СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ САХАРОЗЫ В СВЕКЛЕ ПРИ ЕЕ ХРАНЕНИИ Российский патент 1994 года по МПК G01N33/02 

Изобретение относится к переработке сахарной свеклы на сахар, в частности к контролю и учету сырья при его хранении.

Известен способ определения потерь сахарозы в свекле при ее хранении анализом массовых проб на сахаристость при укладке ее в кагат и при заборе из кагата с последующим пересчетом на первоначальную массу по контрольным сеточным пробам.

Для определения изменения массы свеклы при ее хранении в кагаты укладывают контрольные сетки с пробами корнеплодов 6-10 кг каждая из расчета на 300-500 т хранимой свеклы, но не менее шести сеток в одном сечении кагата. Сетки изготавливают из капроновой нити или просмоленного шпагата. Для формирования сеточных проб в каждом сечении отбирают одну большую среднюю пробу на различной высоте кагата. Из этой пробы составляют восемь однородных проб, шесть из них укладывают в сетку и две направляют на анализ в сырьевую лабораторию. Все шесть сеток закладывают в одном сечении кагата по месту формирования последнего. В кагаты емкостью до 2 тыс. т закладывают сеточные пробы в одном сечении по середине кагата. В кагаты от 2 до 4 тыс. т - в 2-х сечениях. В каждые последующие 2 тыс.т закладывают шесть сеточных проб в одном сечении. В каждой сетке прикрепляют проволокой фанерную этикетку-бирку, которую выводят на поверхность кагата и связывают с колышком. Вторую бирку помещают внутрь сетки. Бирку обертывают полиэтиленовой пленкой и обвязывают шпагатом. На ней делают соответствующие надписи. Для измерения температуры в кагате устанавливают один термометр на 200-300 т свеклы при высоте кагата до 3 м ширине 8-12 м. При высоте кагата 3-4 м и ширине 12-16 м - один термометр на 400-500 т свеклы; при высоте кагата 5-6 м и более, ширине 18-30 м - один термометр на 600-1000 т свеклы. Температуру в кагатах измеряют 1 раз в сутки с 8 до 10 ч, а температуру наружного воздуха - 4 раза в сутки (0,6,12 и 18 ч). Для контроля температуры во внутренних зонах кагатов в них погружают на глубину 2 м датчики температур. При высоте кагата более 4 м половину датчиков закладывают на глубине 2 м, а вторую половину - на глубине 3 м.

Потери свекломассы и сахара при хранении свеклы вычисляют по окончании забора кагатов и извлечении всех сеток. Массу свеклы при заборе определяют по формуле
P₂= (1), где Р₂ - масса свеклы при заборе, т;
Р₁ - масса свеклы при закладке, т;
Р - потери массы свеклы по сеточным пробам, %.

По разности количества сахара, уложенного в кагат и забранного из него на основании массовых анализов проб на сахаристость подсчитывают потери сахара при хранении свеклы в тоннах и процентах к массе уложенной в кагат свеклы. Делением показателей потерь массы свеклы и сахара, % на длительность хранения суток получают величину среднесуточных потерь, % к массе свеклы, уложенной на хранение.

В условиях круглосуточной разгрузки кагатов почти невозможно уловить все сетки. Потеря хотя бы одной из них или попадание ее в гидротранспортер искажает результаты определения, так как усушки в различных частях кагата иные. Отсутствие жесткости каркаса сетки не обеспечивает гарантии потери свекломассы из-за механического повреждения при закладке, хранении и выемке сетки, особенно при улавливании их в ночное время. Потерю свекломассы за счет механического повреждения установить невозможно.

Даже при улавливании всех сеток погрешность при определении усушки по сеточным пробам составляет 1,04% к массе свеклы. Причем закладка, улавливание сеток, проведение анализов - процессы сложные и трудоемкие, необходимо круглосуточное дежурство сотрудников лаборатории для улавливания сеток.

Кроме того, этот метод неприемлем при краткосрочном хранении свеклы и полевом кагатировании из-за еще больших погрешностей.

Цель изобретения - разработка более надежного и простого способа определения среднесуточных потерь сахарозы при хранении свеклы.

Поставленная цель достигается использованием известной зависимости константы скорости химической реакции от температуры. Благодаря этому исключается определение усушек свеклы по сеточным пробам, отбор массовых проб свеклы и определение ее сахаристости при заборе кагатов.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что среднесуточные потери сахарозы при хранении сахарной свеклы определяются в зависимости от среднеарифметической температуры хранения в кагате и рассчитываются по уравнению, соответствующему уравнению Аррениуса с использованием экспериментальных данных и таблицы А.Р.Сапронова, выражающей зависимость интенсивного дыхания и среднесуточных потерь сахара при хранении свеклы от температуры.

