СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИФФУЗИОННОГО СОКА Российский патент 1997 года по МПК C13D1/08 

Изобретение относится к способам получения диффузионного сока из растительного сырья, в частности из сахарной свеклы, и может быть использовано в сахарной промышленности.

Известно, что в процессе получения диффузионного сока имеет место разложение сахарозы под действием микроорганизмов, попадающих в экстрактор в связи с недостаточной степенью очистки на стадии мойки, или микроорганизмов, находящихся в растительной ткани. В результате увеличиваются потери сахарозы в диффузионном соке и снижается выход готового продукта.

Для устранения этого явления в процессе получения диффузионного сока в экстрактор вводят различные дезинфицирующие вещества, такие как формалин, персульфат аммония и другие.

Известно, например, проведение процесса получения диффузионного сока, включающего измельчение стружки, ошпаривание ее, экстракцию экстрагентом, причем часть экстрагента в количестве 20-30% к массе свеклы отбирают, добавляют в него соль поливалентного металла (например, сульфат или хлорид алюминия, железа, меди или марганца), обрабатывают в катодной камере диафрагменного электролизера, нагревают, и направляют на ошпаривание свекловичной стружки [1]
В результате улучшаются физико-механические свойства стружки, уменьшаются потери сахара при экстрагировании.

Недостатком известного способа является сравнительно низкая дезинфицирующая способность получаемого реагента, так как обработка раствора в катодной камере не повышает его дезинфицирующих свойств, а кроме того требует значительного расхода реагентов и электроэнергии, так как предусматривает приготовление и обработку сравнительно больших объемов реагентов.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ получения диффузионного сока, включающий ошпаривание стружки, обработку ее бактерицидным веществом, в качестве которого используют раствор сульфата алюминия с pH 4,9-5,0 в количестве от 0,07-0,10% к массе свеклы, и подачу стружки на экстракцию, причем после обработки стружки, раствор, содержащий бактерицидное вещество, также направляют в экстрактор [2] Указанный способ выбран в качестве прототипа.

Осуществление способа по прототипу позволяет за счет наличия ионов алюминия вызвать токсикацию и мутагенез микроорганизмов, поступающих со свекловичной стружкой в экстрактор, и подавить в нем разложение сахарозы, особенно в головной его части. Кроме того, подача раствора, содержащего ионы алюминия в экстрактор, позволяет поддерживать в нем стерильность.

Однако способу свойственны все недостатки реагентных методов, а именно повышение стоимости и необходимость строгого соблюдения техники безопасности. Кроме того введение большого количества реагентов отрицательно сказывается на качестве готового продукта, в связи с чем ограничиваются вводимые концентрации и не обеспечивается полное подавление вредных побочных процессов. Недостатком известного способа также является сравнительная сложность процесса, наличие в нем дополнительных стадий, требующих специального оборудования. По известному способу раствор после обработки, содержащий сахарозу и бактерицидное вещество, вводят в экстрактор в том месте, в котором концентрация сахарозы в соке имеет то же значение, что и в растворе, что сужает технологические возможности способа.

Техническим результатом использования изобретения является упрощение процесса, снижение потерь сахарозы в процессе получения диффузионного сока за счет подавления побочных реакций, разложения сахарозы, расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения возможности ввода бактерицидного вещества на разных стадиях процесса.

Данный результат достигается тем, что способ получения диффузионного сока, предусматривающий мойку сырья, измельчение его, ошпаривание измельченного сырья, экстрагирование последнего водой в экстракторе с отводом диффузионного сока и жома и введение бактерицидного вещества, осуществляют с использованием в качестве бактерицидного вещества анолита, имеющего pH 5,0-7,0 и окислительно-восстановительный потенциал плюс 500 плюс 800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения. Анолит получают из раствора хлорида натрия с концентрацией 1-3 г/л обработкой его в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов и керамической диафрагмы. Анолит вводят в процессе мойки или в процессе измельчения, или в процессе ошпаривания сырья, причем одновременно с указанными стадиями дополнительно вводят анолит и в экстрактор. Анолит могут вводить только в экстрактор, например с водой.

