припиняються і, під впливом нових умов, різко посилюються. Замість безперервного надходження води до кореня, спостерігаються втрати її, які спричинюють підв’ялювання буряків. Це, у свою чергу, призводить до посилення дихання, отже, до збільшення втрат цукру. Внаслідок випаровування вологи порушується тургор коренеплодів. Прямим наслідком втрати води є коагуляція колоїдів, тобто руйнування структури протоплазми, за якої знижується опірність коренеплодів до бактеріальних захворювань і посилюється гідролітична діяльність ферментів.

Тривале в’янення може призвести до незворотних процесів у клітинах та їх відмирання (табл. 10.1). Втрати вологи коренеплодами залежать від температури зовнішнього повітря, його відносної вологості, якості укриття, ступеня стиглості, розміру коренеплодів.

Таблиця 10.1

Вплив ступеня підв’ялювання коренеплодів на зміну їх якості, %

Ступінь підв’ялювання буряків	Після 60 днів зберігання
	втрати цукру	кількість коренеплодів, уражених гниллю
Свіжі	1,25	–
Прив’ялені на, %:
7	3,43	37,2
13	6,14	55,1
17	7,13	65,8

Серед процесів, що відбуваються в коренеплодах буряків під час зберігання, винятково важлива роль як за біологічним значенням, так і за розміром втрат цукру, що спричинені ними, належить диханню. Під дією ферменту інвертази сахароза розпадається на глюкозу і фруктозу, дисиміляція яких відбувається за загальновідомим рівнянням аеробного або анаеробного дихання. Інтенсивність дихання залежить переважно від температури, складу газового середовища в кагаті, ступеня в’янення або підморожування, механічних пошкоджень коренеплодів та ін.

За підвищення температури буряків, які зберігаються, на 10 ⁰С втрати цукру на дихання збільшуються в 2,5–3,0 рази. За даними проф. П. М. Силіна, середньодобові втрати цукру на дихання коренеплодів залежно від температури становлять (табл. 10.2):

Таблиця 10.2

Середньодобові втрати цукру на дихання коренеплодів

Температура, ºС	0	3	5	7	10	12
Втрати цукру, %	0,0061	0,007	0,0079	0,0093	0,0130	0,0192

За тривалого зберігання коренеплодів цукрових буряків втрати цукру внаслідок дихання є значними. Так, за середньодобової втрати цукру 0,012 % за весь період зберігання втрачається 1,8 % цукру відносно маси буряків, тобто приблизно 10 % усього цукру, який міститься в коренеплодах.

Інтенсивність дихання механічно пошкоджених коренеплодів підвищується в 2–3 рази порівняно зі здоровими. Академіки О.І. Опарін і О.І. Купленська встановили, що в розрізаних коренеплодах кількість виділюваного СО₂ на 1 кг буряків за годину в першу добу підвищується з 35 до 50 мг, а в наступну – до 70 мг. Підв’ялювання коренеплодів також призводить до посилення дихання, отже, і до додаткових втрат цукру. Є дані про те, що середньодобова втрата цукру на дихання у в’ялих буряків майже в 4 рази більша, ніж у свіжих.

Внаслідок діяльності різних мікроорганізмів у коренеплодах цукрових буряків відбуваються процеси, які також призводять до значних втрат цукру. На викопаних коренеплодах досить багато мікроорганізмів (гриби, бактерії), які за сприятливих для їх розвитку умов стають причиною різних захворювань.

Грибні й бактеріальні захворювання частіше спостерігаються у механічно пошкоджених, підв’ялених або відталих після замерзання коренеплодів. Здорові, свіжі коренеплоди добре зберігаються і майже не піддаються ураженню мікроорганізмами.

Грибні захворювання буряків частіше спостерігаються восени. Цьому сприяє висока вологість повітря за ще досить високої температури. Бактеріальна мікрофлора найактивніше розвивається у весняний період, коли опірність буряків після тривалого зберігання слабшає. Одним з найбільш активних і поширених збудників кагатної гнилі під час зберігання буряків є гриб Botrytis cinerea. Небезпечним збудником цього захворювання є також гриб Phoma betae.

