VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Свекловичная стружка и сок – хорошая питательная среда для развития микроорганизмов, которые в процессе обмена веществ потребляют сахар. При соблюдении оптимального технологического режима экстракции, в первую очередь оптимальной температуры, когда жизнедеятельность микроорганизмов подавлена, неучтенные потери сахарозы в диффузионной установке не превышают 0,15 % к массе свеклы. Если технологический режим нарушен или в переработку поступает свекла низкого качества с повышенным содержанием хвостиков и обломков, инфицированная грибами и бактериями, жизнедеятельность микроорганизмов интенсифицируется, и неучтенные потери сахарозы увеличиваются до 0,3...0,4 %. Повышение неучтенных потерь отрицательно сказывается на эффективности работы не только диффузионной установки, но и всего завода.

Продукты распада сахара (молочная и уксусная кислоты, красящие вещества и др.) остаются в соке в виде солей кальция, магния и являются сильными мелассообразователями. Основным продуктом распада сахарозы является L-молочная кислота. При сильной инфицированности концентрация ее в диффузионном соке может достигать 600..700 мг/л (в обычных условиях — 50...100 мг/л).

Интенсивность развития микроорганизмов в основном зависит от температуры. При благоприятной температуре они размножаются очень быстро, достигая концентрации 10⁵...10⁶ клеток в 1 см³ сока.

По оптимальной температуре развития микроорганизмы условно делят на мезофильные и термофильные. Обмен веществ и размножение мезофильных микроорганизмов происходят при температуре 15...45 ºС с оптимумом 30...40 ºС. Термофильные микроорганизмы активно размножаются в интервале температур 50...70 °С с оптимумом 55...60 ºС. При температурах выше 70 °С жизнедеятельность микроорганизмов подавляется. В диффузионном соке найдены: Leuconostok mesenteroides, Bacterium coli, Bacillus mesentericus, Bacillus subtilis, Bacillus stearothermophilus.

Мезофильные микроорганизмы попадают в диффузионную установку с плохо отмытой или поврежденной свеклой и питающей водой. При обмене веществ они, потребляя сахар, образуют органические кислоты и газы (СО₂, СН₄, Н₂). Газы создают опасность взрыва в диффузионном аппарате и нарушают циркуляцию сокостружечной смеси в результате образования газовых пузырьков. Наиболее опасно инфицирование диффузионной установки микроорганизмами, поступающими с жомопрессовой водой, так как они уже адаптированы к условиям экстракции и дезинфектанту.

Поддержание оптимальной температуры в диффузионном аппарате имеет важное значение для сохранения условий, близких к стерильным, и снижения потерь сахарозы в процессе экстракции. При температуре экстракции 67...70 °С еще могут развиваться такие микроорганизмы, как Bacillus stearothermophilus, а при 72...75 °С развитие аэробных микроорганизмов прекращается.

Степень инфицирования сокостружечной смеси в диффузионном аппарате оперативно можно определить по изменению рН в пробах сока, отбираемых в 8...10 точках по длине (высоте) аппарата. Если диффузионная установка работает в стерильных условиях, то графическое изменение рН сока в разных точках аппарата характеризуется прямой или равномерно возрастающей кривой. Наличие одного или нескольких участков, где наблюдается резкое снижение рН, свидетельствует об активности микроорганизмов.

Поддержание в активной части диффузора температуры сокостружечной смеси выше 70 ºС не обеспечивает полной стерильности процесса, так как в головной и хвостовой частях аппарата температура сокостружечной смеси держится ниже 65 ºС. Поэтому для подавления микрофлоры в точку, расположенную примерно на 1/4 активной длины диффузионного аппарата от места подачи свежей воды, через каждые 4 ч вводят 40%-ный раствор формалина (муравьиного альдегида Н₂С=О) в количестве 0,015...0,02 % к массе свеклы. Иногда дозу формалина увеличивают до 25...30 дм³ на 100 т свеклы. Для продления действия антисептика и уменьшения его расхода дозу формалина можно разделить на несколько частей и вводить одновременно и быстро в различные точки аппарата (эффект «шоковой дезинфекции»).

Прерывистое введение дезинфицирующего раствора предотвращает интенсивное развитие микроорганизмов в диффузионном аппарате и не дает им приспособиться к определенным условиям.

Точку и периодичность ввода дезинфектанта, его количество устанавливают экспериментально в зависимости от конкретных условий.

Часть формалина вместе с диффузионным соком попадает на преддефекацию и сдерживает рост микроорганизмов на этом этапе очистки сока. Этому способствует и щелочная среда сока (рН>9,5).

Источником инфекции может быть осадок в аппаратах и трубопроводах, где рН и температура ниже, чем в соке; там наблюдаются развитие бактерий и накапливаются их споры.

