Патент на изобретение №2200197

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СИРОПА ИЗ САХАРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к сахарной промышленности. Способ предусматривает экстракцию стружки водой, имеющей солесодержание не более 30 мг/л. Соотношение массы воды и стружки составляет 1,1:1-1,5:1. Экстракцию проводят в течение 30-75 мин с получением диффузионного сока. Его охлаждают и подвергают ультрафильтрации в несколько стадий с разбавлением концентрата между ними указанной водой при коэффициенте разбавления 1,1-1,7. Смешивают полученные на каждой стадии ультрафильтраты и смесь подвергают умягчению. Затем объединенный ультрафильтрат сгущают путем обратного осмоса, например, до содержания сухих веществ (СВ) 25-40% с последующим выпариванием до СВ 55-70%. Способ обеспечивает уменьшение потерь сахарозы, улучшение качества сиропа и снижение эксплуатационных затрат на процесс. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано для получения сиропа из сахаросодержащего сырья, например свекловичной стружки.

Известен способ получения сиропа из свекловичной стружки, предусматривающий экстракцию сахарозы из стружки водой с получением диффузионного сока, его очистку путем дефекации, сатурации, сульфитации и фильтрации. Полученный и очищенный диффузионный сок затем упаривают до состояния сиропа с содержанием сухих веществ 60-65% с последующей его очисткой и фильтрацией, после чего он поступает на варку первого утфеля (Востоков А.И., Лепешкин И.П. Свеклосахарное производство. – М.: Пищевая промышленность, 1973, с.42).

Указанный выше способ, хотя и получил широкое распространение, обладает рядом недостатков.

Высокое содержание ионных примесей в воде (до 400-600 мг/л) снижает скорость экстракции сахарозы из стружки, а следовательно, и выход сахара. Для получения известкового молока и сатурационного газа требуется наличие энергоемкого процесса обжига известняка. Известковая очистка сока от высокомолекулярных соединений (ВМС), коллоидов и других несахаров приводит к образованию большого количества отходов, а также к значительному насыщению сока ионами жесткости, которые полностью не удаляются в процессе двухстадийной сатурации, что затрудняет упаривание сока из-за интенсивного накипеобразования на нагревательных поверхностях.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ, предусматривающий экстракцию сахарозы из стружки сахаросодержащего сырья водой с солесодержанием не более 30 мг/л, в течение 90-120 минут с получением диффузионного сока, его охлаждение, ультрафильтрацию в несколько стадий, с разбавлением в 2,5-3,5 раза сока перед первой стадией и образующегося на каждой стадии концентрата указанной выше водой. При этом полученные на стадиях ультрафильтраты смешивают, затем объединенный ультрафильтрат умягчают и концентрируют методом обратного осмоса до получения сиропа с содержанием СВ 30-50% и фильтрата, имеющего солесодержание не более 30 мг/л, с последующим использованием его в процессе экстракции и ультрафильтрации (Патент Российской Федерации 2118664, C 13 D 3/16, на изобретение “Способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья”).

Недостатки указанного способа заключаются в следующем. Процесс экстракции проводят таким образом, что получающийся жом содержит большое количество сахарозы, при этом в диффузионный сок из стружки переходит много несахаров: гидратопектина, ВМС, кислот и других. Как следствие, например, в свеклосахарном производстве, потери сахарозы в жоме достигают 0,3-0,5% к массе свеклы, а доброкачественность диффузионного сока составляет 85-86%.

Невысокое качество сока вызывает необходимость большего разбавления перед ультрафильтрацией сока и образующихся на каждой стадии концентратов, что приводит к получению объединенного ультрафильтрата с низким содержанием СВ~ 2,4%, для сгущения которого требуется большее количество дорогостоящих установок обратного осмоса и существенные эксплуатационные затраты. Кроме того, при сгущении сока с содержанием СВ более 40% путем обратного осмоса необходимо применение высоконапорных и энергоемких установок, что удорожает эту операцию в сравнении с сгущением такого сока путем выпаривания.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении потерь сахарозы в жоме, повышении качества получаемого диффузионного сока и сиропа и снижении затрат на сгущение объединенного ультрафильтрата.