Для того, щоб запобігти розвитку мікробіологічних процесів, отже, знизити втрати цукру в період зберігання цукрових буряків, потрібно: а) уберегти коренеплоди від механічних пошкоджень (поранень і биття) та в’янення; б) запобігати заморожуванню і швидкому розморожуванню буряків; в) забезпечувати оптимальну температуру зберігання (1–3 ⁰С); своєчасно видаляти теплоту, яка нагромаджується в процесі дихання коренеплодів, провітрюванням або активним вентилюванням; г) видаляти надмірну поверхневу вологу з маси буряків; д) створювати лужну реакцію середовища обробкою коренеплодів вапном; е) старанно сортувати буряки для видалення уражених або пошкоджених з маси здорових коренеплодів, які закладають на тривале зберігання; є) видаляти різні домішки (гичку, бур’яни тощо).

10.1.3. Способи зберігання коренеплодів цукрових буряків у свіжому вигляді

Коренеплоди буряків зберігають у польових умовах господарств і на бурякоприймальних пунктах цукрових заводів. У свіжому вигляді буряки зберігають в окремих буртах, які мають у поперечному перетині вигляд трапеції. Називають їх кагатами.

Господарства повинні прагнути виконувати всі роботи зі збирання і вивезення буряків у стислі й оптимальні строки. Викопані буряки в той же день слід відправляти на бурякоприймальні пункти цукрових заводів для закладання на зберігання або на переробку (в першу чергу некондиційних).

Проте часто через погану погоду, недостатню кількість автотранспорту і з інших причин певна кількість коренеплодів на деякий час залишається на зберігання в полі. Щоб запобігти втратам урожаю і зниженню якості сировини, господарства організовують короткострокове зберігання цукрових буряків у польових кагатах близько від доріг.

Майданчики, на яких обладнують польові кагати, повинні бути рівними, з невеликим нахилом для стікання води. До початку укладання буряків майданчики очищають від рослинних решток, утрамбовують і обробляють гашеним вапном-пушонкою з розрахунку 200 г/м². У польові кагати закладають тільки кондиційні буряки. Орієнтовані розміри кагатів такі: ширина основи – 6 м, висота – 1,5–1,75, ширина їх верхньої частини – 2,5–3,0, довжина – не менше 10 м.

У міру формування кагатів їх бічні сторони укривають вологим грунтом спочатку шаром 15–20 см, а потім, із зниженням температури повітря, товщину шару грунту збільшують до 40–50 см. Зверху кагати вкривають солом’яними або очеретяними матами. За нестачі матеріалів для укриття допускається укладання буряків у трикутні кагати таких розмірів: ширина біля основи – 3–4 м, висота – 1,5–1,75 і ширина верхньої частини всього 0,25 м. Такого типу кагати суцільно укривають тошим шаром грунту. Гребінь кагату укривають шаром грунту, тоншим, ніж біля основи.

Для зберігання коренеплодів на бурякоприймальних пунктах і на території цукрових заводів їх закладають у більші кагати, які розміщують на спеціально відведеному майданчику – кагатному полі. Розміри поля залежать від кількості буряків і висоти кагатів. На 1 га площі кагатного поля укладають від 50–60 до 150–240 тис. ц коренеплодів, залежно від наявності буртоукладачів, які можуть формувати кагати висотою від 4 до 9 м, періоду закладання (календарного).

Кагатне поле готують завчасно. Відведену під нього ділянку вирівнюють грейдером, потім орють з дворазовим боронуванням, старанно видаляють усі стерньові рослинні рештки, каміння і сторонні предмети. Після цього ділянку коткують важкими котками і дезінфікують вапном (2 т/га). За 2–3 дні до закладання буряків поле розбивають під кагати. Коренеплоди, призначені для тривалого зберігання, закладають звичайно після 1 жовтня. До цього часу температура повітря в основних бурякосійних районах відносно висока, що спричинює інтенсивне дихання закладених на зберігання буряків (дод. рис. 12).