В результате аэробного (кислородного) и анаэробного (интрамолекулярного) дыхания свеклы происходит разложение сахарозы с образованием инвертного сахара, а затем в первом случае СО₂ и Н₂О, во втором - суммарным уравнением спиртового брожения. Соответствующие уравнения реакций
С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = 2С₆Н₁₂О₆;
С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О;
ΔН = +2872 кДж/г моль.

С₂Н₁₂О6 ->> 2С₂Н₅ОН + 2СО₂;
ΔН = +234,5 кДж/г моль.

Обе реакции экзотермические, поэтому происходит повышение температуры в кагатах и тепло надо удалять. Известно, что с увеличением температуры до 40^о С константа скорости реакции интенсивного дыхания корнеплодов растет: при повышении температуры на 10^о С скорость реакции увеличивается примерно в 2-4 раза. Точнее эта зависимость может быть выражена для химических реакций уравнением Аррениуса с учетом специфичности каждой реакции, характеризующейся коэффициентами А и В.

lgK = + B (2), где К - константа скорости реакции;
Т - абсолютная температура;
А и В - константы, характерные для данной реакции.

Логарифм константы скорости химической реакции обратно пропорционален абсолютной температуре. Поскольку среднесуточные потери сахарозы Х пропорциональны константе скорости реакции, то зависимость их от температуры можно выразить аналогичным уравнением. При этом для устранения отрицательных значений характеристик в таблице логарифмов, осложняющих расчеты, целесообразно выполнять расчеты на 1000Х
lg 1000X = +B (3), где Х - среднесуточные потери сахара в кагате, % к массе уложенной на хранение свеклы;
Т - среднеарифметическая абсолютная температура в кагате, К;
А и В - постоянные коэффициенты.

Значение коэффициентов А и В определяли по экспериментальным данным и по таблице А.Р.Сапронова, в которой представлены среднесуточные потери сахарозы на дыхание в свекле в зависимости от температуры ее хранения в кагате. Результаты определений с использованием этих коэффициентов показали, что среднесуточные потери сахарозы в первом случае на 0,002% ниже, чем во втором. Разница между ними в пределах точности показаний термометра (1^о С). Этим подтверждается применимость таблицы в условиях производства.

Учитывая это, а также то обстоятельство, что таблица А.Р.Сапронова дает возможность рассчитать коэффициенты исходя из максимальной разности температур, представлены коэффициенты, рассчитанные по таблице, расширенной предварительно до 20^о С. Предел до 15^о С недостаточен в практике сахарных заводов, в том числе с учетом полевого кагатирования. Пределы таблицы А.Р.Сапронова расширены исходя из следующих соображений. Решением 2-х уравнений с двумя неизвестными при температурах 11 и 15^о С установлено значение А и В. А = -2437,4; В = 10,162.

Находим значение 1000Х при 20^о С, где Х - среднесуточные потери сахарозы, % к массе уложенной свеклы
lg 1000X = + 10,162 = 1,843
1000X = 69,7; X = 0,0697= 0,070 %
Приводим полностью расширенную таблицу А.Р.Сапронова до 20^о С.

Решением двух уравнений с двумя неизвестными при температурах 1 и 10^о С находим А = -4424,2; В = 17,16. Для температур в кагатах свыше 10^оС (до 20^оС) находим А и В решением двух уравнений с двумя неизвестными при 10 и 20^о С А = -2600,3; В = 10,71. При определении среднесуточных потерь сахарозы в результате хранения в кагате по предлагаемому методу подсчитывают среднеарифметическую температуру за весь период хранения в кагате по журналу температур. Определяют среднесуточные потери сахарозы по уравнению (3). Умножая среднесуточные потери сахарозы на количество суток хранения, находят снижение сахаристости свеклы в период хранения. По разности с сахаристостью при закладке находят сахаристость при заборе. Умножая разность сахаристостей при укладке и заборе свеклы в кагате на количество уложенной свеклы, находят количество потерянного при хранении сахара, в тоннах. При составлении окончательного отчета результатов хранения за сезон производят среднединамические подсчеты с учетом количеств свеклы в кагате и суток хранения.

П р и м е р. Кагат 22. Сахаристость свеклы при укладке в кагат 16,40%. Средняя температура хранения 4,4^о С. Срок хранения 43 сут.

lg 1000X = + 17,16 = -15,95 + 17,16 = 1,21;
1000X = 16,2; X = 0,016%.