Это достигается за счет того, что в предложенном способе производства сиропа предусматривается экстракция измельченного сахаросодержащего сырья водой с солесодержанием не более 30 мг/л с получением диффузионного сока, его охлаждение, ультрафильтрацию в несколько стадий с разбавлением концентрата между ними указанной водой, смешивание полученных на каждой стадии ультрафильтратов, умягчение объединенного ультрафильтрата и его сгущение обратным осмосом, при этом экстракцию проводят при соотношении массы воды и сырьевой стружки 1,1:1-1,5:1 в течение 30-75 мин и процесс ультрафильтрации ведут с коэффициентом разбавления концентрата 1,1-1,7.

Умягченный ультрафильтрат целесообразно обесцвечивать путем ионного обмена на анионитах или адсорбции на активированном угле. Сгущение объединенного ультрафильтрата обратным осмосом следует вести до СВ 25-40%, после чего полученный полусироп выпаривают до сиропа с содержанием СВ 55-70%. Указанным выше путем целесообразно обесцвечивать и сироп.

Предложенный способ поясняется технологической схемой, изображенной на чертеже, и заключается в следующем.

Из емкости 1 забирают воду с солесодержанием не более 30 мг/л. При помощи установки регулирования рН 2 водородный показатель воды доводят до уровня 5,5-6,5 и затем ее подают в экстрактор 3. В экстрактор противоточно воде подают стружку сахаросодержащего сырья. Экстракцию проводят при следующих условиях: температура 60-75^oС, массовое соотношение воды и стружки 1,1:1-1,5: 1, продолжительность процесса 30-75 мин. При таких условиях потери сахарозы в жоме снижаются до 0,1-0,2% к массе сахаросодержащего сырья, уменьшается переход в диффузионный сок несахаров: гидратопектина, белков, жиров и других веществ и, как следствие, получают сок с доброкачественностью 88-90% и содержанием СВ 11-14%.

Получающийся в процессе экстракции жом отводят из экстрактора, прессуют и используют в качестве корма для животных. Образующуюся при прессовании жома жомопрессовую воду очищают термическим или химическим или другим известным способом и возвращают, например, для разбавления концентрата на стадии ультрафильтрации.

Полученный в процессе экстракции диффузионный сок охлаждают до температуры 20-40^oС в теплообменнике 4, очищают от механических примесей на фильтре 5 и собирают в емкость 6. После заполнения емкости 6 подачу диффузионного сока переключают на емкость 7.

Из заполненной емкости 6 сок направляют на установку ультрафильтрации 8, в которой используют мембраны, пропускающие воду, сахарозу, низкомолекулярные соединения и задерживающие ВМС, пектины и коллоиды и некоторые другие несахара. Ультрафильтрацию проводят в несколько стадий. На каждой стадии образуется два продукта: ультрафильтрат и концентрат. Ультрафильтрат со всех стадий отводят и собирают в емкость 9, а концентрат с каждой стадии возвращают в емкость 6.

После проведения первой стадии ультрафильтрации оставшийся в емкости 6 концентрат разбавляют в 1,1-1,7 раза водой из емкости 1 или очищенной жомопрессовой водой, водородный показатель которых доводят до уровня 8-11 при помощи установки регулирования рН 10. Разбавленный концентрат подвергают второй, при необходимости третьей и четвертой стадиям ультрафильтрации, с разбавлением образующегося концентрата указанным выше способом.

В результате получают объединенный ультрафильтрат с содержанием СВ 8-11% и доброкачественностью 90-92%.

После проведения последней стадии ультрафильтрации установку 8 переключают на работу с соком из емкости 7. Ультрафильтрация его осуществляется аналогичным образом, в несколько стадий, с разбавлением образующегося концентрата.