Кагати для тривалого зберігання мають ширину біля основи 22–25 м, висоту 4 – 6 і ширину верхньої частини 6 – 8 м. Довжина кагатів може бути різною – від 50 до 100 м і більше. Розміри кагатів змінюють залежно від стану коренеплодів, наявності засобів механізації та установок для активного вентилювання. Коренеплоди для короткострокового зберігання закладають у кагати меншого розміру – з шириною біля основи 10 – 12 м і заввишки до 2 м.

Свіжі і здорові коренеплоди, які надходять на бурякоприймальні пункти, закладають у кагати для тривалого зберігання, трохи підв’ялені – у кагати для середніх строків зберігання, а коренеплоди в’ялі, підморожені, з механічними пошкодженнями – у кагати для короткострокового зберігання або відправляють на переробку.

Під час закладання в кагати здорові і не підв’ялені коренеплоди обробляють вапном. Поверхню кагату рясно обприскують рідким вапняним молоком (1,5 кг сухого вапна на відро води). У вологу погоду краще посипати буряки гашеним вапном з розрахунку 2 кг/т. У міру формування кагату, щоб запобігти нагріванню коренів сонячним промінням, їх накривають солом’яними або очеретяними матами. Щоб буряки охололи, на ніч мати з поверхні кагатів знімають. У хмарну погоду кагати не закривають і вдень.

Укривають кагати солом’яними або комишитовими матами з розрахунку 80 м² на 100 т укладених буряків. Останнім часом для вкривання кагатів застосовують щити і плити, виготовлені з комишиту, тирси, костриці, торфу та інших малотеплопровідних матеріалів. Такі щити можуть служити кілька років. Для вкривання і розкривання ними кагатів застосовують автомобільні крани.

Крім щитового або панельного, застосовують також накриття з поролону, пінопласту та інших синтетичних матеріалів. Для цього використовують піногенераторні установки, які перетворюють формальдегідну смолу в піну, розбризкуючи її на буряки в кагаті. Нанесений на кагат шар пінопласту твердіє, утворюючи суцільне покриття.

Інститут цукрової промисловості запропонував конструкцію рулонних панелей, які складаються з поліетиленової плівки-панчохи і термоізоляційної вкладки (костролляна рогожка, хвилястий картон, склополотно). Як показала виробнича перевірка, такий вид укриття придатний протягом 5 років (комишитові мати – протягом 1,5 року) і економічно вигідніші.

Істотне значення для зберігання коренеплодів має затримання їх проростання. Дослідження Інституту цукрової промисловості і перевірка у виробничих умовах показали, що обробка буряків натрієвою сіллю гідрозинмалеїнової кислоти (ГМК) під час закладання їх у кагати стримує проростання коренеплодів. Для цього застосовують водний розчин натрієвої солі ГМК (1 %-й), яким обприскують коренеплоди під час укладання їх у кагати. Витрата препарату – 0,04 кг / 0,02 кг діючої речовини на 1 т буряків. Обприскують коренеплоди спеціальними пристроєм, що має форсунки і змонтований на буртоукладальній машині.

Обробка буряків препаратом ГМК зменшує проростання коренів у 2 – 3 рази, втрати маси буряків – на 0,2 %.

Важливою умовою успішного зберігання коренеплодів є систематичний контроль за температурою в кагатах, що дає змогу своєчасно ліквідувати осередки гниття і самозігрівання. Оптимальна температура зберігання буряків становить 1–3 ⁰С. Для цього в кагатах установлюють ртутні термометри в дерев’яній оправі, а також дистанційні електричні термометри опору. На 3000 т буряків встановлюють один термометр, але не менше трьох на один кагат.

З появою окремих осередків самозігрівання загнилі корені негайно вибирають з кагату. Яму, що утворилася, заповнюють здоровими коренеплодами, які оброблено гашеним вапном. Треба стежити за тим, щоб температура в кагатах була не нижче 0 ⁰С, їх слід укрити додатково.

