Хранение корнеплодов сахарной свёклы.

Лекция

Раздел 4. Основы переработки овощей, плодов и винограда.

Тема 4.7. Хранение корнеплодов сахарной свёклы.

Компетенции, которыми должны овладеть обучающиеся:

ОК-1, ОК-2, ОК-3, ОК-4, ОК-5, ОК-6, ОК-8, ОК-9.

ПК 3.1, ПК 3.3, ПК 3.4, ПК 3.5.

З1-З6.

СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ

Изучение нового материла:

Вопросы (план):

1. Химический состав корнеплодов и изменение его во время хранения.

2. Способы хранения сахарной свёклы в свежем виде.

1.Химический состав корнеплодов и изменение его во время хранения.

Химический состав сахарной свеклы влияет на выход и качество готовой продукции, оказывает существенное влияние на протекание отдельных технологических процессов.

Поведение отдельных компонентов в технологическом процессе сахарного производства различно и обусловлено их физико-химическими свойствами. Для оценки качества перерабатываемой свеклы и обоснования технологических параметров сахарного производства важно знать основные свойства отдельных компонентов, которые по-разному влияют на процесс получения сахара.

Сахароза. Сахароза — сложный дисахарид (соединение d-глюкозы и d-фруктозы), подвергающийся гидролизу в кислой и щелочной среде. Сахароза наиболее устойчива при РН 8,2. Вот почему нужно стараться (по возможности) вести технологический процесс при данном значении рН.

При нормальной работе никогда не допускают значительной инверсии сахарозы.

Под влиянием кислот сахароза в водном растворе, присоединяя воду, распадается на глюкозу и фруктозу (инверсия сахарозы). Ион водорода кислоты при этом действует как катализатор. Реакция инверсии сахарозы необратима — глюкоза с фруктозой под влиянием кислоты обратно не соединяются.

Щелочи не разлагают и не осмоляют сахарозу. Щелочи с сахарозой дают сахараты — соединения типа алкоголятов.

Сахароза плавится при температуре 186—188 °С. причем разлагаться она начинает уже при более низкой температуре. Происходит «карамелизация» сахарозы — образование сложных, окрашенных в бурый цвет, горького вкуса ангидрилов. Карамели получаются при нагревании сахарозы до температуры 170—190 °С.

Процесс разложения сахарозы при нагревании ее водных растворов имеет большое отрицательное значение в сахарном производстве. Разложение сахарозы при нагревании является реакцией автокаталитической, т.е. с образованием веществ, являющихся катализаторами, ускоряющими дальнейшее развитие основной реакции. При этом сахароза постепенно инвертируется, а получившийся инвертный сахар тоже разлагается и частично превращается в органические кислоты, которые как катализаторы все более и более ускоряют дальнейшую инверсию сахарозы, повышается окраска раствора и понижается рН.

Факторами, ускоряющими автогидролиз сахарозы, являются:

• увеличение времени и температуры нагревания;

• низкая начальная величина рН среды;

• наличие редуцирующих веществ в растворе;

• отсутствие буферных соединений.

Дрожжи сбраживают сахарозу в спирт и углекислоту. В растворах сахарозы легко развивается молочнокислое и маслянокислое брожение. На сахарных заводах, если допустить снижение оптимальной температуры, в соках быстро развивается лейконосток, и идет слизевое брожение, особенно в присутствии сквозняков.

Пектиновые вещества. Из сухих веществ в сахарной свекле после сахарозы больше всего содержится пектиновых веществ (около 2,5 % к массе свеклы). Они составляют примерно половину массы мякоти.

В химическом отношении они далеко не так инертны, как клетчатка, и поэтому играют значительную роль в сахарном производстве.

Часть пектиновых веществ, не растворяющаяся в 70 %-ном спирте, называется собственно пектином, он осаждается известью. Соли пектина называются пектинатами.