При получении анолита используют вертикальный цилиндрический электролизер, содержащий коаксиальные электроды из стеклоуглерода или из полированного титана или из титана с каталитическим покрытием, содержащем оксиды рутения или иридия или платины, или пироуглеродным покрытием и ультрафильтрационную диафрагму из керамики на основе оксидов циркония, иттрия и алюминия.

На чертеже представлена технологическая схема процесса.

Узлами схемы являются приспособление для мойки сырья 1, водоотделитель 2, измельчитель сырья 3, экстрактор 4 и резервуар питательной воды 5.

Одним из основных узлов схемы является установка для получения анолита 6, представляющая собой диафрагменный электролизер с обвязкой (или несколько электролизеров, обеспечивающих требуемую производительность по анолиту).

Способ осуществляют следующим образом.

В анодную и катодную камеры установки 6 подается из смесителя (на чертеже не показан) раствор хлорида натрия концентрацией 1-3 г/л. Приготовление раствора осуществляется на очищенной воде, соответствующей требованиям на питьевую воду, и может осуществляться различными методами, например смешением воды с насыщенным раствором хлорида с концентрацией 300 г/л, или непосредственным растворением необходимого количества соли в воде.

Обработку раствора в анодной камере ведут до pH 5-7 и значений окислительно-восстановительного потенциала плюс 500 плюс 800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

Католит собирается отдельно и может использоваться в сахарном производстве для подщелачивания (он имеет pH 12), приготовления раствора известкового молока и т.п.

Сырье (свекла) поступает в приспособление для мойки 1, затем в водоотделитель 2, измельчитель сырья (свеклорезку) 3 и в экстрактор 4, куда также подается вода из резервуара 5. Из экстрактора 4 выводится диффузионный сок и жом. Полученный в анодной камере установки 6 анолит дозировочным насосом подается или на стадию мойки, или на стадию измельчения сырья, или в экстрактор 4. Возможна подача анолита одновременно на стадию мойки и в экстрактор 4, или на стадию измельчения и в экстрактор 4. Анолит может быть подан только в экстрактор 4. В экстракторе 4 анолит может быть подан или в ошпариватель, или, например, с водой, при этом анолит может быть подан в линию, соединяющую резервуар для воды 5 с экстрактором 4. Возможна подача анолита в промежуточный резервуар (на чертеже не показан), откуда он подается в технологический процесс.

Количество вводимого анолита составляет 0,1-0,3% к массе перерабатываемого сырья.

Использование обработанного в анодной камере диафрагменного электролизера раствора хлорида натрия малой концентрации в качестве бактерицидного вещества в процессе производства диффузионного сока из растительного сырья позволяет обеспечить эффективное обеззараживание процесса экстракции при малых концентрациях активного хлора и значительно снизить потери сахара. Кроме того введение такого раствора позволяет ускорить процесс осветления диффузионного сока и снизить расход известкового молока.

При обработке менее концентрированных растворов не обеспечивается необходимая степень изменения свойств раствора и значительно возрастают затраты электроэнергии на обработку. При обработке растворов с более высокой концентрацией, чем 3 г/л, в анолите увеличивается содержание активного хлора, что отрицательно сказывается на процессе сокодобывания.

Обработку раствора ведут до pH 5-7 и значений окислительно-восстановительного потенциала плюс 500 плюс 800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения. При дальнейшем уменьшении pH и увеличении значений окислительно-восстановительного потенциала увеличивается расход энергии на обработку, а, кроме того, применение более кислых растворов может нарушить баланс pH в процессе высолаживания. При увеличении pH и уменьшении окислительно-восстановительного потенциала резко снижается дезинфицирующая способность анолита.

