Лабораторная работа № 3. Цель работы: определить качество сахара-сырца и сравнить его показатели с требованиями ГОСТ

САХАР-СЫРЕЦ – СЫРЬЁ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕЛОГО САХАРА

Цель работы: определить качество сахара-сырца и сравнить его показатели с требованиями ГОСТ.

 

Сущность методов состоит в определении качества сахара-сырца и оценке его по содержанию сахарозы, редуцирующих веществ, солей кальция, влажности, цветности в соответствии с ГОСТ.

Теоретические сведения

Тростниковый сахар-сырец представляет собой продукт переработки стеблей сахарного тростника в виде отдельных кристаллов, состоящий в основном из сахарозы (чистота сахара-сырца составляет 96-98 %). Тростниковый сахар-сырец используют как сырьё для производства белого сахара.

Состав несахаров сахара-сырца отличается от несахаров сахарной свёклы. В сахаре-сырце присутствует крахмал, воск, ряд полимеров, которые повышают вязкость растворов, затрудняют фильтрование и кристаллизацию. Содержание этих компонентов зависит от сорта сахарного тростника, климатических условий, применяемой технологии и т. д.

Средний химический состав тростникового сахара-сырца представлен в табл. 4.

Таблица 4

Средний химический состав тростникового сахара-сырца

Компонент	Массовая доля, %
Сахароза	96-98
Вода	0, 5-0, 8
Редуцирующие вещества	0, 70-1, 06
Общий азот	0, 019-0, 060
Зола углекислая	0, 45-0, 56
Коллоиды	0, 73-0, 82

 

Качество сахара-сырца в России регулируется требованиями ГОСТ Р 52305-2005 (табл. 5-6).

Таблица 5

Органолептические показатели сахара-сырца

Наименование показателя	Характеристика
Внешний вид	Кристаллический, сыпучий, имеет свойство к слипанию кристаллов
Цвет	От светло-жёлтого до темно-коричневого
Запах	Свойственный сахару-сырцу, без постороннего запаха

 

Таблица 6

Физико-химические показатели сахара-сырца

Наименование показателя	Значение
Массовая доля сахарозы, %, не менее	97, 0
Массовая доля влаги, %, не более	0, 70
Массовая доля редуцирующих веществ, %, не более	0, 50
Цветность, единиц оптической плотности (единиц ICUMSA), не более - при длине волны 420 нм - при длине волны 560 нм

 

 

Несахара сахара-сырца и их влияние на его качество

 

Крахмал

Сахарная свёкла и продукты её переработки в отличие от тростника и продуктов его переработки не содержат крахмала.

Крахмал – один из продуктов фотосинтеза, протекающего в зелёных частях растений. При измельчении тростника и последующего его отжатия значительная часть крахмала, содержащегося в стеблях, переходит в сок. Крахмал относится к числу высокомолекулярных полисахаридных соединений. Он состоит из двух полисахаридных фракций: амилозы и амилопектина.

В состав амилозной фракции входят линейные полисахариды с молекулярной массой от 15 тыс. до 1 000 000 и более, амилопектиновой – разветвлённые полисахариды с молекулярной массой 5× 10⁸. По сравнению с амилозой амилопектин менее растворим в воде и более устойчив при различных видах технологической обработки крахмала.

Растворению крахмальных полисахаридов предшествует набухание, при температуре 50-60 ^оС происходит набухание по всей массе зёрен крахмала, сопровождающееся клейстеризацией. В результате клейстеризации наблюдается резкое повышение вязкости. При температуре выше 60 ^оС степень клейстеризации возрастает.

В условиях тростниково-сахарного завода крахмал, перешедший в сок, клейстеризуется и в сахаре-сырце остаются продукты клейстеризации крахмала.

Известно, что сахар-сырец, полученный из тростника с высоким содержанием крахмала, вызывает затруднения при фильтровании на рафинадных заводах. Причём улучшения фильтрования нельзя достигнуть увеличением промывки сахара водой или более интенсивным процессом аффинации. Это свидетельствует о том, что крахмал (точнее продукты его разрушения) находится в виде включений в кристаллах сахара-сырца.

Содержание крахмала в сахаре-сырце в среднем составляет 100-140 мг/кг (0, 010-0, 014 %). Оно зависит от сорта тростника, климатических условий и сроков его уборки. Так, сырец, полученный при переработке сахарного тростника, выращенного во влажный год, может содержать до 800-1000 мг/кг (0, 08-0, 1 %) крахмала.

Наличием преобладающего количества крахмала внутри кристаллов тростникового сахара-сырца объясняется низкий эффект удаления крахмала при аффинации.

