ИЗВЛЕЧЕНИЕ САХАРА ИЗ СТРУЖКИ (ДИФФУЗИЯ)

Извлечение сахара из свекловичной стружки в сахарном производстве основано на процессе диффузии. Диффузия (распространение) — самопроизвольный переход веществ из мест с более высокой концентрацией в места с более низкой концентрацией за счет броуновского движения молекулы.

Процесс извлечения сахара из стружки часто называют диффузией, а аппараты в которых проводится этот процесс — диффузионными¹.

7.4.1. Основы диффузионного процесса

Корнеплод сахарной свеклы состоит из микроскопических клеток. В каждой из этих клеток содержится клеточный сок, представляющий собой водный раствор сахарозы и несахаров.

Сок находится внутри клетки и окружен рядом мембран. Внешняя мембрана состоит из клетчатки, а расположенная под ней — из белка. Строение клетки сахарной свеклы представлено на рис. 7.10.

Мембрана, состоящая из белка (протоплазма клетки), имеет очень малый размер пор, через которые проходит только вода, а сахар и несахара, имеющие больший размер молекул по сравнению с водой, не проходят. Поэтому если кусочки сахарной свеклы поместить в воду с температурой до 60°С, сахар из них не будет переходить в раствор.

Чтобы сахар переходил в раствор, необходимо разрушить протоплазму. Для этого ткань свеклы необходимо нагреть до температуры ~60°С. При этой температуре происходит коагуляция (свертывание) белка (см. рис. 7.106), что приводит к разрушению мембраны, состоящей из белка (протоплазмы).

После этого сахар и несахар могут проходить (за счет процесса диффузии) через внешнюю мембрану клетки, имеющую размер пор больше размера молекул сахарозы. Эта мембрана, представляющая собой оболочку клетки, состоит из клетчатки, которая при нагревании практически не изменяется.

______________________________

¹В сахарном производстве для обозначения извлечения сахара из стружки наряду с термином диффузия используются и термины «высоложивание», «обессахаривание », «экстрагирование»

 

Иная картина наблюдается при замораживании и размораживании свеклы, прессовании измельченной свеклы. При замораживании ткани свеклы образуются кристаллики льда, которые разрывают как протоплазму, так и клеточную стенку. Из разорванной таким образом клетки клеточный сок вытекает в окружающую жидкость. Поэтому оттаявшая свекла быстро теряет сахар.

Подобная картина наблюдается и при механическом измельчении и прессовании. Однако механическим способом и прессовым невозможно разрушить все клетки.

 

.Поэтому при прессовом способе сахара из измельченной массы извлекается меньше, чем при диффузионном. Вследствие этого именно диффузионный способ и применяется в сахарном производстве.

Количество клеточного сока составляет 92 — 94% кг на 100 кг свеклы. Эта величина получила название сокового коэффициента.

В этом количестве сока в растворенном виде находится сахароза и несахара.

Концентрацию сахара в клеточном соке можно определить, разделив величину сахаристости свеклы на количество сока (соковой коэффициент) и перемножив на 100.

 

 

Например, для сахаристости свеклы СХсв = 16,5%:

100% = 17,6%,

т.е. концентрация сахара в клеточном соке примерно на 1% выше в сравнении с сахаристостью свеклы.

Поскольку концентрация сахара в клеточном соке свеклы (стружки) значительно выше, чем в окружающей жидкости (экстрагенте), то за счет разности концентрации сахар будет переходить из стружки в жидкость.

Процесс диффузии описывается законом Фика, согласно которому количество продиффундировавшего вещества (сахара) S прямо пропорционально разности концентрации С — с поверхности раздела F, продолжительности процесса t и обратно пропорционально толщине слоя -х.

 

,

 

где: Д — коэффициент диффузии, зависящий от температуры и природы диффундирующего вещества.3 04.12.

Из закона Фика следует, что обессахаривание стружки будет тем лучше, чем выше температура, тоньше стружка, больше продолжительность процесса и больше подается воды, т.е. чем больше величина С — с.

Однако при обессахаривании стружки важно не только максимально извлечь сахар, но и получить сок хорошего качества (с меньшим содержанием несахаров) и по возможности содержащего меньше воды, т.е. с более высокой концентрацией сухих веществ.

Из-за указанного выше параметры извлечения сахара диффузионным способом определенным образом лимитированы.