При высокой стерильности диффузионных аппаратов рН среды от головной части к хвостовой будет не снижаться, а повышаться (например, от 6,3 до 7,2), так как из-за отсутствия бактерий органические кислоты почти не образуются. Такая ситуация отрицательно влияет на условия прессования жома и усиливает гидролиз пектиновых веществ. Поэтому в диффузионном аппарате иногда намеренно поддерживают инфицированность среды на определенном уровне, создавая слабокислую среду путем частичного сбраживания сахаров до молочной кислоты, что положительно сказывается на прессовании жома — больше отжимается воды. Но при создании естественной кислотности в соке безвозвратно теряется до 0,1 % сахарозы к массе свеклы. Более рационально, сохраняя стерильные условия в диффузионном аппарате, поддерживать необходимое значение рН, непрерывно добавляя на участке, расположенном на расстоянии 1/2...1/3 длины аппарата от места ввода свежей воды, 5%-ную серную кислоту (примерно 100... 110 л/ч на 100 т переработки свеклы в сутки, или около 0,015 % к массе свеклы концентрированной серной кислоты). При очистке сока большая часть серной кислоты в виде сульфатов осаждается известью. Соляную кислоту применять не следует, так как ионы хлора в процессе очистки сока не удаляются, образуя хлориды — сильные мелассообразователи.

Отрицательное действие на процесс экстракции оказывает введение в сокостружечную смесь для улучшения прессования жома хлорида кальция (около 0,05 % к массе свеклы). Кальций, адсорбируясь свекловичной стружкой, способствует десорбции калия, натрия и магния, которые вместе с неудаляемыми ионами хлора попадают в сок и сироп, усиливая мелассообразование.

При переработке подмороженной, подгнившей свеклы, когда бактерии Leuconostok начинают развиваться на корнеплодах свеклы еще в кагатах и подавить их рост в свеклоперерабатывающем отделении не удается, в диффузионный сок переходит значительная часть декстрана — продукта жизнедеятельности бактерий.

Декстран — это полисахарид с сильно разветвленной структурой. Молекулы построены из остатков D-глюкозы с преобладанием α(16)-гликозидных связей. Молекулярная масса декстрана достигает 1 млн и более. На поверхности бактериальных клеток декстран образует слизистый слой, который называют капсулой. Наличие капсулы у бактерий дает им возможность выдерживать температуру 87...88 °С. При температурах до 45 ºС бактерии Leuconostok способны размножаться. Растворяясь в диффузионном соке, декстран сильно увеличивает его вязкость, ухудшает условия очистки и фильтрационную способность. В соке увеличивается концентрация редуцирующих веществ.

Некоторые микроорганизмы (отдельные виды стрептококка и сенная палочка Bacillus subtilis), развиваясь в растворах сахарозы, образуют полифруктозиды — леваны. Леван, как и декстран, имеет разветвленную структуру молекулы, состоящей из D-фруктофуранозных остатков, соединенных β(2→6)-гликозидными связями. Молекулярная масса его приближается к молекулярной массе декстрана.

При очистке диффузионного сока известью удается осадить не более половины декстрана и левана, остальное количество переходит в очищенный сок. Они обладают положительным зарядом, поэтому на карбонате кальция не адсорбируются. Фильтрование соков, содержащих декстран и леван, можно несколько ускорить, если при известково-углекислотной очистке диффузионного сока вместе с известью вводить гипохлорид натрия или хлорную известь в количестве 0,05...0,10 % к массе свеклы для разрушения разветвленной цепи молекул полисахаридов и снижения их молекулярной массы.

Наиболее эффективное средство для разрушения структуры декстрана - фермент декстраназа. Так, при концентрации декстраназы 1 мг/дм³, температуре 45 °С и рН 5,5 вязкость диффузионного сока, содержащего декстран, через 30...35 мин снижается в 2...2,5 раза, и он легко фильтруется.

В результате образования микроорганизмами газов и наличия сапонина в диффузионном аппарате образуется много пены, которую подавляют введением 10%-ной эмульсии, приготовленной из соапстока (антипенное вещество - отход маргаринового производства) и альгината натрия (вещество, выделяемое из морских водорослей, используется как эмульгатор). Альгинат натрия можно заменять хозяйственным мылом. На 1 м³ 10%-ной эмульсии расходуют 100 кг соапстока, 890 л воды и 10 дм³ эмульгатора. Для получения устойчивой антипенной эмульсии исходные компоненты перемешивают в смесителе при температуре 80 °С в течение 20 мин.

Готовую эмульсию непрерывно подают в III, IV и VI секции наклонного шнекового диффузионного аппарата или в верхнюю часть колонного аппарата на уровне вывода обессахаренной стружки. При этом расход ее составляет 0,01 % к массе свеклы (1 кг соапстока на 100 т переработки свеклы).

Для борьбы с пенообразованием применяют также поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 0,001…0,0001 % к массе свеклы или препараты на базе силиконовых соединений или силоксана (в основном, этил- и метилполисилоксаны). Полисилоксаны не адсорбируются на кристаллах сахара, не имеют запаха и безвредны для человека.

Таким образом, существующие технологические приемы позволяют минимизировать вред от действия микроорганизмов в процессе экстрагирования сахарозы. Однако поиск новых реагентов для подавления микрофлоры в процессе экстрагирования остается актуальным.

Код для цитирования: Скопировать