Научное обоснование образования сахаратов и разработка способов очистки сахарсодержащих растворов

Для повышения выхода и качества товарного сахара необходимо разО витие теории и совершенствование технологии известково-углекислотнои очистки сахарных соков.

Одним из принципиальных теоретических вопросов технологии сахарного производства является взаимодействие сахарозы с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов. Изучением реакций, протекающих между сахарозой и основаниями, занимались многие ученые: П. М. Силин, С. Е. Харин, А. Р. Сапронов, М. И. Даишев, Л. Д. Бобровник, Р. С. Решетова, & Д. В. Озеров, Ю. И. Молотилин, Р. Ц. Мищук. Разработаны различные теории взаимодействия сахарозы с основаниями: замещения, комплексообразования, коллоидная и др. Хотя в литературе имеется достаточно сведений о строении и механизме образования сахаратов, единого мнения о характере взаимодействия сахарозы с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов все еще нет. Отсутствуют данные о термодинамических свойствах системы водасахароза-Са (ОН)2.

Растворимость гидроксида кальция является существенным показате-0 лем, определяющим эффективность очистки сахарсодержащих растворов. Результаты исследований растворимости Са (ОН)2 в водно-сахарных растворах освещены в работах Поляченко М. М., Смоленского К., Лосевой В. А., Бугаен-ко И.Ф. и др. Тем не менее до настоящего времени не предложено теоретически обоснованных методов расчета растворимости гидроксида кальция в водно-сахарных растворах и равновесного состава насыщенных растворов.

Перспективным направлением повышения эффективности очистки диффузионного сока является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ). К преимуществам ПАВ можно отнести высокую технологич-r> ность и возможность широкого применения на сахарных заводах в связи с незначительными капитальными затратами. В настоящее время использование ПАВ для повышения эффективности адсорбционной очистки сахарных соков недостаточно распространено. Применяемые с этой целью поверхностно-активные вещества (АМГС, ФПМ и др.) имеют ряд недостатков и не обеспечивают высокого эффекта очистки сахарных соков.

В связи с этим в настоящей работе изучены равновесия в системе вода-сахароза-основание, а также рассмотрены некоторые вопросы повышения эффекта очистки сахарсодержащих растворов.

Научная новизна работы заключается в том, что.

— теоретически обоснован характер взаимодействия сахарозы с гид-роксидами кальция и натрия в водных растворах;

— рассчитаны значения константы равновесия реакций образования сахаратов в системах вода-сахароза-гидроксид кальция и вода-сахароза-гидроксид натрия в интервале температур 298,15 < Т < 353,15 К;

— предложено уравнение для расчета коэффициентов термодинамической активности воды в зависимости от содержания сахарозы в растворе;

— предложены уравнения для расчета коэффициентов термодинамической активности ионов в растворах из воды, электролитов и сахарозы;

— разработан метод расчета растворимости гидроксида кальция в водно-сахарных растворах;

— разработаны методы расчета состава равновесных насыщенных и ненасыщенных Са (ОН)2 водно-сахарных растворов;

— разработан мс/од расчета равновесного состава тройных растворов вода-сахароза-гидроксид натрия;

— исследовано влияние ПАВ (эфиров сахарозы и их смесей с фосфа-тидами подсолнечного масла) на качество очистки сахарных соков.

Практическая значимость работы. По результатам научных исследований разработаны и испытаны на производстве способы очистки сахарсодержащих растворов с применением эфиров сахарозы и их смесей с фос-фатидами подсолнечного масла:

— способ очистки, предусматривающий введение в дефекованный сок эфиров сахарозы в количестве 0,001 — 0,005% к массе раствора (заявка № 2 003 104 002/13 на патент РФ);

— способ очистки, предусматривающий введение в дефекованный сок смеси эфиров сахарозы и фосфатидов подсолнечного масла с соотношением компонентов соответственно 1:1 — 1:9 в количестве 0,001 — 0,005% к массе раствора (заявка № 2 003 104 211/13 на патент РФ).

Предложенные способы позволяют повысить эффективность очистки сахарсодержащих растворов и увеличить выход сахара.

Апробация работы. Отдельные разделы работы выполнены по НИР 204.04.03.033 «Повышение утилизации диоксида углерода при осуществлении инжекторной сатурации сахарсодержащих растворов и разработка аппаратов с высоким эффектом адсорбционной очистки» подпрограммы 204 «Технологии живых систем» НТП Минобразования России. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии 2000 — 2003 годовнаучно-практической конференции «Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения» (Углич, 2002) — международных научно-практических конференциях «Наука и практика. Диалоги нового века» (Наб. Челны, 2003), «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (Воронеж, 2003) — научной конференции РАЕ «Современные наукоемкие технологии» (Хургада (Египет), 2003).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 139 страницах, содержит 18 рисунков, 31 таблицу. Библиографический список включает 147 источников.

Анализируя данные, полученные в ходе испытаний, комиссия сделала следующие выводы:

1. При добавлении поверхностно — активного вещества (смеси ЭС и ФПМ) в количестве 0,001 — 0,005% чистота фильтрованного сока второй сатурации возросла на 1,5 — 2,5% по сравнению с соком без добавления реагента.

2.Цветность сока уменьшилась на 10- 19% по сравнению с контролем.

3.Содержание солей кальция снизилось на 12 — 26% по сравнению с соком без добавления ПАВ.

Комиссия считает данный способ очистки сока второй сатурации перспективным для внедрения в сахарной промышленности.

Председатель комиссии: .П.Юшков.

А.Малашевский Н. Н. Тупикин Н.М. Подгорнова С. М. Петров Ю.Н. Сорокина.