Середньодобові втрати цукру під час зберігання коренеплодів у свіжому вигляді не повинні перевищувати встановлених норм. Залежно від регіону вирощування цукрових буряків ці норми коливаються в межах 0,01–0,025 %. Для обліку змін у масі буряків і втрат цукру в період закладання в кожний кагат укладають 5–8 сіток, заповнених коренеплодами. Проби попередньо зважені і проаналізовані на вміст цукру в коренеплодах. Під кінець зберігання сітки з буряками зважують і аналізують. За різницею в масі проби буряків на початку і в кінці зберігання визначають втрату маси коренів, а за різницею у вмісті цукру – втрати його за період зберігання.

Широке запровадження засобів механізації під час перевезення і закладання на зберігання цукрових буряків, а також установок для активного вентилювання дало змогу збільшити розміри і висоту кагатів, особливо тривалого зберігання. Останнім часом на цукрових заводах застосовують механізоване укладання буряків у високі кагати за допомогою буртоукладальної машини “Комплекс-65”. Використовують також високопродуктивний фронтальний буртоукладач уніфікованого типу КФ-68 ЕЗБЗ продуктивністю близько 300 т буряків за годину під час розвантажування великовантажних автопоїздів і автомобілів (до 30 т). Таким буртоукладачем можна формувати кагати заввишки до 9 м. Дослідженнями М.З. Хелемського встановлено, що втрати цукру під час зберігання буряків у високих кагатах менші, ніж у низьких. Закладаючи буряки у високі кагати, можна ефективніше використати площу кагатного поля і зменшити кількість матеріалів для вкривання.

У високих кагатах взимку і навесні температурний режим зберігання сприятливіший, ніж у звичайних.

Найефективнішим способом зниження температури, особливо у високих кагатах, є активне вентилювання. Його доцільно застосовувати тоді, коли температура зовнішнього повітря нижча за температуру в кагатах не менш як на 3 ⁰С. За меншої різниці температур цей спосіб малоефективний.

Для активного вентилювання на кагатному полі (рис. 57) укладають повітроводи, заглиблюючи їх у землю або розміщуючи на її поверхні.

За поперечної схеми вентилювання повітроводи розміщують один від одного на відстані 1,4–1,6 висоти кагату.

Залежно від регіону вирощування і зберігання буряків рекомендують таку інтенсивність вентилювання кагатів: у центральних регіонах – 40 м³ повітря за годину на 1 т буряків, у південних – 50, у східних – 30 м³. Активне вентилювання проводять переважно в теплий осінній період, здебільшого вночі. За температури зовнішнього повітря нижче 0 °С вентилювання припиняють, бо воно може призвести до часткового підморожування буряків (дод. рис. 13).

За активного вентилювання буряків можна також запобігти розвитку мікробіологічних процесів або зменшити їх, подаючи з повітрям пари формаліну, сірчистого ангідриду та інших речовин. Щоб припинити розвиток мікробіологічних процесів, особливо в коренеплодах, які мають механічні пошкодження, рекомендовано під час закладання буряків у кагати обприскувати їх розчином фенольних сполук (пірокатехін, гідрохінон) з розрахунку 0,04 кг діючої речовини на 1 т буряків.

10.2. Основи технології переробки цукрових буряків

Сучасний великий цукровий завод переробляє за добу 25 – 50 тис. ц цукрових буряків і одержує 4 – 8 тис. ц готового цукру-піску. Виробництво цукру-піску з буряків за своєю основою є фізико-хімічним процесом. Сахарозу добувають з клітин коренеплодів дифузією, після чого завдяки хімічним і теплофізичним впливам цукор відокремлюється від нецукрів і перетворюється на чистий кристалічний продукт.

Переробляють цукрові буряки на заводі за такою технологічною схемою: 1) подача коренеплодів на завод; 2) миття коренеплодів; 3) зважування на автоматичних вагах; 4) подрібнення на стружку; 5) вироблення соку на дифузійних установках; 6) очищення соку; 7) згущення соку (випаровування); 8) уварювання сиропу до кристалізації цукру; 9) відокремлення кристалів цукру від патоки і відбілювання його; 10) сушіння цукру; 11) пакування цукру в мішки.

