Научно-практические аспекты системного применения технологических вспомогательных средств в производстве сахара

Аннотация. Приведены результаты научных исследований по разработке системы интегрированных технологий применения технологических вспомогательных средств различной функциональной направленности в производстве белого свекловичного сахара.
Abstract. The results of scientific research on the development of a system of integrated technologies for the use of technological aids of various functional orientations in the production of white beet sugar are presented

 
Сахарная отрасль России на современном этапе характеризуется как динамично функционирующая и экспортноориентированная. В 2018 г. объемы выработанного белого сахара составили около 6,0 млн т при общей ежегодной потребности страны в 5,8 млн т; объемы экспорта сахара находятся на уровне 0,4 млн т, мелассы – 0,8 млн т, сушеного жома – 1,2 млн т. При этом производство сахара остается ресурсоемким.

Наиболее перспективным направлением снижения ресурсозатратности производства, является применение технологических вспомогательных средств (ТВС). Изначально в зародившейся пищевой технологии сахара в специальных технологических процессах уже находили применение первые классические средства – химические реагенты известковое молоко, сатурационный газ, сульфитационный газ; в дальнейшем функциональный ряд ТВС активно расширялся, пополняясь новыми средствами. На сегодня используется большой арсенал ТВС (антимикробные средства, антинакипины, пеногасители, сорбенты, коагулянты, флокулянты, деколоранты, затравочный материал и др.); основная их масса зарубежного производства.

Сегодня распространение получают узконаправленные и многофункциональные комплексные препараты, сочетающие в себе композиции действующих веществ разных функциональных групп. Целевое применение каждого средства технологически и экономически оправдано, имеются локальные технологии их применения; правила работы с ними закреплены в научно-технической документации; контроль содержания остаточных количеств в готовой и побочной продукции ведется, как правило, по установленному изготовителем средства расходу, необходимому для достижения технологического эффекта.

В производстве сахара ТВС выступают наиболее удобно реализуемым, ресурсосберегающим, экономичным инновационным инструментом повышения эффективности технологических процессов [1]. Однако эффективность и безопасность каждого средства рассматривается только с точки зрения узкой технологической цели локального участка, в котором оно применяется, а не системно с позиций всего сложного технологического потока производства сахара. Бессистемное применение большого количества ТВС может привести к нежелательным последствиям, таким как: взаимодействие их между собой в виде антагонизма; нивелирование заявленного технологического эффекта; возможность отрицательного влияния на пищевую систему, качество протекания технологических процессов; возможность попадания в сахар остаточных количеств действующего вещества, несущее риск для здоровья людей или для негативного влияния на качество продуктов питания и процессы их производства при использовании сахара в качестве сырьевого ингредиента.

Нами предлагается локальную технологию каждого применяемого средства рассматривать системно, используя принципы интеграции, осуществляя интегрирование ее в технологический поток. В результате образуется система интегрированных технологий применения ТВС. Такая система открывает новый уровень использования ТВС: она дает возможность повысить эффективность единого технологического процесса производства сахара, снизить ресурсозатраты, увеличить выход и качество готовой продукции.

Для разработки такой системы в последние годы нами выполнен довольно большой объем разнообразных исследований, получены результаты фундаментального и прикладного характера. Разработаны исходные требования к системе интегрированных технологий, к которым отнесены: систематизация терминологии, систематизация функциональных групп ТВС, оценка уровня эффективности действия средств, ранжирование препаратов внутри функциональных групп, безопасность и экологичность применения средств, интегрирование технологий применения средств с технологическим потоком, документационное сопровождение функционирования системы.

Разработан методический подход к формированию интегрированной технологии применения ТВС, который включает: выделение участков совместного действия конкретных ТВС при их одновременном применении; выявление результата взаимодействия между ними в виде антагонизма или синергизма, которое осуществляется путем оценки совокупного влияния ТВС на состояние пищевой системы на основе репрезентативных показателей ее устойчивости; анализ причин проявления антагонистического эффекта; предложение интеграционных решений для его нивелирования [2].

Проведены работы по систематизации применяемых в сахарном производстве ТВС; создана совместно с ООО “НПП Макромер” (г. Владимир) серия препаратов пеногасителя Лапрол марки ПС, антинакипина ПС-10; разработаны технологические инструкции по их применению; препараты успешно используется на многих отечественных и белорусских сахарных заводах. Исследована возможность использования в сахарном производстве 20 наименований средств, применяемых в других отраслях пищевой промышленности – флокулянтов, антинакипинов, дезинфицирующих препаратов, из них 5 препаратов получили “добро” для использования в сахарном производстве, остальные оказались неэффективными. Обоснована и выделена новая функциональная группа ТВС деколоранты сахара, которые предназначены для усиления интенсивности белого цвета сахара и снижения его цветности в растворе [3].

С использованием указанного методического подхода исследованы локальные технологии конкретных ТВС шести функциональных групп – антимикробные средства, пеногасители, флокулянты, антинакипины, ПАВ, деколоранты сахара. Итоговый результат исследований выражен в виде карты результативности, приведенной на рисунке.

