Использование электрического поля для очистки производственных сахарсодержащих растворов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

процесса брожения с изменением химического состава получаемого продукта.

Для снижения летучей кислотности рекомендуется проводить брожение на минеральных сорбентах.

С целью снижения объема дрожжевых осадков брожение следует осуществлять на инертных носителях (стекле и полиэтилене), а также с использованием угольно-минерального сорбента.

Для увеличения биомассы дрожжей, в частности, при получении разводки чистых культур и интенсификации дображивания целесообразно проведение брожения на клиноптилолите.

Снижения интенсивности брожения можно добиться с помощью угольно-минеральных сорбентов [4], смеси минеральных сорбентов, а также наполнителей, в виде насадок. Полученные результаты согласуются с ранее проведенными исследованиями [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Кишковскнй З.Н., Мержаниан А.А. Технология вина. - М.: Легкая и пищевая пром-стъ, 1984. - 504 с.

2. Риберо-Гайон Ж., Пейно Е. Виноделие (Возбудители брожения. Приготовление вин) /' Пер. с франц.; Под ред. д. т. н. Н.К. Моги-лянского. - М.: Пищевая пром-сть, 1971. - 416 с.

3. Сборник технологических инструкций, правил и нормативных материалов по винодельческой промышленности / Под ред. д. т. п., проф. Г. Г. Валуйко. -6-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиз-дат, 1985. -511 с.

4. Хриспок В.Т., Тарасевич Ю.И., Дунец Р.В. Получение угольно-минеральных сорбентов из отходов пищевой промышленности //Изв. вузов. Пищевая технология. -2001. -№2-3. -С. 44-47.

5. Христюк В.Т., Дунец Р.В., Стопина С.С. Влияние угольно-минеральных сорбентов на кинетику брожения виноградного сусла // Научно-практическая работа как поиск решения биотехнологических проблем при производстве натуральных вин и коньяков: Материалы науч.-практ. конф. 14 ноября 2001 г. Ставропольский ин-т им. В.Д. Чурсина. - Прасковея, 2001. - С. 39-42.

Кафедра технологии виноделия

Поступила 28.02.03 г.

664.1.039:537.001.57

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ САХАРСОДЕРЖАЩИХ РА СТВОРОВ

В.А. ГОЛЫБИН, Н.Г. КУЛЬНЕВА, В.А. ФЕДОРУК

Воронежская государственная технологическая академия

Возможность применения электрического ПОЛЯ ДЛЯ очистки в сахарном производстве обусловлена тем, что заводские сахарные растворы представляют собой дисперсные системы с электрически заряженными частицами, которые могут энергично взаимодействовать с внешним электрическим полем [1].

Механизм влияния электрического поля состоит в следующем. Под воздействием постоянного тока содержащиеся в производственном растворе молекулы белка, полуколлоиды и аминокислоты, проявляющие амфотер-ные свойства, в зависимости от pH среды направляются к катоду или аноду и осаждаются там в виде хлопьев. Пектиновые вещества, являющиеся слабыми кислотами, частично осаждаются в области анода. Коагуляция этих соединений в зоне анода происходит в несколько стадий: денатурация молекул, взаимодействие между денатурированными молекулами и водой, образование небольших агрегатов и последующая концентрационная агрегация.

Для исследования взаимодействия различных факторов, влияющих на процесс электрообработки диффузионного сока, использовали метод планирования эксперимента. Математическое описание данного процесса может быть получено эмпирически. При этом его модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментальных данных.

В качестве основных факторов, влияющих на эффективность электрообработки диффузионного сока,

были выбраны: Х\ - напряженность электрического поля, В/см; Х2 - продолжительность электрообработки, мин; Х3 - температура обработки, °С.

Эти факторы совместимы и некоррелированы между собой. Пределы их измерения приведены в таблице.

Выбор интервалов изменения факторов обусловлен технологическими условиями очистки диффузионного сока. Критериями оценки влияния этих факторов на процесс очистки были выбраны показатели очищенного сока: У\ - чистота, %; ¥2 - цветность, уел. ед.; 73 -массовая доля редуцирующих веществ, % и У4 - массовая доля солей кальция, % СаО.

Выбор выходных параметров процесса обусловлен их наибольшей значимостью для последующих процессов: чистота - основной показатель, характеризующий эффективность проведения физико-химичесюй очистки диффузионного сока; цветность обусловливает цветность сиропа после выпарной установки; массовая доля редуцирующих веществ и солей кальция в очищенном соке определяют дальнейшие процессы его сгущения и уваривания утфелей и влияют на качество получаемого сахара и потери еш в производстве.