Для осуществления изобретения целесообразно вести обработку раствора хлорида натрия в вертикальном проточном цилиндрическом электролизере с коаксиальными нерастворимыми электродами и керамической диафрагмой, что позволяет обеспечить эффективную обработку раствора и требуемую производительность. В качестве анодных материалов могут использоваться полированный титан или титан с электрокаталитическим покрытием, как например оксиды рутения, иридия, платина или пироуглеродное покрытие. В качестве катодов могут использоваться полированный титан или титан с покрытием из пироуглерода. В качестве электродного материала для катода и анода может использоваться стеклоуглерод. Диафрагма выполняется ультрафильтрационной из керамики на основе оксидов циркония, иттрия и алюминия.

Указанное сочетание материалов электродов и диафрагмы обеспечивает эффективную степень обработки раствора, обеспечение получения необходимого качественного и количественного образования продуктов электродных реакций, придающих раствору дезинфицирующие свойства, с минимальным расходом энергии. Применение вертикальных электролизеров с коаксиальным размещением электродов и диафрагмы обеспечивает оптимальный гидравлический режим в ячейке, влияющий на степень превращения раствора и расход энергии. Кроме того такая конструкция обеспечивает условия для создания модульных установок, обеспечивающих требуемую производительность.

Для предложенного изобретения могут быть использованы электролизеры, описанные в патенте РФ N 2042639. кл. C 02 F 1/46, 1992 г.

Применяемый в качестве бактерицидного вещества анолит имеет pH, близкий к нейтральному, и незначительное солесодержание, что позволяет при введении его на различных стадиях не изменять технологических режимов, что существенно для многотоннажного производства. Применяя анолит на разных стадиях процесса, можно полностью подавить побочные процессы и значительно повысить выход сахарозы.

При введении анолита в процессе мойки возможно эффективное обеззараживание свеклы и исключение попадания в технологический цикл микроорганизмов, развившихся на поверхности сырья во время его сбора и хранения.

Целесообразно использовать анолит для обработки мытой свеклы после водоотделения вместо стадии хлорирования мытой свеклы, применяя разбрызгиватели или иные смачиватели. При обработке сырья, имеющего высокую степень загрязненности можно одновременно вводить анолит и в экстрактор.

Можно также проводить смачивание анолитом измельченного сырья, или использовать анолит в процессе измельчения, одновременно вводя его в экстрактор также.

Возможно введение анолита только в экстрактор или с питательной водой, или непосредственно в экстрактор, ввод его может осуществляться в различных точках.

В экстракторах колонного типа с ошпаривателем анолит вводят в ошпариватель и/или по его высоте в точках ввода питательной воды.

В наклонных экстракторах или экстракторах ротационного типа анолит вводят в точке, расположенной на 1/4-1/5 длины диффузионного тракта от точки ввода питательной воды.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые не исчерпывают всех возможных вариантов осуществления изобретения.

Во всех примерах на электрохимическую обработку подавался раствор хлорида натрия концентрацией 3 г/л, приготовленный на водопроводной питьевой воде. Для обработки использовался модульный электролизер, описанный в патенте РФ N 2042639, и имеющий ультрафильтрационную диафрагму из керамики на основе оксида циркония с добавками оксидов алюминия и иттрия. В качестве анодного материала применялся титан с покрытием из иридия и оксидов рутения, в качестве катодного полированный титан.

Полученный анолит имел pH 5,7 и окислительно восстановительный потенциал плюс 750 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения.

Стадии подготовки свеклы до ввода в реактор осуществлялись соответственно с техническими требованиями, кроме случаев, оговоренных отдельно.

Пример 1. В наклонный шнековый экстрактор производительностью 3000 т свеклы в сутки при подаче в него обычным способом подготовленного сырья и воды для подавления деятельности микроорганизмов вводят раствор сульфата алюминия, имеющего pH 5,0, в количестве 0,09% к массе свеклы. Потери на диффузии вследствие разложения сахарозы составляют 0,3% к массе свеклы.