При нагревании с разбавленными кислотами, а еще гораздо быстрее при нагревании со щелочами (и с известью), пектин подвергается гидролизу, деэтерификации до образования полигалактуроновой кислоты, называемой пектовой кислотой.

Соли пектовой кислоты — пектаты, с известью дают желатинозный, очень трудно отфильтровываемый осадок кальциевой соли.

Влияние пектина на процесс фильтрации тем сильнее, чем больше его содержится в соке.

Содержание пектина в соке зависит как от количества растворимого пектина, находящегося в свекле, так и количества образовавшегося в результате гидролиза протопектина при экстрагировании сахара из свекловичной стружки. При этом основное количество пектина в соке обусловлено гидролизом протопектина при экстракции сахарозы на диффузии.

Количество растворенного пектина, содержащегося в свекле, зависит от ее качества — незрелая и плохо хранившаяся свекла содержит больше пектина.

Увеличение же пектина в соке в процессе экстрагирования сахарозы из свекловичной стружки в результате гидролиза протопектина зависит от параметров процесса экстрагирования, важнейшими из которых являются температура, величина рН и продолжительность процесса.

Оптимальной величиной рН, при которой наблюдается наименший переход пектиновых веществ в сок, является рН 5,5—6,0.

Повышение температуры и длительности процесса увеличивает переход пектиновых веществ в сок.

Азотсодержащие вещества. К азотсодержащим соединениям относятся:

• белки,

• аминокислоты и ихамиды,

• органические основания (бетаин).

В сахарном производстве различают белковый азот, азот аминокислот (α-аминный азот) и азот амидов.

Белковый азот — безвредный азот, т.к. белки практически полностью удаляются в процессе очистки.

«Вредный азот» — это в основном аминокислоты. Чем выше содержание данного азота, тем хуже качество свеклы, меньше выход сахара.

Все аминокислоты и их кальциевые и натриевые соли (за исключением тирозина) хорошо растворимы в воде, поэтому под действием извести они не осаждаются.

В процессе экстракции сахарозы из свекловичной стружки аминокислоты свеклы практически полностью переходят в диффузионный сок. В процессе очистки незначительная часть аминокислот адсорбируется на карбонате кальция, часть их вступает в реакцию с моносахарами (реакция Майяра) с образованием окрашенных соединений меланоидинов. Большая же часть переходит в мелассу без изменений.

Органические кислоты. Они составляют примерно половину безазотистых органических кислот. Часть кислот, таких как щавелевая и лимонная, удаляется при очистке. Остальные кислоты образуют при очистке растворимые соли жесткости, которые откладываются в виде осадка (накипи) на греющей поверхности теплообменников, выпарной установки, вакуум-аппаратов. Образование накипи отрицательно влияет на производительность сахарного завода.

Редуцирующие вещества. Редуцирующие вещества — смесь глюкозы и фруктозы. В свекле хорошего качества содержится до 0,1 % редуцирующих веществ к ее массе. При ухудшении качества свеклы содержание редуцирующих веществ увеличивается.

Редуцирующие вещества в процессе очистки разлагаются с образованием окрашенных соединений (красящих веществ), что приводит к повышению цветности продуктов и ухудшению качества готовой продукции.

Минеральные вещества (зола). Это в основном катионы металлов. Основными компонентами золы сахарной свеклы являются калий и натрий. Они при очистке сока не удаляются и полностью переходят в мелассу, повышая содержание в ней сахарозы. Считается, что 1 часть данных катионов удерживает в мелассе 5 частей сахарозы.

Стоит отметить, что содержание в сахарной свекле калия и натрия в засушливые годы повышается.

Красящие вещества свекловичного сока. Корнеплоды сахарной свеклы белого цвета, следовательно, и находящийся в вакуолях клеток сок бесцветен. Но выжатый из измельченной свекловичной кашки сок уже окрашен в черный цвет. Свекловичная стружка также на воздухе постепенно окрашивается в желтый, красный, фиолетовый и, наконец, в черный цвет. Появление темной окраски связано с окислением веществ (пирокатехин, тирозин, и, особенно, дигидроксифенилаланин), находящихся в соке свеклы. Окислительный процесс идет при содействии окисляющего фермента — оксидазы (тирозиназы), которая при повышении температуры выше 80 °С разрушается, после чего окисление кислородом воздуха прекращается и черная окраска не появляется.

