Свеклосахарное производство: технологическая схема¶
Свеклосахарное производство — отрасль пищевой промышленности, осуществляющая промышленную переработку сахарной свёклы (Beta vulgaris L. subsp. vulgaris var. saccharifera) с целью извлечения из неё сахарозы и получения кристаллического сахара-песка. Технологическая схема производства представляет собой непрерывный комплекс механических, физико-химических и тепловых процессов, направленных на максимальное извлечение сахарозы из растительного сырья при минимизации потерь и расхода энергии.
¶Сырьё и подготовка
Основным сырьём служат корнеплоды сахарной свёклы, содержащие в среднем 16–20 % сахарозы, а также около 75 % воды и 5 % несахаров (клетчатка, белки, пектиновые вещества, минеральные соли). Свеклу, поступившую с полей, хранят в кагатах (буртах) на свеклоприёмных пунктах. Перед подачей в производство корнеплоды проходят ряд подготовительных операций.
¶Гидротранспортировка и очистка
Доставка свёклы в заводской цех осуществляется гидротранспортёром — потоком воды в желобах. При этом происходит частичное смывание земли и примесей. Далее корнеплоды проходят через камнеловушки, ботволовушки и соломоловушки, которые улавливают соответственно камни, обломки ботвы и солому. Окончательная мойка производится в свекломоечных машинах (кулачковых или лопастных), после чего вода отделяется, а свёкла поступает на операторный транспортёр.
¶Измельчение
Очищенная свёкла взвешивается и подаётся в свеклорезки, где нарезается тонкими желобчатыми пластинками — свекловичной стружкой. Оптимальная форма стружки (лапша, ромб) обеспечивает высокую скорость экстракции сахара. Качество стружки оценивается по её длине (100 м на 100 г) и толщине (0,5–1,0 мм).
¶Диффузия
Диффузионное отделение — ключевой этап извлечения сахарозы. Стружка поступает в диффузионный аппарат (обычно колонного типа, непрерывного действия), где противотоком обрабатывается горячей водой (70–75 °C). В результате диффузии сахароза переходит в раствор, образуя диффузионный сок (содержание сахара 12–16 %). Обезсахаренная стружка — жом — выводится из аппарата и направляется на отжим и сушку (используется как корм для скота) или на гранулирование.
¶Очистка сока (дефекация и сатурация)
Диффузионный сок содержит большое количество несахаров (белки, пектины, красящие вещества), которые необходимо удалить. Очистка проводится в два этапа с применением извести (Ca(OH)₂) и диоксида углерода (CO₂).
¶Дефекация
Сок обрабатывается известью (1,5–2,5 % CaO к массе свёклы). При этом происходит коагуляция (свёртывание) белков и пектинов, а также разложение некоторых несахаров (амидов, редуцирующих веществ). Образуется тёмный раствор с осадком.
¶Сатурация
Через дефекованный сок пропускают CO₂, который связывает избыточную известь в нерастворимый карбонат кальция (CaCO₃). Частицы карбоната адсорбируют на своей поверхности несахара, образуя крупные хлопья. Сок фильтруется на фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. Первая сатурация даёт сок I сатурации, после которой проводится вторая сатурация (дополнительная очистка с меньшим количеством извести) и повторная фильтрация.
¶Сульфитация
Для снижения щёлочности, обесцвечивания и улучшения фильтруемости сок обрабатывают диоксидом серы (SO₂). Полученный очищенный сок содержит около 12–14 % сухих веществ и имеет светло-жёлтый цвет.
¶Сгущение и кристаллизация
¶Выпаривание
Очищенный сок сгущается в выпарной установке (многокорпусной, работающей под вакуумом) до содержания сухих веществ 60–65 %. Полученный сироп дополнительно фильтруется и сульфитируется.
¶Уваривание и кристаллизация
Сироп подаётся в вакуум-аппараты, где при пониженном давлении уваривается до состояния перенасыщенного раствора (содержание сухих веществ около 92 %). При введении затравки (мельчайших кристаллов сахара) начинается рост кристаллов. Полученную смесь кристаллов и межкристального раствора называют утфелем.
¶Центрифугирование и сушка
Утфель первой кристаллизации (утфель I) поступает в центрифуги, где кристаллы сахара отделяются от жидкости — зелёной патоки (оттёка). Кристаллы промываются горячей водой и паром для удаления остатков плёнки патоки. Получается белый сахар влажностью около 1 %, который затем сушится горячим воздухом в сушильных барабанах до влажности 0,14 % и охлаждается. Готовый сахар-песок фасуется в мешки, биг-бэги или поступает навалом.
¶Переработка оттёков
Зелёная патока (утфель II и III) содержит ещё значительное количество сахарозы. Для её извлечения проводится дополнительное уваривание в вакуум-аппаратах с получением утфелей II и III кристаллизации. Последний оттёк — меласса (кормовая патока) — содержит около 50 % сахара, который экономически невыгодно извлекать. Меласса используется в качестве кормовой добавки или сырья для производства спирта, дрожжей и лимонной кислоты.
¶Побочные продукты
Основными побочными продуктами свеклосахарного производства являются:
- Жом — обезвоженная свекловичная стружка, ценный корм для крупного рогатого скота (в свежем, силосованном или гранулированном виде).
- Меласса — источник сахарозы для бродильной промышленности и кормовая добавка.
- Дефекационная грязь (фильтрационный осадок) — известковое удобрение, применяемое для раскисления почв.
¶Современные тенденции
Современные сахарные заводы характеризуются высокой степенью автоматизации, непрерывностью процессов и комбинированием стадий (например, использование хроматографического разделения для извлечения сахара из мелассы). Энергоэффективность достигается за счёт многократного использования вторичного тепла и пара. Средний коэффициент извлечения сахара на современных предприятиях составляет 80–85 % от массы сахарозы в исходном сырье.
¶Источники
- Бугаенко И. Ф. «Технология сахаристых веществ». — М.: Пищевая промышленность, 2002.
- Сапронов А. Р. «Технология сахарного производства». — М.: Колос, 1999.
- Справочник технолога сахарного завода / под ред. В. А. Лосевой. — Курск, 2005.