Подрібнення буряків і одержання соку. З кагатного поля буряки надходять у бурячну, яка є одним або кількома довгими наземними чи заглибленими у землю засіками. Місткість її розрахована на дводобову роботу заводу. У бурячну коренеплоди доставляють автомашинами, залізничними або гідравлічними саморозвантажувальними вагонами, гідроконвеєрами. Бурячні розвантажують струменем води, який подається гідрантами під тиском 2–3 атм. Вода змиває буряки в лоток гідравлічного конвеєра, яким вони подаються на переробку.

Під час транспортування буряків гідравлічними конвеєрами витрата води становить 5–7 ц на 1 ц коренеплодів. Для відокремлення від буряків сторонніх домішок (солома, гичка, каміння, пісок та ін.) на конвеєрі встановлюють різні пристрої (пастки).

Під час гідравлічного транспортування буряки частково відмиваються від землі. Повне їх відмивання і відокремлення сторонніх домішок відбуваються в бурякомийці, куди корені подаються підйомно-транспортними механізмами (шнек, піднімальне колесо, буряковий відцентровий насос).

Останнім часом на цукрових заводах застосовують ефективні бурякомийні машини: СМК-3М та струминну АЧ-ПМА-3,0 з продуктивністю кожної 30 тис. ц переробки буряків за добу. Вимиті корені надходять у буряковий елеватор, який піднімає їх на автоматичні ваги, розміщені над бурякорізками.

Для добування цукру коренеплоди цукрових буряків ріжуть на стружку. Дифузія сахарози відбувається повніше і швидше, якщо стружка має найбільшу поверхню на одиницю маси. Для цього коренеплоди ріжуть на спеціальних машинах (бурякорізках) у вигляді смужок лоткоподібної форми або пластинки прямокутного перетину. Стружку отримують завширшки 4 – 6 і завтовшки 0,7 – 1 мм, а пластинчасту – відповідно 2,5 – 3 і 1,2 – 1,5 мм.

Якщо коренеплоди були якісні (пружні, з добрим тургором) і бурякорізка встановлена правильно, утворюється така стружка, що 100 г її під час укладання в довжину в одну лінію займають не менше 24 м. При цьому не менше 45 – 50 % стружки має бути правильної форми, а браку і м’язги (товсті, короткі шматочки неправильної форми, шматочки завтовшки менше 0,5 мм) не більше 3 %.

На цукрових заводах застосовують бурякорізки трьох типів: дискові, відцентрові та барабанні.

Бурякова стружка надходить на грабельний або стрічковий елеватор, який подає її в дифузійний апарат. Цукор зі стружки вилучають гарячою водою на дифузійних апаратах безперервної дії або в дифузійних батареях. Оболонки клітин коренеплодів проникні для цукру та інших водорозчинних речовин, однак жива протоплазма клітин є напівпроникною і майже не пропускає цукор та інші розчинні у клітинному соку речовини. Тому відносно повно добути цукор дифузійним способом можна тільки після нагрівання стружки до 60 °С, коли відбудеться процес коагуляції білків протоплазми. При цьому білки перетворюються на окремі згустки, грудочки, між якими проходять цукор та інші водорозчинні речовини до стінок клітин і крізь них – у навколишній розчин.

Для успішного добування цукру і зменшення переходу нецукрів у дифузійний сік процес дифузії проводять швидко і за слабокислої реакції середовища (рН 5 – 6). У дифузійному соку міститься на 18 – 20 % менше нецукрів, ніж у клітинному, тобто доброякісність дифузійного соку вища, ніж клітинного.