Оставшийся в емкости 6 концентрат сливают и направляют на дальнейшую переработку, а в освободившуюся емкость 6 вновь собирают диффузионный сок.

После ультрафильтрации сока из емкости 7 установка 8 вновь переключается на работу с емкостью 6 и т.д.

Концентрат после последней стадии ультрафильтрации имеет доброкачественность 20-25% и содержит 8-12% СВ. Сухие вещества в концентрате на 95-97% состоят из пектинов, белков, других ВМС и не сахаров. В этой связи концентрат используют в качестве белкового корма для животных сразу или после дополнительной переработки. Из концентрата также выделяют ценные компоненты, например пектин.

Объединенный ультрафильтрат из емкости 9 направляют для умягчения на установку 11, загруженную катионитом в натриевой или калиевой форме. Регенерацию катионита осуществляют раствором натриевой или калиевой соли. При регенерации получают растворы, содержащие десорбированные соли. Регенерационные растворы используют для получения ценных компонентов, например хлористого магния.

Умягченный ультрафильтрат направляют для обесцвечивания в колонну 12, заполненную анионитом в хлор-форме или активированным углем. Регенерация анионита осуществляется комбинированным раствором соли и щелочи. Образующиеся при регенерации растворы, содержащие десорбированные несахара, используют для получения ценных компонентов, например лимонной, яблочной кислот и других соединений. Регенерация угля осуществляется после его выгрузки термическим или термохимическим способами.

Обесцвеченный ультрафильтрат подают на сгущение, которое следует проводить в две стадии. Первую стадию осуществляют на установке обратного осмоса 13 с получением полусиропа с содержанием СВ 25-40% и фильтрата, представляющего собой воду с солесодержанием не более 30 мг/л, в которой сахароза присутствует в виде следов.

Фильтрат собирают в емкость 1, а также используют для регенерации катионитов, анионитов и других нужд предприятия.

Полученный полусироп собирают в емкость 14, откуда подают на выпарную установку 15, где осуществляют его окончательное сгущение до сиропа с содержанием СВ 55-70%. Готовый сироп имеет доброкачественность 92-95% и цветность 10-15 условных единиц оптической плотности. Его собирают и хранят в емкости 16. Сироп, полученный из необесцвеченного ультрафильтрата, имеет доброкачественность 90-92% и цветность 150-200 условных единиц оптической плотности.

Колонну обесцвечивания 13 можно устанавливать и после выпарной установки (на чертеже не показана).

Пример.

В лабораторный экстрактор подают стружку сахарной свеклы с содержанием сахарозы 17,1% в количестве 10 кг/ч. Противоточно стружке подают воду с солесодержанием не более 30 мг/л, рН 5,9. Расход воды 12 кг/ч. Массовое соотношение экстрагента и стружки составляет 1,2:1, что обеспечивает среднюю разность концентрации сахарозы в головной и хвостовой части экстрактора 3,6%. Температура экстракции 70^oС, продолжительность 60 мин.

Из экстрактора отбирают диффузионный сок в количестве 15 кг/ч. Получают сок с следующими показателями: СВ 12,84%, содержание сахарозы 11,3%, доброкачественность 88%. Потери сахарозы в жоме составляют 0,2% к массе свеклы. Сок охлаждают до температуры 25^oС и затем очищают от взвесей на механическом фильтре с порогом задержания 50 мкм.

Набирают в емкость 15 кг диффузионного сока с указанными выше параметрами. Из емкости сок подают на установку ультрафильтрации, где используют мембрану с порогом отсечения по молекулярной массе 20 тысяч Дальтон. Ультрафильтрат из установки (с первой и последующих стадий ультрафильтрации) отводят и собирают в отдельную емкость. Первую стадию проводят до тех пор, пока в емкости не остается 3,1 кг концентрата.