Потери сахаристости при хранении 0,016 х 43 = 0,688%.

Средняя сахаристость при заборе кагата 16,40 - 0,69 = 15,71%.

Кагат 4. Сахаристость свеклы при укладке в кагат 16,22%. Средняя температура хранения 17,2^о С; Срок хранения 11 сут.

lg 1000X = + 10,71 = -8,96 + 10,71 = 1,75;
1000X = 56,2; X = 0,056.

Потеря сахаристости при хранении 0,056 х 11 = 0,616%.

Сахаристость свеклы при заборе 16,22 - 0,62 = 15,60%.

Сопоставление результатов хранения по предлагаемому способу и известному способу при определении изменения массы свеклы анализом сеточных проб приведено в табл.2.

Сопоставление показывает, что общие результаты хранения по обоим методам практически совпадают. По кагатам средней длительности хранения и краткосрочного хранения расхождения по обоим методам определения в обратные стороны. Однако следует отметить, что действующий метод по сеточным пробам не может служить в полной мере эталоном для сравнения, но другого метода просто не существовало.

В отношении результатов хранения по кагатам средней длительности с применением сеточных проб, то полученные колебания суточных потерь в отдельных кагатах, составляющие от 0,008 до 0,044%, т.е. в 5,5 раза, в "золотое" время не могут быть научно объяснены, кроме как несовершенством методики их определения. Результаты же по предлагаемому способу научно обоснованы и полностью согласуются с нормированием среднесуточных потерь сахарозы в зависимости от степени механических повреждений. Чем больше механических повреждений свеклы, тем интенсивнее она дышит, больше выделяется тепла, больше повышается температура. Предлагаемый способ можно использовать при краткосрочном и полевом кагатировании свеклы. Способ с использованием сеточных проб для этих целей в практической работе не пригоден. По данным табл.2 видно, что рекомендуется при ведении кагатных паспортов, для окончательных отчетов сырьевых лабораторий, использовать уравнение (3) по найденным значениям коэффициентов А и В, исходя из таблицы А.Р.Сапронова.

Экономический эффект от использования предлагаемого способа определится экономией сахара за счет возможного снижения температуры хранения, экономии трудовых затрат из-за сокращения анализов и исключения стоимости сеток.

Использование: переработка сахарной свеклы на сахар, в частности учет и контроль сырья при его хранении. Сущность: в основу определений потерь сахарозы положена обратно пропорциональная зависимость логарифма константы скорости реакции разложения сахарозы от абсолютной температуры хранения. Измеряют температуру в кагате свеклы и устанавливают среднесуточное значение температуры. Среднесуточные потери сахарозы X при хранении свеклы в кагате в % к массе уложенной на хранение свеклы определяют по формуле lg 1000X = A : T + B, где T - среднеарифметическая абсолютная температура за весь период хранения свеклы в кагате (К) с точностью до 1-го десятичного знака; A и B - постоянные коэффициенты. При средней температуре хранения в кагате до 283 К A = - 4424,2, B = 17,16. При средней температуре хранения в кагате свыше 283 К A = -2600,3, B = 10,71. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ САХАРОЗЫ В СВЕКЛЕ ПРИ ЕЕ ХРАНЕНИИ, предусматривающий измерение температуры в кагате свеклы, установление среднесуточного значения температуры с последующим установлением среднесуточных потерь сахарозы по заранее установленной зависимости этих потерь от среднесуточного значения температуры, отличающийся тем, что при установлении среднесуточных потерь сахарозы используют зависимость
lg 1000 X = + B,
где X - среднесуточные потери сахарозы при хранении сахарной свеклы к кагате;
^oС - среднеарифметическое значение измерений температур за весь период хранения, выраженное с точностью до 0,1^oС;
273 - фактор перехода от абсолютной шкалы температур по Кальвину к температуре по шкале Цельсия;
A и B - постоянные коэффициенты:
для температур 1,0^oС - 10,0^oС A=-4424,2;
B = 17,16;
для температур 10,1^oС - 20,0^oС A = 2707;
B= 11,10,
а определение потерь сахарозы на дыхание в свекле при ее хранении осуществляют по величине произведения среднесуточных потерь сахарозы на число суток хранения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают значение средней сахаристости свеклы при ее укладке в кагаты и по разности между последним и потерями сахарозы в свекле при ее хранении в кагате в % к массе уложенной свеклы определяют значение средней сахаристости свеклы при заборе кагата.