Темноокрашенные вещества не растворены в соке, а лишь суспензированы. Эта суспензия прочна под защитным действием белков.

При коагуляции белков осаждаются и темноокрашенные вещества сока. На дефекации темноокрашенные вещества свекловичного сока в основном коагулируют и удаляются вместе с дефекосатурационным осадком.

Таблица 1.

Физико-химические свойства сахарной свеклы 

2.Способы хранения сахарной свёклы в свежем виде.

Корнеплоды, предназначенные для выработки сахара, хранят на приемных пунктах сахарных заводов. Их укладывают в бурты.— кагаты. Выкопанную свеклу отправляют на заводы или оставляют на некоторое время в поле. Для этого делают площадки, на которых устраивают полевые кагаты, должны быть ровными, с небольшим уклоном для стока воды.

Примерные размеры следующие (м): ширина основания 6, высота 1,5-1,75, ширина верхней площадки 2,5-3, длина не менее 10, то есть в поперечном сечении в виде трапеции. Предварительно площадки очищают от растительных остатков, утрамбовывают и обрабатывают известью-пушонкой из расчета 200 г/м2. В полевые кагаты укладывают только кондиционную свеклу. По мере формирования боковые стороны кагатов укрывают влажной землей сначала слоем 15-20 см, затем при понижении температуры воздуха его толщину увеличивают до 40-50 см. Сверху кагаты укрывают соломенными или камышитовыми матами. При недостатке материалов для укрытия свеклу укладывают в треугольные кагаты (ширина у основания 3-4 м, высота 1,5-1,75 и ширина верхней площадки 0,25 м). Кагаты такого типа сплошь укрывают более тонким слоем земли.

На свеклоприемных пунктах и на территории сахарных заводов корнеплоды укладывают в более крупные кагаты, размещенные на специально отведенной площадке — кагатном поле. Размеры поля зависят от количества свеклы и высоты кагатов. В среднем укладывают корнеплодов 5-6 тыс. т на 1 га. При помощи кагатоукладчиков и формировании кагатов высотой 5-7 м свеклу укладывают из расчета 15-21 тыс. т на 1 га.

Кагатное поле подготавливают заблаговременно. Отведенный участок выравнивают грейдером, тщательно удаляют все пожнивные растительные остатки, камни и посторонние предметы. После этого участок укатывают тяжелыми катками и дезинфицируют известью (2 т/га). За 2-3 сут до укладки свеклы поле разбивают под кагаты. Свежую и здоровую свеклу укладывают в кагаты длительного хранения, корнеплоды среднего качества — для средних сроков хранения, свеклу с механическими повреждениями, подмороженную и с содержанием подвяленных корней выше норм, предусмотренных стандартом,— в кагаты краткосрочного хранения или на переработку.

Сахарную свеклу, предназначенную для длительного хранения, укладывают обычно после 1 октября. До этого срока температура воздуха в основных свеклосеющих районах относительно высокая, что вызывает интенсивное дыхание хранящихся корнеплодов. Ширина у основания кагатов длительного хранения 22-25 м, высота 4-6 и ширина верхней площадки 6-8, длина различная — 50 -100 м и более. Размеры кагатов изменяют в зависимости от состояния свеклы, средств механизации и установок для активного вентилирования.