Концентрат разбавляют в 1,35 раза водой с солесодержанием не более 30 мг/л и рН 8,8. Затем проводят вторую стадию ультрафильтрации, которую прекращают, когда масса концентрата в емкости достигает 1,3 кг. Концентрат разбавляют в 1,6 раза указанной выше водой. После этого проводят третью стадию ультрафильтрации. Ее завершают, когда в емкости остается 0,9 кг концентрата, который разбавляют в 1,7 раза. Затем проводят последнюю четвертую стадию ультрафильтрации, которую прекращают при остаточной массе концентрата 0,8 кг.

Концентрат с последней стадии имеет следующие показатели: содержание СВ 12%, доброкачественность 21,7%. Потери сахарозы в концентрате составляют 0,2% к массе свеклы.

Объединенный ультрафильтрат в количестве 16,7 кг имеет следующие показатели: содержание СВ 11%, сахарозы 10%, доброкачественность 90,9%.

Объединенный ультрафильтрат умягчают на ионообменной смоле типа КУ-2-8 в натриевой форме, до жесткости 0,1 мг-экв/л. Умягченный ультрафильтрат направляют на обесцвечивание, которое проводят на ионообменной смоле типа АВ-17 в хлор-форме. Обесцвеченный ультрафильтрат имеет следующие параметры: содержание СВ 10,75%, сахарозы 10%, доброкачественность 93,1%, цветность 6 условных единиц оптической плотности. Потери сахарозы в процессе умягчения и обесцвечивания (при регенерации смол) составляют 0,05% к массе свеклы.

Умягченный, обесцвеченный ультрафильтрат в количестве 16,7 кг подают на предварительное концентрирование, которое осуществляют на установке обратного осмоса с элементами марки SWC 1-4040. Рабочее давление до 40 атм. Отбирают 11,1 кг фильтрата, в результате масса исходного ультрафильтрата уменьшается до 5,6 кг.

Полученный полусироп имеет следующие характеристики: содержание СВ 31,9%, сахарозы 29,95%, доброкачественность 93,1%, цветность 6 условных единиц оптической плотности. В фильтрате обратного осмоса сахароза присутствует в виде следов.

Полусироп затем выпаривают до сиропа на выпарной вакуум-установке при температуре ~120^oС. Получают сироп с следующими показателями: содержание СВ 60%, сахарозы 55,8%, доброкачественность 93%, цветность 15 условных единиц оптической плотности.

В процессе упаривания указанного выше полусиропа на поверхностях нагрева не происходит накипеобразования. Общие энергозатраты при сгущении ультрафильтрата обратным осмосом и выпариванием уменьшаются на ~10-15%.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает снижение потерь сахарозы в жоме, повышение качества сиропа и снижение энергетических затрат на его производство.

Формула изобретения

1. Способ производства сиропа из сахаросодержащего сырья, предусматривающий экстракцию сырьевой стружки водой с солесодержанием не более 30 мг/л с получением диффузионного сока, его охлаждение, ультрафильтрацию в несколько стадий с разбавлением концентрата между ними указанной водой, смешивание полученных на каждой стадии ультрафильтратов, умягчение объединенного ультрафильтрата и его сгущение обратным осмосом, отличающийся тем, что экстракцию проводят при соотношении массы воды и сырьевой стружки 1,1: 1-1,5: 1 в течение 30-75 мин, при этом процесс ультрафильтрации ведут с коэффициентом разбавления концентрата 1,1-1,7.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сгущение умягченного ультрафильтрата обратным осмосом осуществляют до содержания сухих веществ 25-40%, после чего полученный полусироп выпаривают до сиропа с содержанием сухих веществ 55-70%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что умягченный ультрафильтрат перед сгущением обратным осмосом обесцвечивают путем ионного обмена на анионитах или адсорбции на активированном угле.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный сироп обесцвечивают путем ионного обмена на анионитах или адсорбции на активированном угле.

РИСУНКИ