Производство сахара – прерогатива крупных заводов. Ведь технология достаточно сложная. Сырье перерабатывается на непрерывно-поточных линиях. Как правило, предприятия по производству сахара расположены в непосредственной близости от мест взращивания сахарной свеклы.
Описание продукта
Сахар – это, по сути, чистый углевод (сахароза), на вкус сладкий и приятный. Хорошо усваивается и обеспечивает нормальную работу организма (острота зрения и слуха, важный питательный элемент для клеток мозга, принимает участие в формировании жиров). Злоупотребление продуктом ведет к развитию заболеваний (кариес, лишний вес и др.).
Сырье для производства
Традиционно в нашей стране этот продукт делают из сахарной свеклы. Производство сахара требует больших объемов поставок сырья.
Свекла является представителем семейства маревых. Растет на протяжении двух лет, культура устойчива к засухе. В течение первого года вырастает корень, а затем в течение второго года развивается стебель, появляются цветы и семена. Масса корнеплода составляет 200-500 г. Массовая доля твердой ткани составляет 75 %. Остальное – сахар и другие органические соединения.
Уборка урожая свеклы происходит на протяжении 50 суток. В то же время заводы работают в среднем 150 дней в году. Чтобы обеспечить сырьем предприятия по производству сахара, свекла хранится в так называемых кагатах (большие кучи).
Технология хранения сахарной свеклы
Свекла укладывается слоями в кагаты на предварительно подготовленных участках. При нарушении технологии хранения свекла будет прорастать и гнить. Ведь корнеплоды являются живыми организмами. Характеристикой прорастания является индекс отношения ростков к массе всего плода. В условиях повышенной температуры и большой влажности свекла начинает прорастать уже на пятые сутки хранения. При этом свекла, которая находится в верхней части кагата, прорастает наиболее интенсивно. Это крайне негативное явление, которое приводит к понижению эффективности сахарного производства. Чтобы минимизировать потери от прорастания, при уборке урожая обрезаются верхушки плодов, а сам урожай в кагатах обрабатывается специальным раствором.
Важно складировать плоды в кагаты аккуратно, стараясь их не повредить. Ведь поврежденные участки плода являются слабым местом, которое поражается прежде всего, а затем уж и здоровые ткани.
На развитие бактерий существенное влияние оказывает температура и уровень влажности. Если поддерживать рекомендованный состав воздуха и температуру 1-2 °C, то процессы гниения замедляются (порой и не развиваются).
Свекла, которая поступает на хранение, чрезвычайно загрязнена (земля, трава). Грязь ухудшает циркуляцию воздуха в кагате, провоцирует процессы гниения.
Поэтому рекомендуется мыть свеклу и хранить ее в мытом виде. В последние годы широко применяются специальные устройства, которые выдувают сорняки, солому и грязь.
Урожайность свеклы
Одной из важнейших задач является повышение урожайности сахарной свеклы. Она зависит от множества факторов. Производство сахара напрямую зависит от объемов сбора, а также от технологического качества сырья.
В первую очередь технологические качества возделываемой свеклы зависят от используемых семян. Современные технологии позволяют контролировать биологические и другие характеристики. Контроль качества семян позволяет значительно увеличить урожайность с гектара посевных площадей.
Также немаловажен способ возделывания свеклы. Существенное повышение урожайности наблюдается при так называемом гребневом способе возделывания (рост урожайности составляет от 15 до 45 % в зависимости от климатических особенностей региона). Суть метода состоит в следующем. Осенью специальные машины насыпают гребни, благодаря чему земля активно впитывает и накапливает влагу. Поэтому весной земля достаточно быстро созревает, создавая благоприятные условия для посева, роста и развития плодов. Кроме того, свеклу гораздо легче собирать: плотность почвы гребней сравнительно невелика.
Любопытно, что данная технология была предложена советским ученым Глуховским в далекие 20-е годы прошлого столетия. И сравнительно недавно метод был внедрен в передовых странах.
Несмотря на большую результативность, данная технология не нашла широкого применения. Причиной тому отсутствие и дороговизна специального оборудования. Производство сахара из свеклы поэтому имеет перспективы развития и выхода на новый технологический уровень.