Опыты проводили по следующей методике. Полученный из свеклы диффузионный сок в соответствии с матрицей планирования нагревали и подвергали электрообработке, изменяя напряженность электрического поля и продолжительность процесса. Далее очистку проводили по схеме: прогрессивная предварительная дефекация (продолжительность 15 мин, температура 55°С, до pH 11,0.. .11,2), холодно-горячая основная дефекация, I сатурация до pH 11,0.. .11,2, фильтрование, дефекация перед II сатурацией (0,2% СаО), сатурация до pH 9,0.. .9,2. Об-

+ 0,6 - 2,72 -3,04]

+ 0,33 -0,64 -0,1$ Уз + 0,0( + 0,0( +0,00 Уі + 0,0( -0,ОС + 0,0( Аі ры, о

ЗЛЄКТ;

цветц

отпр<

ЦИЄВІ

ность масса ни зш Ві

ПрОДС течен 4,4 В/ 4-5, влияв те ли Ч,%

Ьс-СШП. К:.:

1н1^и. н II к"

' II Тиснит* I >11»--и. г. Л| 1.11 г/

^ и«м.Г'1Ы^|» И тиш.ил-^ -С. -1-1 7. нчш:: у|0ДГг-ь^л^здшэгл ы 5нп:;:11й-.. кгс-пиог.; |||К1тПП1Г‘1

Я371Й.57

Г

икют пп-

к^ботка,

в ль: иеаг-ь зйшще. Р^ТГ-ЛлОИ

ужонвпто

1Аи

^саопоо*

: С.Т, '. Г| -Г. - ЧНС05-

рггтомкеп

рсиралгс-

р. I -гг н; 1и.и т'г |<1 (тмкн. В1СТ тплт-[хаи доля гм-, ^июо:

Ьчййиего

Папу’щ-л1И с >,ш-юмстрозб-р<ГО лсли 11 П|л*ВП,ТНЛИ ШсфеКгиии»

Г. да pH 1№ I ::!су-вПЙ :ц6

...■? з?й£

щий расход извести - 100% к массе несахаров диффузионного сока. В очищенном соке определяли качественные показатели.

При обработке результатов эксперимента были применены следующие статистические критерии: проверка однородности дисперсий - критерий Кохрена, значимость коэффициентов уравнений регрессии -критерий Стьюдента, адекватность уравнений - критерий Фишера.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс электрообработки диффузионного сока под влиянием исследуемых факторов:

^ = 93,930 - 0,08 Щ + 2,714Х2 +

+ 0,600Аз - О.вбЗВД - о.готвд, -

-2,720X2X3- 1Д39Х,2- 1,443Х22 --3,040Х32; (1)

У2 = 3,430 + ОД96ЛГ, - 0,701Х2 +

+ 0,332Х3 + 0,083ВД - 0,292X1X3-

- 0,642X2X3 - 0Д04Х2 + 0,221X2 ~

-0Д94Х32; О)

У3 = 0,006 + 0,001X1 - 0,002Х2 +

+ 0,001Хз+ 0,001X1X2 - 0,002ХХз+

+ 0,001X3X3 + 0,002^12 - 0,004Х22+

+ 0,002Х32; (3)

У4 = 0,026 + 0,00 Щ + 0,001Х2 +

+ 0,001X1X2 + 0,00 ЩХз -

- 0,003А2Хз + 0,003Х2 + 0,006Х22 +

+ 0,003Х32. (4)

Анализ этих уравнений позволяет выделить факторы, оказывающие наибольшее влияющие на процесс электрообработки диффузионного сока: чистота и цветность очищенного сока в большей степени зависят от продолжительности обработки; массовая доля кальциевых солей в равной мере определяются напряженностью электрического поля и температурой процесса; массовая доля редуцирующих веществ в равной степени зависит от всех входных параметров.

Высока? чистота очищенного сока достигается при продолжительности обработки диффузионного сока в течение 3 мин и напряженности электрического поля 4,4 В/см (рис. 1: ? = 60°С; Е, В/см: /-2,2; 2-3,1; 5-4,4; 4 - 5,7; 5 - 6,6). Представленные результаты парного влияния параметров процесса на качественные показатели свидетельствуют, что увеличение продолжитель-

4^' 2,0 3,0 Прода-шятсльность, мин

Рис. 1

Ч,%

“3 -

■

40 50 60 Температура электрообработки, ВС

Рис 2

ности до 3 мин повышает чистоту очищенного сока, а свыше 3 мин - снижает.