На сучасних заводах у нашій країні широко застосовують різні типи дифузійних апаратів безперервної дії. Найбпоширеніші з них вертикальні колонні та похилі шнекові дифузійні апарати. У кожній з них стружка надходить безперервно, а назустріч їй рухається вода, за допомогою якої і відбувається знесолоджування стружки, яка попередньо ошпарюється гарячим соком для плазмолізу клітин у спеціальних ошпарювачах, які додаються до дифузійного апарата або розміщені в ньому.

Очищення дифузійного соку. Дифузійний сік – каламутна рідина, яка швидко темніє на повітрі. У ньому, крім цукру, містяться органічні й мінеральні нецукри, а також у замуленому стані дрібні частинки бурякової стружки. Сік має слабокислу реакцію (рН 6 – 6,5) і може пінитися.

Технологічна схема очищення дифузійного соку включає такі основні операції: 1) дефекація попередня і основна; 2) сатурація перша і друга; 3) фільтрація перша і друга; 4) сульфітація і контрольна фільтрація соку.

Підігрітий до температури 85–90 °С дифузійний сік у дефекторі двічі обробляють вапняним молоком у кількості,:

– 0,25 – 0,3 % від маси буряків – попередня дефекація і

– 2,0 – 2,25 % СаО – основна дефекація.

Під дією вапна білки й інші речовини, які містяться в дифузійному соку у вигляді великих міцел, коагулюють. Пояснюється це тим, що колоїдні частинки несуть певний електричний заряд, який можна нейтралізувати, ввівши у розчин електроліт з протилежним електричним зарядом. Колоїд, який втратив свій заряд, стає нестійким, переходить у нерозчинний стан і коагулює. Крім того, в процесі дефекації відбуваються реакції між нецукрами дифузійного соку та іонами Са2+ і ОН–. За наявності іону кальцію випадають в осад щавелева, лимонна і оксикислоти, утворюючи нерозчинні солі кальцію. Поряд з цим вапно осаджує фосфорну кислоту і в незначній кількості сірчану. Під впливом гідроксильних іонів (ОН–) відбуваються реакції осадження солей алюмінію, заліза і магнію у вигляді гідроокисів цих металів.

Тривалість процесу дефекації під час нагрівання соку до 80 – 90 °С становить 8 – 10 хв. Дефекацію соку здійснюють у спеціальних апаратах – дефекаторах безперервної дії.

Наступною операцією очищення соку є процес сатурації, який здійснюють у два прийоми (перша сатурація і після відокремлення осаду – друга). Основне завдання цього процесу в тому, щоб насиченням соку вуглекислим газом, який міститься у сатураційному газі, викликати випадання вапна в осад у вигляді вуглекислого кальцію (СаСО₃). Крейда, яка утворюється при цьому в апаратах-сатураторах, має дуже тонку структуру й активно вбирає різні органічні речовини, особливо нецукри, які забарвлюють сік. У результаті цієї реакції сік стає більш світлим і прозорим.

З дефекатора сік надходить до сатуратора – закритого вертикального циліндричного корпуса з конічним дном. Сік надходить до сатуратора зверху і, потрапляючи на розбризкувальний диск, рівномірно стікає. Сатураційний газ (який містить СО₂) подається в нижню частину апарата, надає соку обертового руху і добре з ним перемішується. По трубі, встановленій на рівні дна сатуратора, оброблений газом сік спрямовується до контрольного ящика, з якого відкачується насосом. Основна частина відгазованого соку першої сатурації після попереднього підігрівання в решоферах до 90 °С іде на фільтрацію.

Відфільтрований сік, підігрітий в решофері до 100 °С, надходить на другу сатурацію. Надмірне підігрівання запобігає утворенню двовуглекислих солей на другій сатурації.

Завдання другої сатурації полягає в максимальному осадженні і видаленні вапна та солей кальцію, які можуть викликати ускладнення під час уварювання соку і призвести до утворення накипу на внутрішніх поверхнях нагрівальних трубок.

Обробляють сік вуглекислим газом на другій сатурації до оптимальної лужності, що дорівнює 0,015 – 0,020 % СаО, або рН 8,8 – 9. Друга сатурація проводиться безперервно в апаратах, які за своєю конструкцією не відрізняються від апаратів першої сатурації, але мають трохи менший об’єм. Після другої сатурації сік знову надходить на фільтрацію.