Одновременно во второй шнековый экстрактор такой же производительности подают имеющее те же характеристики измельченное сырье (свекловичную стружку), которое после выхода из свеклорезки обрабатывают анолитом с параметрами, указанными выше, причем количество анолита составляет 0,2% к массе свеклы. Потери на диффузии вследствие разложения сахарозы составили 0,1% к массе свеклы. Других бактерицидных веществ в этот аппарат не вводят и технологические показатели процесса (температура, скорость подачи сырья, количество и скорость подачи воды и т.п.) в обеих аппаратах поддерживают одинаковыми.

Затем во второй экстрактор, при подаче в него обычным способом подготовленного измельченного сырья вводят анолит в количестве 0,2% к массе свеклы. Анолит вводят в экстрактор в точках, расположенных на 1/4 длины аппарата от точки ввода воды. Потери на диффузии вследствие разложения сахарозы составили 0,05% к массе свеклы.

Пример 2. В диффузионную установку КДА-25 (колонного типа) для подавления деятельности микроорганизмов вводят раствор сульфата алюминия с pH 5,0 в количестве 0,07% к массе свеклы. Потери на диффузии вследствие разложения сахарозы составили 0,32% к массе свеклы.

Одновременно во вторую диффузионную колонну при сохранении идентичности характеристик сырья и технологического режима подают анолит в количестве 0,2% к массе свеклы. Потери сахарозы на диффузии вследствие разложения сахарозы составили 0,08% к массе свеклы.

Применение изобретения по сравнению с известным техническим решением упрощает процесс, расширяет функциональные возможности технологии и облегчает его автоматизацию, значительно увеличивает выход сахарозы (в среднем на 0,25% к массе свеклы) за счет подавления ее разложения в процессе экстракции, позволяет отказаться от применения дорогих и токсичных реагентов.

Использование: изобретение относится к способам получения диффузионного сока из растительного сырья, в частности из сахарной свеклы или сахарного тростника, и может быть использовано в сахарной промышленности. Сущность: способ получения диффузионного сока предусматривает мойку растительного сырья, например свеклы, измельчение его, ошпаривание полученной массы, экстрагирование ее водой в экстракторе с отводом диффузионного сока и жома и введение бактерицидного вещества. В качестве последнего используют анолит, имеющий pH 5,0 - 7,0 и окислительно-восстановительный потенциал плюс 500 - плюс 800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный из раствора хлорида натрия с концентрацией его 1 - 3,0 г/л обработкой в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов и керамической диафрагмы. Анолит можно вводить в процессе мойки и/или в экстрактор, а также в процессе измельчения и/или в экстрактор, или в процессе ошпаривания сырья, или с водой в экстрактор. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения диффузионного сока, предусматривающий мойку сырья, измельчение его, ошпаривание измельченного сырья, экстрагирование последнего водой в экстракторе с отводом диффузионного сока и жома и введение бактерицидного вещества, отличающийся тем, что в качестве последнего используют анодит, имеющий pН 5 7 и окислительно-восстановительный потенциал 500 800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный из раствора хлорида натрия с концентрацией его 1 3 г/л обработкой в анодной камере диафрагменного электролизера с использованием нерастворимых электродов и керамической диафрагмы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анолит вводят в процессе мойки и/или в экстрактор. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анолит вводят в процессе измельчения и/или в экстрактор. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что анолит вводят в процессе ошпаривания сырья. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что анолит вводят с водой в экстрактор. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении анолита используют вертикальный цилиндрический электролизер, содержащий коаксиальные электроды из стеклоуглерода или из полированного титана, или из титана с каталитическим покрытием, содержащим металлы платиновой группы и/или их оксиды, или пироуглеродным покрытием и ультрафильтрационную диафрагму их керамики на основе оксидов циркония, иттрия и алюминия.