Уборка свеклы должна быть проведена до наступления заморозков. Поставки на предприятия выкапываемой свеклы могут осуществляться по поточному принципу либо поточно-перевалочным способом. Для того чтобы снизить потери сахарозы при длительном хранении на перевалочных базах, плоды накрываются соломой.
Техпроцесс производства
Среднестатистический завод по производству сахара в России способен перерабатывать несколько тысяч тонн сырья (сахарной свеклы). Впечатляет, не так ли?
В основе производства лежат сложные химические процессы и реакции. Суть сводится к следующему. Для получения кристаллов сахара нужно выделить (экстагировать) сахарозу из сырья. Затем отделяют сахар от ненужных веществ и получают продукт, готовый к употреблению (кристаллы белого цвета).
Технология производства сахара состоит из следующих операций:
- очистка от грязи (мытье);
- получение стружки (шинкование, измельчение);
- извлечение сахарозы;
- фильтрация сока;
- сгущение (выпаривание влаги);
- уваривание массы (сиропа);
- отделение патоки от сахара;
- просушивание сахара.
Мойка сахарной свеклы
При поступлении сырья на завод по производству сахара оно попадает в своеобразный бункер. Он может располагаться как под землей, так и снаружи. Мощной направленной струей воды сахарная свекла вымывается из бункера. Корнеплоды попадают на транспортер, при движении которого происходит предварительная очистка сырья от всевозможного мусора (солома, трава и т.д.).
Измельчение корнеплодов
Производство сахара из свеклы невозможно без ее измельчения. В дело вступают так называемые свеклорезки. На выходе получаются тонкие полосы из сахарной свеклы. В технологии производства сахара способ нарезания кусков имеет очень важное значение: чем больше площадь поверхности, тем эффективнее отделяется сахароза.
Извлечение сахарозы
По транспортеру стружка свеклы подается в аппараты диффузии со шнеком. Сахар отделяется от стружки теплой водой. Стружка подается по шнеку, а навстречу ей течет теплая вода, которая и извлекает сахар. Помимо собственно сахара, вода также увлекает за собой и другие растворимые вещества. Процесс достаточно эффективен: на выходе жом (так называется стружка свеклы) содержит лишь 0,2-0,24 % сахара по массовой доле. Вода, насыщаясь сахарами и другими органическими веществами, становится мутной и сильно пенится. Эту жидкость еще называют диффузионным соком. Наиболее полная переработка возможна лишь при нагреве сырья до 60 градусов. При данной температуре белки сворачиваются и не выделяются из свеклы. Производство сахара на этом не заканчивается.
Очистка диффузионного сока
Из жидкости необходимо убрать мельчайшие взвешенные частицы свеклы и растворенные органические вещества. Технологически можно удалить до 40 % побочных веществ. Все, что остается, накапливается в мелассе и удаляется лишь на конечном этапе производства.
Сок нагревается до 90 °C. Затем обрабатывается известкой. В результате белки и другие вещества, которые находятся в соке, выпадают в осадок. Данная операция производится на специальном оборудовании в течение 8-10 минут.
Теперь необходимо устранить известь. Данный процесс носит название сатурации. Суть его заключается в следующем: сок насыщается диоксидом углерода, который вступает в химическую реакцию с известью, образуя углекислый кальций, который и выпадает в осадок, поглощая при этом различные загрязнители. Прозрачность сока возрастает, он становится более светлым.
Сок фильтруется, подогревается до температуры 100 °C и подвергается сатурации повторно. На данном этапе проводится более глубокая очистка от примесей, после чего сок снова отправляется на фильтрацию.
Сок необходимо обесцветить и разжижить (сделать не таким вязким). С этой целью через него пропускают сернистый газ. В соке образуется сернистая кислота – очень сильный восстановитель. Реакция с водой приводит к образованию определенного количества серной кислоты с выделением водорода, который, в свою очередь, осветляет сок.
После грубой и чистой сатурации на выходе получается 91-93 % от первоначального объема качественного, отбеленного сока. Процентное содержание сахарозы в полученном объеме сока составляет 13-14 %.
Выпаривание влаги
Производится в два этапа с использованием специального оборудования. Для производства сахара на первом этапе важно получить густой сироп с содержанием сухих веществ 65-70 %. Полученный сироп проходит дополнительную очистку и вновь подвергается процедуре выпаривания, на этот раз в специальных вакуумных аппаратах. Необходимо получить вязкое густое вещество с содержанием сахарозы 92-93 %.