Свеклу для краткосрочного хранения укладывают в кагаты меньшего размера (ширина у основания 10- 12 м и высота до 2 м). Поверхность кагата обильно опрыскивают известковым молоком. Для предупреждения нагревания корнеплодов солнечными лучами кагаты по мере формирования укрывают соломенными или камышитовыми матами. Чтобы корнеплоды охладились, на ночь маты с верхней части кагатов снимают. В пасмурную погоду кагаты не закрывают и днем. Расход матов на каждые 100 т уложенной свеклы составляет 80 м2. Кагаты укрывают также щитами и плитами из опилок и торфа, кострольняными рогожами. Подобные покрытия служат несколько лет. Для укрытия ими кагатов и снятия применяют автомобильные краны. Перспективно использование более легких материалов, например покрытия из поролона, пенопласта и др. Рулонные панели состоят из полиэтиленовой пленки-чулка и термоизоляционного вкладыша (контрольная рогожка, волнистый картон, стеклохолст). Срок службы таких укрытий — четыре года (у камышитовых матов — полтора) при более высокой экономической эффективности.

Необходимое условие успешного хранения сахарной свеклы — систематический контроль за температурой в кагатах, что позволяет своевременно ликвидировать очаги гниения и самосогревания. Оптимальная температура хранения 1 .3°С. С повышением температуры усиливается дыхание корнеплодов, интенсифицируются микробиологические процессы, а следовательно, возрастают потери сахара. Температуру в кагатах контролируют ртутными термометрами в деревянной оправе (как и буртовые) и электрическими термометрами сопротивления. На 300 т свеклы устанавливают один термометр, но не менее трех на кагат.

Если температура в кагате не превышает средней наружной температуры воздуха на 1-3°С, то это свидетельствует о нормальных условиях хранения. Повышение температуры в кагате, не связанное с повышением температуры атмосферного воздуха, а тем более происходящее при снижении ее, указывает на неблагополучное хранение. Температура в кагатах не должна опускаться ниже 0 °С. Если она снизилась до —1 °С, кагаты дополнительно укрывают.

При появлении отдельных очагов самосогревания загнившие корнеплоды немедленно выбирают и образовавшуюся яму заполняют здоровыми, обработанными известью-пушонкой. Для учета изменения массы свеклы и потерь сахара при хранении в каждый кагат укладывают пять—восемь сеток, заполненных свеклой. При закладке их взвешивают и определяют содержание сахара в корнях. В конце хранения сетки со свеклой снова взвешивают и анализируют. По разности массы пробы свеклы в начале и конце хранения определяют общую потерю, а по разности содержания сахара — его потери за период хранения. Потери сахара при хранении свеклы в высоких кагатах меньше, чем в низких. В высоких кагатах более эффективно используют площадь и материалы для укрытия, зимой и весной температурный режим более благоприятен, чем в обычных.

Наиболее эффективный способ снижения температуры в кагатах — активное вентилирование. Его применяют, если температура атмосферного воздуха ниже температуры в кагатах не менее чем на 3 °С. При меньшей разности способ неэффективен. Для активного вентилирования на кагатном поле укладывают воздухопроводы, углубляя их в землю или размещая по поверхности. При поперечной схеме вентилирования воздухопроводы располагают один от другого на расстоянии 1,4 - 1,6 высоты кагата. Активное вентилирование проводят главным образом в теплый осенний период, преимущественно ночью.

При температуре наружного воздуха ниже 0 °С вентилирование прекращают, так как оно может вызвать частичное подмораживание свеклы. Для предупреждения увядания корнеплодов при активном вентилировании рекомендуется увлажнять воздух, подаваемый вентиляторами. В результате температура в кагатах снижается более интенсивно, поддерживается оптимальная (90-94%) влажность воздуха. Расход воды на один осевой вентилятор 40-50 кг/ч.

Вопросы для закрепления изученного материала:

1. От чего зависит технологическое качество свеклы?

2. На чем основаны способы определения содержания сахарозы в свекле?

3. Уборка сахарной свеклы.
4.Строение, химический состав и технологические качества сахарной свеклы.

Вопросы для самостоятельного изучения:

1.Хранение корнеплодов сахарной свёклы.

Информационное обеспечение обучения: телевизор, видеоматериал.