На карте технологический поток производства сахара обозначен в виде четырех укрупненных технологических процессов – экстрагирование сахарозы из свекловичной стружки, очистка диффузионного сока, сгущение очищенного сока, кристаллизация сахарозы, в которых применяются вышеуказанные ТВС. Отмечены места целенаправленного их применения с указанием проявляемых ими индивидуальных технологических эффектов, пути миграции остаточных количеств средств и выявленных итогов взаимодействия в виде синергетического, антагонистического или индифферентного эффектов.


Рисунок – Карта результативности применения технологических
вспомогательных средств в производстве свекловичного сахара

Так, на этапе экстрагирования сахарозы применяемые антимикробное средство Нависан и пеногаситель Лапрол в совокупности более эффективно выполняют свои функциональные задачи: первое – подавление развития микроорганизмов, второе – снижение пенообразования в формируемой пищевой системе диффузионного сока, что является результатом их синергетического взаимодействия. Пролонгированное совместное положительное их действие создает благоприятные условия для качественного протекания последующих технологических процессов известково-углекислотной очистки диффузионного сока, способствуя повышению общего эффекта очистки сока и получению полуфабрикатов с высокими технологическими показателями.

В технологическом процессе очистки диффузионного сока используются пеногаситель и флокулянт, функциональное влияние которых по отношении друг к другу в пищевой системе индифирентное.
В технологическом процессе сгущения очищенного сока проявляется индивидуальный технологический эффект антинакипина Кебо, но мигрирующие в пищевую систему с этапа очистки диффузионного сока остаточные количества флокулянта Праестол вызывают его ослабление. Т.е. имеет место антагонистический эффект, выраженный в снижении устойчивости пищевой системы к накипеобразованию, влекущем отложение микрокристаллов накипи на поверхности нагрева выпарных аппаратов.

Между применяемыми в процессе кристаллизации сахарозы ПАВ Дефоспум и деколорантом сахара сульфитом натрия отмечается синергетическое взаимодействие. ПАВ, устраняя пенение в пищевой системе, создает благоприятные условия для более эффективного действия деколоранта, а деколорант, в свою очередь, содействует выполнению ПАВ своей технологической функции. Однако, в пищевую систему процесса вместе с сиропом поступают остаточные количества антинакипина Кебо (около 30 % к введенной дозе), которые, удерживая соли кальция в диспергированном виде в межкристальном растворе утфеля, ухудшают реологические свойства пищевой системы утфеля, что затрудняет выполнение функциональных действий ПАВ и деколоранта. Т.е. антинакипин выступает антагонистом как ПАВ, так и деколоранта сахара. В результате имеет место снижение качества готовой и побочной продукции – повышение цветности, содержания солей кальция в сахаре и мелассе.

Локальные технологии применения этих ТВС были преобразованы в интегрированные. Так, например, для преобразования локальной технологии деколоранта сахара в интегрированную следует устранить или минимизировать проявления антагонистического влияния антинакипина. Это можно выполнить путем доведения до минимума поступление антинакипина на этап уваривания утфеля. Указанное может быть достигнуто путем применения таких интеграционных решений, которые обеспечивают максимальное удаление взвешенных солей кальция из сиропа, а с ними и структурно связанного антинакипина.

В качестве таких решений могут выступать современное фильтрационное оборудование с фильтровальными тканями диаметром пор менее 50 мкм или применение на существующем оборудовании фильтрующих материалов кизельгура, фильтроперлита. Получаемый с использованием такой интегрированной технологии белый сахар характеризуется более высокими потребительским свойствами: обладает белизной, однородностью кристаллоструктуры, по совокупности физико-химических показателей соответствует белому сахару высокого качества.

Рассматривая аналогичным образом локальную технологию каждого средства, выявляя результат взаимодействия между ним и другим совместно применяемым ТВС, создавая надлежащие условия для проявления синергетического эффекта или устранения антагонистического путем интеграционных решений – можно реализовать систему интегрированных технологий ТВС в производстве сахара.

Литература

1. 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.
2. Беляева, Л.И. Методические аспекты интегрирования технологических вспомогательных средств в технологический поток производства свекловичного сахара [Текст] / Л.И. Беляева, В.Н. Лабузова, А.В. Остапенко, Е.М. Скрипко // Вестник ВГУИТ. – 2016. – № 3. – С. 247-251.
3. Беляева, Л.И. Деколоранты сахара – новая функциональная группа технологических вспомогательных средств [Текст] / Л.И. Беляева, А.В. Остапенко, Лабузова В.Н. и др. // Известия вузов. Пищевая технология. – 2018. – № 4 (364). – С. 33-36.
 
Беляева Л.И., канд. техн. наук; Остапенко А.В.
НИИ сахарной промышленности ФГБНУ «Курский ФАНЦ», г. Курск
 
 

---