Вопросы для самоподготовки

1. Что такое тростниковый сахар-сырец? Его химический состав.

2. Требования ГОСТ Р 52305-2005 к качеству тростникового сахара-сырца.

3. Каково основное различие между тростниковым и свекловичным сахаром?

4. Какой сахар-сырец по чистоте считается хорошего и низкого качества?

5. Как влияют полисахариды сахара-сырца на его последующую переработку в сахар-песок и сахар-рафинад?

6. Что такое коэффициент безопасности сахара-сырца и в чём заключается практическая ценность этого показателя?

7. Почему растворы сахара-сырца зачастую плохо фильтруются?

8. Определение массовой доли влаги методом высушивания.

9. Определение сахарозы поляриметрическим методом.

10. Определение редуцирующих веществ с сахаре-сырце методом Мюллера.

11. Определение цветности фотометрическим методом.

12. Определение золы кондуктометрическим методом.

13. Определение солей кальция комплексонометрическим методом.

Лабораторная работа № 4 определение аффинирующей способности тростникового сахара-сырца

Цель работы: освоить метод определения аффинирующей способности тростникового сахара-сырца.

Сущность метода состоит в определении цветности, чистоты, содержания редуцирующих веществ в сахаре-сырце, сахаре-аффинаде и аффинационном оттеке и фильтруемости растворов.

Теоретические сведения

Тростниковой сахар-сырец обладает рядом специфических особенностей, влияющих на процессы его очистки и кристаллизации.

Состав несахаров тростникового сахара-сырца существенно отличается от несахаров сахарной свеклы. В сахаре-сырце присутствуют крахмал, воск, ряд высокополимеров, а также SiО₂ и фосфаты, которые повышают вязкость растворов, затрудняют фильтрование и кристаллизацию. Содержание этих компонентов зависит от сорта тростника, климатических условий, применяемой технологической схемы и т. д.

Средний качественный состав сахара-сырца может быть следующим:

Содержание,	%
сахарозы	96,7-97,3
влаги	0,42-0,75
редуцирующих веществ	0,70-1,06
общего азота	0,019-0,060
золы	0,45-0,56
коллоидов	0,73-0,82
Цветность, усл. ед.	35-48
Органических кислот, мг-экв/100 СВ	0,98-1,35
Аминокислот, мг-экв/100 СВ	1,2-1,4
Средний размер кристаллов, мм	0,87-0,95

В настоящее время установлено, что основные затруднения при переработке тростникового сахара-сырца вызывают присутствующие в нем крахмал, декстран, окись кремния и воск, кроме того, декстран и крахмал влияют на поляризацию сахара-сырца, так как удельное вращение у них примерно в три раза больше чем у сахарозы.

Сахар-сырец состоит из двух компонентов – кристаллов и прилипшего к ним межкристального раствора. В состав кристаллов входят в основном сахароза, несахара и красящие вещества, которые во время роста кристалла были в него включены. Находящиеся внутри кристаллов сахара-сырца несахара попадают туда вместе с кристаллами сахара последнего продукта, применяемого для уваривания утфеля из сиропа. Несахара верхних наружных слоев кристаллов образуются из густого сиропа, из которого варится утфель. Второй компонент сахара-сырца – межкристальный раствор, покрывающий кристаллы тонким слоем – имеет более низкую чистоту, чем сами кристаллы, и содержит значительное количество несахаров и красящих веществ.

При переработке тростникового сахара-сырца наиболее эффективными методами очистки являются аффинация и известково-углекислотная очистка.

Назначение аффинации – произвести максимально возможное отделение кристаллов сахара от межкристального раствора, содержащего значительное количество несахаров. Полученные после аффинации кристаллы сахара должны быть чистыми и не содержать остатки сиропа. Аффинация позволяет часть красящих веществ и других несахаров, минуя дефекосатурацию, выводить с мелассой, что позволяет получать клеровку сахара-аффинада после известково-углекислотной очистки в 2,0 - 2,5 раза меньшей цветности и 2,5 -5,0 раз меньшим содержанием солей кальция.

В исследованиях, проведенных И.Ф. Бугаенко, показано, что главную роль при аффинации сахара-сырца в мешалках играет процесс диффузии воды в пленку (т. е. ее «размягчение») с одной стороны, и переход несахаров из пленки в аффинирующий раствор – с другой. Перемешивание значительно ускоряет эти процессы.

Основное количество редуцирующих веществ содержится в пленке межкристального раствора. Они состоят примерно на 98 % из глюкозы и фруктозы, причем на долю глюкозы приходится 60 %, а на долю фруктозы – 40 %.