Фільтрують сік на вакуум-фільтрах. На вакуум-фільтраційних установках, роботу здійснюють безперервно, а всі операції щодо фільтрації соку повністю механізовані. Основним робочим органом вакуум-фільтра є горизонтальний барабан, який весь час обертається. Зовнішня поверхня барабана обтягнута фільтрувальною тканиною. Під зовнішньою фільтрувальною поверхнею барабана розміщена внутрішня суцільна поверхня. Простір між цими двома поверхнями поділений перегородками на 24 вічка. За допомогою трубок вічка з’єднані з розподільною головкою фільтра, завдяки чому можна створити вакуум або повітряний тиск в окремих секціях.

Барабан частково занурений у корито, в яке надходить сік. У цьому положенні нижні секції барабана автоматично з’єднуються з вакуумом і сік засмоктується в секцію (зона фільтрації), а бруд відкладається ззовні фільтрувальної тканини. Коли секції барабана виходять із соку, вони потрапляють у зону осушення, а вакуум автоматично вимикається. За подальшого руху барабана секції потрапляють у зону зрошення, де за допомогою зрошувачів відбувається промивання осаду.

Нині освоєно виробництво і почали застосовувати автоматизовані установки для згущення соку першої сатурації продуктивністю від 3 до 6 тис. т переробки буряків за добу. Принцип їх дії ґрунтується на використанні листових фільтрів-згущувачів типів ФиЛС-60 та ФиЛС-100.

Для знебарвлювання і зменшення в’язкості відфільтрований сік піддають сульфітації, тобто обробляють сірчаним газом. Під час пропускання газу в сік утворюється сірчиста кислота, яка є досить сильним відновником. Реагуючи з водою, вона частково переходить у сірчану кислоту з виділенням водню. Вивільнюваний при цьому водень відновлює органічні забарвлені речовини, перетворюючи їх на безбарвні сполуки. Крім того, сульфітація знижує лужність соку, сприяючи зменшенню в’язкості сиропу, що полегшує кристалізацію і відокремленням кристалів цукру.

Сульфітацію соку здійснюють на спеціальних апаратах-сульфітаторах. Сік у них надходить зверху і, розбризкуючись у вигляді дощу, падає вниз. Сірчаний газ вентилятором відсмоктується із сіркоспалювальної печі і подається назустріч соку.

Випаровування соку, уварювання сиропу і кристалізація цукру. Сік після другої сатурації і фільтрації має доброякісність 91 – 93 з вмістом сухих речовин 14 – 16 %, зокрема сахарози 13 – 14 %. Наступне завдання полягає в тому, щоб кристалізацією вилучити з соку цукор. Для цього з соку видаляють воду в два прийоми. Спочатку випаровують її на випарних апаратах до сиропу із вмістом сухих речовин 65 – 70 %. Після цього продукт додатково очищають і випарюють у вакуум-апаратах до вмісту сухих речовин 92 – 93 %. Сироп після випаровування буває каламутним і темного кольору, іноді з високою лужністю. Перед уварюванням і кристалізацією такий сироп додатково обробляють сірчистим газом (сульфітують) і фільтрують на фільтр-пресах або мішкових фільтрах. Сироп краще фільтрується за додавання невеликої кількості кізельгуру, який містить 90 % аморфного кремнезему.

За подальшого випаровування води з сиропу розчин стає пересиченим і в ньому починають утворюватися кристали цукру. У результаті такого уварювання сиропу одержують продукт під назвою перший утфель.

Утфель – це густа в’язка маса, яка складається з кристалів цукру і міжкристальної рідини із вмістом 92–93 % сухих речовин. Для запобігання карамелізації цукру, що може спостерігатись за температури кипіння утфелю (120 °С) за нормального атмосферного тиску, сироп уварюють в умовах вакууму. При цьому температура кипіння сиропу буває не вище 80 °С.