Воск

Стебель сахарного тростника покрыт тонкой плёнкой из воска. При измельчении стеблей тростника и прессовании измельчённой массы примерно 60 % воска переходит в сок. При очистке сока основное количество воска переходит в осадок, а оставшаяся часть накапливается в очищенных продуктах и из них при кристаллизации попадает в кристаллы сахара-сырца.

Известно, что наличие повышенных количеств воска в сахаре-сырце вызывает затруднения при фильтровании очищаемых растворов, что обусловлено свойствами воска.

Воски представляют собой главным образом сложные эфиры одноосновных насыщенных карбоновых кислот и спиртов с 12-46 атомами «С» в молекуле. Они по своим свойствам близки жирам (триглицеридам), но отщепляются только в щелочной среде.

Воск сахарного тростника содержит 78-82 % эфиров, 3-5 % насыщенных и ненасыщенных углеводородов, 2-4 % насыщенных жирных кислот, и 6-7 % спиртов С₂₄-С₃₆.

Температура плавления воска сахарного тростника 76-79 %, его плотность 0, 977 г/см³. Воск нерастворим в холодном этиловом спирте, хорошо растворим в бензине, хлороформе, бензоле, диэтиловом эфире. При помощи указанных растворителей воск можно извлечь из осадка.

Воск сахарного тростника (подобно жирам) способен омыляться в щелочной среде, что частично и происходит при очистке сока известью. В результате этого воск при очистке частично растворяется с образованием слаборастворимых солей Са и Mg жирных кислот. При сгущении сока их концентрация увеличивается и они выпадают в осадок, частицы которого в сиропе и оттёках находятся во взвешенном (суспендированном) состоянии. В процессе уваривания они практически не включаются в кристаллы сахара, а лишь укрупняются. При центрифугировании сахара часть их задерживается слоем сахара, и таким образом они попадают в сахара. Подтверждением этого служит то, что при работе тростниково-сахарного завода по трёхкристаллизационной схеме сахар А содержит больше жироподобных веществ, чем сахара В и С.

Наличие с сахаре-сырце воска (жироподобных веществ) отрицательно сказывается на фильтрационной способности растворов сырца. Эти вещества могут заклеивать поры и ухудшать фильтруемость. Однако, несмотря на более высокое содержание в сахаре А суспендированных жироподобных продуктов, его растворы фильтруются лучше, чем растворы сахара В, содержащего меньше этих веществ. Именно поэтому можно считать, что влияние жироподобных веществ воска сахарного тростника на фильтрационную способность сказывается в меньшей степени, чем крахмала.

Воск, как уже отмечалось выше, не растворяется в этиловом спирте. Поскольку в сахарном производстве содержание коллоидов определяют с помощью спирта, то в этом случае будет осаждаться и воск, т. е. в суммарное количество, осаждаемых спиртом веществ входит и воск. Именно из-за этого его относят к коллоидам.

Силикаты и окись кремния

Среди неорганических веществ тростникового сахара-сырца с технологической точки зрения особенно неприятны силикаты, которые в процессе очистки удаляются лишь частично, а их остатки откладываются в виде накипи на греющей поверхности вакуум-аппаратов и включаются в кристаллы сахара-песка.

В тростниковом сахаре-сырце силикаты представлены растворимыми солями K₂SiO₃ и Na₂SiO₃, которые с ионами Ca²⁺ и Mg²⁺ могут давать осадки CaSiO₃ и MgSiO₃. Часть силикатов находится и в виде окиси кремния.

Содержание силикатов в сахаре-сырце колеблется довольно значительно – от 30 до 200 мг/кг. При этом обычно, чем больше содержание золы в сахаре-сырце, тем выше и содержание силикатов.

Наличие силикатов в тростниковом сахаре-сырце обусловлено как составом перерабатываемого сырья, так и используемой на технологические нужды воды.

При рафинировании сахара-сырца (при аффинировании, очистке известью и углекислотой, активным углем и ионообменными смолами) силикаты удаляются незначительно.

Содержание силикатов (мг/кг) при рафинировании тростникового сахара-сырца на одном из заводов Йокохама приведены ниже:

сахар-сырец – 56, 56

технологическая вода – 53, 79

адсорбировано углём – 20, 6

адсорбировано ионообменной смолой – 6, 37

перешло в осадок – 8, 27

содержание в белом сахаре – 1, 60

содержанием в мелассе – 69, 50.

 

Установлено, что наиболее эффективно растворимые силикаты в технологическом процессе удаляются перекристаллизацией.