Если продолжить выпаривание воды, то раствор становится перенасыщенным, возникают центры кристаллизации и растут кристаллы сахара. Полученная масса называется утфелем.
Температура кипения полученной массы – 120 °C в нормальных условиях. Но дальнейшее уваривание проводится в вакууме (чтобы предотвратить карамелизацию). В условиях, близких к вакууму, температура кипения значительно ниже – 80 °C. Данную массу на этапе выпаривания в вакуумном аппарате «легируют» сахарной пудрой. Что стимулирует рост кристаллов.
Отделение сахара от патоки
Сахарная масса поступает на центрифуги. Там кристаллы отделяются от патоки. Жидкость, которая получается после отделения кристаллов сахара, – зеленая патока.
На сетке барабана центрифуги задерживаются кристаллы сахара, которые подвергаются обработке горячей водой и пропариваются с целью отбеливания. При этом образуется так называемая белая патока. Это раствор сахара и остатков зеленой патоки в воде. Белая патока проходит вторичную обработку в вакуумных аппаратах (чтобы минимизировать потери, повысить эффективность производства).
Зеленая патока поступает на уваривание уже в другой аппарат. В результате получают так называемый второй утфель, из которого уже получают желтый сахар. Он растворяется в соке после первой очистки.
Просушивание сахара
Цикл производства сахара еще не завершен. Содержимое центрифуги извлекается и отправляется на просушку. После центрифуги влажность сахара составляет приблизительно 0,5 %, а температура 70 °C. В сушильном аппарате барабанного типа происходит просушивание продукта до влажности 0,1 % (во многом это обеспечивается остаточной температурой после центрифуг).
Отходы
Основные отходы производства сахара из сахарной свеклы - жом (так называется стружка корнеплода), кормовая патока, фильтр-прессная грязь.
Жом составляет до 90 % по массе от необработанного сырья. Служит хорошим кормом для домашнего скота. Перевозить жом на дальние расстояния нерентабельно (из-за повышенной влажности он очень тяжелый). Поэтому закупается и используется фермерскими хозяйствами, расположенными вблизи предприятий по производству сахара. Для предотвращения порчи жома он перерабатывается на силос.
На некоторых производствах сахара из сахарной свеклы стружка прессуется (при этом устраняется до 50 % влаги), а затем сушится в специальных камерах. В результате такой обработки масса жома, готового к употреблению по назначению и транспортировке на дальние расстояния, составляет не более 10 % от его первоначальной массы.
Меласса – кормовая патока - получается после обработки второго утфеля. Ее объем составляет 3-5 % от массы исходного сырья. На 50 % она состоит из сахара. Кормовая патока является важным компонентом в производстве этилового спирта, а также в производстве животных кормов. Кроме того, используется в дрожжевом производстве, при изготовлении лимонной кислоты и даже лекарственных средств.
Объем фильтр-прессной грязи достигает 5-6 % от массы не переработанного сырья. Используется в качестве удобрений для почв сельскохозяйственных угодий.
Производство рафинада
Производство сахара-рафинада находится, как правило, на самих сахарных заводах. В составе таких заводов имеются специальные цеха. Но производить рафинад могут и сторонние организации, закупающие сахар-песок на заводах. По способу получения рафинад может быть литым и прессованным.
Последовательность технологических операций при производстве рафинада следующая.
Сахар растворяют в воде. Густой сироп подвергается обработке с целью удаления различных окрашивающих веществ. После очистки сироп варится в вакуумной камере, при этом получают первый рафинадный утфель. С целью устранения желтизны в вакуумную камеру добавляется ультрамарин (0,0008 % от массы сиропа, не более). Сам процесс уваривания аналогичен процессу уваривания при получении сахара.
Рафинадный утфель нужно пробелить. Образуется густая масса (кашица с влажностью 3 %, не более), которая прессуется. В итоге получается рафинад, принимающий форму пресса. Чтобы получить рафинад в форме голов, утфель заливается в соответствующие формы. В нижней части формы имеется специальное отверстие, через которое вытекают остатки раствора. Мокрый рафинад сушится горячим воздухом, пока показатель влаги не уменьшится до значения 0,3-0,4 %. Далее остается лишь подождать, пока куски сахара остынут, разрезать (при необходимости) и упаковать.