Для варіння утфелю застосовують вакуум-апарати. Спочатку сироп уварюють до згущення. Для цього в порожньому вакуум-апараті створюється розрідження. Сироп, надходячи в апарат, заповнює обігрівальну камеру. Потім під дією пари, що подається, відбувається випаровування води з сиропу. Ступінь згущення сиропу визначають, спостерігаючи через зорове скло вакуум-апарата.

На другому етапі сироп стає перенасиченим розчином і починається утворення кристалів. Для утворення кристалів у вакуум-апарат добавляють невелику кількість (50–100 г) цукрової пудри, яка сприяє швидкому утворенню центрів кристалізації. Далі, не припиняючи випаровування, в апарат подають свіжий сироп у такій кількості, щоб коефіцієнт перенасичення уварюваної маси був 1,05–1,1. Коли вміст сухих речовин в утфелі досягне 92–93 %, подачу пари у вакуум-апарат і розрідження в ньому припиняють, забезпечують доступ зовнішнього повітря, продукт спускають в утфельмісилку, а потім у центрифуги для відокремлення кристалів цукру від патоки. За швидкого обертання барабана центрифуги (1000 – 1400 об/хв) під дією відцентрової сили утфель притискається до стінок барабана, який являє собою центрифужні сита. При цьому міжкристальна рідина відокремлюється від кристалів, проходить крізь отвори сит і витікає з центрифуги, а цукор залишається на ситах барабана центрифуги. Одержана рідина називається зеленою патокою.

Кристали цукру, що залишилися на сітчастій поверхні барабана, відбілюють гарячою водою і парою, при цьому частина кристалів цукру розчиняється. Розчин, який утворився, складається з води, залишків патоки і розчиненого цукру і називається білою патокою, яка надходить у спеціальні збірники. Ця патока насосами подається у вакуум-апарати під кінець уварювання першого утфелю. Вивантажений з центрифуги білий цукор потрапляє на так званий трясун, яким він переміщується до елеватора, що подає цукор у сушильний цех.

Зелена патока надходить в інший вакуум-апарат для уварювання другого утфелю. Після додаткової кристалізації другого утфелю його розподільником спрямовують на швидкохідні центрифуги, де знову відокремлюються кристали цукру, але жовтого кольору (жовтий цукор).

Щоб мати більше якісного цукру, жовтий цукор повертають у виробництво, розчиняючи його у соку після другої сатурації. Цей процес називають клеровкою. Розчинений у соку жовтий цукор домішують до випареного сиропу, який надходить на сульфітацію.

Витік другого утфелю називають кормовою патокою, або мелясою, яка є відходом цукробурякового виробництва.

Вивантажуваний з центрифуг білий цукор-пісок має вологість 0,5 – 0,6 % і температуру 70 – 75 °С. Його підсушують до стандартної вологості (0,1 – 0,15 %) у барабанній сушарці за рахунок залишкового тепла самого цукру. Після цього цукор просіюють на ситах, пропускають крізь магнітний сепаратор і направляють у засіки для наступного пакування у мішки.

Вихід чистого цукру на сучасних заводах залежить від цукристості коренеплодів і становить 14 – 15 % від маси перероблених буряків. Якщо під час зберігання цукрових буряків спостерігались погіршення їх якості і значні втрати цукру, то вихід його зменшується.

Запитання для самоконтролю

1. Зазначте фактори вирощування, які знижують цукристість.

2. Зазначте фактори вирощування, які призводять до нагромадження шкідливого азоту.

3. За яких умов зберігають цукробурякову сировину?

4. Коли цукробурякова промисловість набула в Україні розвитку?

5. Які основні складові коренеплодів цукрових буряків?

6. Які процеси відбуваються в цукрових буряках під час їх зберігання?

7. Які ви знаєте режими та способи зберігання цукрових буряків в умовах цукрових заводів?

8. Які фактори впливають на збереженість коренеплодів цукрових буряків?

9. Які процеси відбуваються під час переробки цукрових буряків на цукор?

Попередня тема

На початок

Наступна тема