Декстран

Декстран представляет собой полисахарид, состоящий из остатков глюкозы в основном из прямых цепей с a-1, 6-связями и небольшого количества боковых цепей со связью a-1, 3 и a-1, 4. Молекулярная масса декстрана колеблется от 10⁵ до 10⁷. Он не обладает восстанавливающей способностью, оптически активен – его удельное вращение +200^oZ.

Декстран образуется в результате жизнедеятельности бактерий Leuconostoc mesenteroides и Leuconostoc dextranicim при уборке, транспортировке и переработке несвежего, частично порченного тростника, поражённого этими бактериями. Переработка такого тростника вызывает затруднения на станциях фильтрования и кристаллизации. Значительная часть декстрана переходит в сахар-сыпец.

Содержание декстрана в сахаре-сырце, произведённого в разных странах и на различных заводах колеблется от 20 до 1000 мг/кг. Оно зависит от ряда факторов, главным из которых является качество перерабатываемого тростника – степень его заражённости лейконостоком. Верхний предел содержания декстрана в сахаре-сырце составляет 5000 мг/кг, в то время как крахмала – 1000 мг/кг.

В сахаре-сырце основная часть декстрана как и крахмала находится внутри кристаллов сахара, поэтому при аффинировании из сахара-сырца удаляется примерно 30 % декстрана, а большая его часть остаётся в кристаллах и переходит в сироп.

Известью декстран осаждается незначительно, образуя с частицами СаСО₃ слизистый, плохо фильтруемый осадок. Эффект удаления декстрана в процессе очистки составляет 20-25 %.

Известно, что чем больше молекулярная масса декстрана, тем в большей степени он ухудшает фильтрование, так как препятствует образованию агрегатов СаСО₃. Однако, влияние декстрана на фильтрационную способность дефекосатурационной клеровки всё же меньше, чем крахмала.

Активным углём и ионообменными смолами декстран практически не удаляется. Перекристаллизацией он удаляется примерно на 80 %.

Азотистые вещества

Содержание общего азота в сахаре-сырце в зависимости от его качества колеблется от 0, 01 до 0, 06 %. При этом на долю белкового азота приходится примерно половина суммарного его количества в сырце.

Небелковый, или так называемый вредный азот в сахаре-сырце представлен главным образом аминокислотами. При этом в сахаре-сыре в наибольшем количестве присутствуют аминокислоты: аспарагиновая, глутаминовая, аланин и валин. При переработке
тростникового сахара-сырца аминокислоты, аналогично как и в свеклосахарном производстве, не осаждаются известью, практически не адсорбируются карбонатом кальция и накапливаются в мелассе.

В процессе известково-углекислотной очистки суммарный эффект удаления азотистых веществ сахара-сырца составляет примерно 55 %, белкового азота 95 %, а небелкового только около
10 %. Именно этим объясняется, что в суммарном количестве азотосодержащих веществ мелассы примерно 9 % приходится на аминокислоты.

Органические кислоты

В тростниковом сахаре-сырце содержится от 0, 04 до 0, 07 % органических кислот.

Таблица 7

Содержание органических кислот в сахаре-сырце из разных стран

Органические кислоты, мг/кг	Страна
Куба	Австралия	Тайланд	Филиппины
Молочная
Аконитовая
Малоновая	17, 7	17, 7	24, 3	21, 2
Лимонная		62, 4		73, 8
Гликолевая	14, 2	15, 5	12, 8	16, 5
Щавелевая	17, 3	15, 7		19, 3
Валериановая	2, 9		4, 6	2, 7
Фумаровая	13, 4		8, 9	12, 2
Левулиновая	18, 2	13, 8	25, 5	19, 9
Янтарная	17, 5	24, 9		21, 2
Уксусная	69, 8	80, 5	71, 3	79, 5
Итого	415, 6	708, 5	429, 2	525, 6

 

Кальциевые соли щавелевой, лимонной, аконитовой кислот плохо растворимы в воде. Поэтому под действием извести в процессе очистки они выпадают в осадок. Кальциевые соли аконитовой кислоты имеют несколько большую растворимость, чем две первые, поэтому она в меньшей степени осаждается. Остальные же кислоты известью практически не осаждаются. При сгущении раствора в процессе уваривания утфеля часть этих кислот может выпасть в осадок.

В целом же можно считать, что при известково-углекис-
лотной очистке количество органических кислот, поступающих с сахаром-сырцом, уменьшается примерно в два раза. Однако оставшееся их количество в очищенной клеровке в виде солей кальция в 10 раз меньше по сравнению с количеством солей кальция образующихся в результате разложения редуцирующих сахаров.