Такая зависимость объясняется неблагоприятным воздействием электрического поля на сахарозу, т. е. идет ее частичный гидролиз с образованием оптически активных веществ в зоне катода. При увеличении продолжительности электрообработки начинаются электрохимические реакции, повышающие щелочность: коагулят белка расщепляется на ааьбумозы и пептоны, которые постепенно переходят в раствор, снижая чистоту сока и затрудняя его последующее фильтрование [2].

Рациональной с точки зрения качества очищенного сока является температура 60°С (рис. 2: Е = 4,4 В/см; т, мин: 1-0,3', 2- 1,0; 3-2,0; 4-3,0; 5-3,7). Температура процесса влияет на электропроводность диффузионного сока: с ее увеличением снижается вязкость растворителя, возрастает подвижность ионов и число носителей тока, т. е. повышается проводимость.

Находящаяся в соке вода является источником ионов гидроксила и водорода. Продукты гидролиза воды оказывают положительное воздействие на эффективность очистки диффузионного сока, способствуя повышению чистоты.

Снижение чистоты сока при высокой температуре электрообработки вызвано тем, что с повышением температуры под действием электрического поля сахароза начинает разлагаться, и, как следствие, снижается чистота.

В процессе электрообработки у поверхности электродов создаются высокие концентрации реакционно-способных частиц. С увеличением напряженности интенсифицируется ряд процессов, способствующих предварительной очистке диффузионного сока: окис-лительно-восстановительные электрохимические реакции, протекающие у поверхности электродов, образование в присутствии ионов гидроксила соединений со значительной адсорбционной поверхностью, использование находящихся в соке веществ в качестве улучшающих его очистку полиэлектролитов, электро-коагуляция белковых соединений, адсорбционное действие веществ коллоидной дисперсности и др. [3].

Все эти процессы объясняют увеличение чистоты обрабатываемого сока при увеличении напряженности электрического поля (рис. 3: ф = 2 мин; ?, °С: 1 —43; 2 — 50; 3- 60; 4 - 70; 5 - 77). Незначительное снижение чистоты при ее повышении можно объяснить тем, что

Рис. 3

хотя сахароза и является электронейтральным веществом, с увеличением напряжения на электродах начинает разлагаться, пусть даже не так интенсивно, как при увеличении длительности и температуры.

Для выбора оптимальных параметров процесса электрообработки использовали «ридж-анализ», базирующийся на методе неопределенных множителей Лагранжа. Анализ канонических коэффициентов уравнений показал, что исследуемые тела в трехмерном пространстве относятся к типу' «минимакс»: при движении в направлении осей, у которых А', положительны, от центра оптимизации значения выходных параметров увеличиваются, а в направлении осей, у которыхX, отрицательны - уменьшаются. Так как знаки коэффициентов канонических уравнений одинаковы, то поверхности отклика представляют собой эллипсоид.

Таким образом, оптимальными условиями процесса предварительной электрообработки диффузионного сока являются: продолжительность - 2 мин, температура -60°С, напряженность электрического поля 4,4 В/см.

Таблица

; Пределы измерения факторов

А ь В/см 1 У2: МИК -Уз, °С

Основной уровень 4,4 2,0 60

Интервал варьирования 1,3 1,0 10

Верхний уровень зд 1,0 50

Нижний уровень 5,7 3,0 70

Верхняя «звездная точка» 2,2 0,3 43

Нижняя «звездная точка» 6,6 3,7 77

При очистке с использованием электрического тока чистота очищенного сока повышается на 1,5%, цветность снижается на 3,5 ед., массовые доли редуцирующих веществ и солей кальция также ниже, чем по типовой схеме.

В результате проведенных исследований получена математическая модель процесса обработки диффузионного сока в электрическом поле, найдены оптимальные параметры этого процесса и построены номограммы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лосева В.А., Кульнева Н.Г. Полупромышленные испытания элекгрообработки диффузионного сока // Сах. пром-сть. - 1996. -№2. - С. 7-9.

2. Удаление несахаро в диффузионного сока в схеме с предварительной элекгрообработкой / А.В.Корниенко, А.С. Корольков и др. // Сах. пром-сть. - 1998. - № 5 - 6, - С. 8-9.

3. Получение и очистка диффузионного сока в электрическом поле / М.П. Купчик, Н.У. Фищук и др. // Сах. пром-сть. - 1986. - №3. - С.16- 18; №4. - С. 23-26.

Кафедра технологии сахаристых веществ

Поступила 26.11. 02 г.