В процессе очистки на дефекации происходит щелочно-термическое разложение глюкозы и фруктозы с образованием сложной смеси более 120 соединений. Наибольший интерес представляют органические кислоты и красящие вещества. На дефекации образуются молочная, гликолевая, уксусная и др. кислоты, кальциевые соли которых хорошо растворимы и плохо адсорбируются карбонатом кальция.

Красящие вещества образуют сложную смесь несахаров и состоят из азотсодержащих и не содержащих азота соединений. Первые образуются при взаимодействии моносахаридов с аминокислотами и относятся к меланоидинам, они интенсивно окрашены и обладают большей способностью к включению в кристаллы, чем безазотистые. Безазотистые красящие вещества образуются в результате конденсации промежуточных продуктов, возникающих при термическом разрушении моносахаридов.

Эффект удаления карбонатом кальция красящих веществ, образующихся при щелочно-термическом разложении редуцирующих веществ, составляет около 50 %.

В пленке межкристального раствора содержится основное количество катионов щелочных и щелочноземельных металлов. Эффект удаления золы при аффинации сахара-сырца составляет 70 - 80 %, а удаления кальция и магния – от 50 до 70 %.

Основная часть декстрана и крахмала находится внутри кристаллов сахара-сырца, и при аффинации удаляется около 30 % декстрана. Известью декстран удаляется незначительно, эффект известково-углекислотной очистки составляет 20 - 25 %. Активным углем и ионитами декстран практически не удаляется, и лишь перекристаллизацией он удаляется на 80 %.

Существенное влияние на процесс аффинации оказывает размер кристаллов и их равномерность. Чем крупнее и равномернее кристаллы, тем лучше протекает аффинация.

Для определения аффинационной способности в разных странах приняты различные методы. Основными критериями оценки аффинирующей способности сахара-сырца могут быть такие, как выход сахара-аффинада, его гранулометрический состав, вид сахара-аффинада по шкале эталонов сахара-песка, содержание золы или цветность раствора сахара-аффинада.

Поведение компонентов сахара-сырца при его аффинации

В сахаре-сырце содержится до 2 % несахаров, из них 0,2- 0,6 % составляет зола. Из ионов металлов с технологической точки зрения наибольший интерес представляет щелочные металлы (KиNa) и щелочноземельные (CaиMg). Первые являются сильными мелассообразователями, а вторые – основными накипеобразователями. Содержание последних в сахаре-сырце примерно в два раза меньше. Основное количество катионов щелочных и щелочноземельных металлов находится на поверхности кристаллов в плёнке маточного раствора. Смыв этой плёнки позволяет удалить большую часть указанных элементов с поверхности кристаллов.

Согласно исследованиям эффект удаления золы при аффинации сахара-сырца составляет 70-80 %, а кальция и магния – 50-70 %.

Партии сахара-сырца сильно отличаются друг от друга по цветности. Количество красящих веществ в сахаре-сырце в среднем составляет 0,025 %. В сырце содержатся три группы красящих веществ: меланоидины, продукты щелочного разложения моносахаров и продукты карамелизации.

Основное количество красящих веществ сахара-сырца сосредоточено в плёнке маточного раствора, находящегося на поверхности кристаллов. При аффинации удаляется примерно 70 % красящих веществ сахара-сырца.

Аффинация тростникового сахара-сырца позволяет повысить чистоту аффинада на 1,5%, снизить цветность сырца на 50 %, снизить содержание сернокислой золы на 55 %, а редуцирующих веществ на 60 %.

Применение аффинации при переработке тростникового сахара-сырца позволяет получить клеровку после очистки известью и углекислотой в 2-2,5 раза меньшей цветности и в 2,5-3,0 раза меньшим содержанием солей кальция, чем очищенная клеровка сахара-сырца, снизить расход извести на очистку в 2-2,5 раза, улучшить фильтрационные свойства осадка.

Переработка тростникового сахара-сырца с повышенным содержанием крахмала как с аффинацией, так и без аффинации связана со значительными затруднениями при фильтровании очищенной дефекосатурационной клеровки, которые в этом случае связаны с влиянием крахмала на образование частиц осадка.

Наличие крахмала в очищаемой клеровке резко повышает вязкость раствора, что способствует образованию мелкодисперсных частиц карбоната кальция. Последние, обволакиваясь продуктами расщепления крахмала, вызывают «заклеивание» пор фильтровальной ткани. Образование даже очень небольшой толщины слизистого осадка на фильтровальной ткани резко снижает скорость фильтрования.

Применением фермента -амилазы при производстве сахара-сырца можно снизить содержание крахмала в сырце в два раза. Разрушить крахмал при помощи-амилазы можно непосредственно в клеровке сахара-сырца при температуре 8-95^оС, рН 5,0-7,0 в течение 30 мин.