Условия и особенности производства сахарной свеклы в Республике Беларусь

1. Условия и особенности производства сахарной свеклы в Республике Беларусь

Свекла – это одна из наиболее распространенных овощных, кормовых и технических культур. Корнеплоды свеклы являются ценным источником свекловичного сахара (сахарозы). В Республике Беларусь методом направленной селекции был выведен ряд сортов, содержащих повышенное количество сахарозs. В настоящее время Республика Беларусь занимает первое место в мире по производству сахара из свеклы. Белорусские селекционеры вывели много ценных высокосахаристых сортов, получивших мировое признание. В питании же основная роль принадлежит столовым сортам свеклы.  В составе сахаров свеклы более 90% принадлежит сахарозе (свекловичному сахару, который известен в быту просто под названием «сахар» и является пищевым продуктом), глюкозе и фруктозе принадлежат значительно меньшие доли. При уборке корнеплодов в них находится почти одна только сахароза, при зимнем же хранении часть ее распадается до глюкозы и фруктозы. Корнеплоды содержат значительные количества пектиновых веществ (разработан промышленный способ получения пектина из свеклы). Пектины защищают организм от воздействия радиоактивных и тяжелых металлов (свинца, стронция и других), задерживают развитие вредных микроорганизмов в кишечнике, способствуют выведению холестерина. Свекла богата азотистыми веществами, среди которых основное место занимают белки. Красящие вещества свеклы повышают прочность кровеносных капилляров, понижают кровяное давление и расслабляют спазмы сосудов. Свекла находит разностороннее применение в качестве лекарственного средства. Как лекарство ее используют с древнейших времен. Итак, можно сделать вывод о том, что свекла - незаменимая сельскохозяйственная культура не только в народном хозяйстве Беларуси, но и в экономике страны.        Основной культурой, используемой в качестве сырья для производства сахара, является сахарная свекла. Сахарный подкомплекс рассматривается как совокупность отраслей, занятых производством, хранением и переработкой сахарной свеклы и импортированного тростникового сахара-сырца, реализацией конечного продукта, а также обслуживающих отраслей.            В решении проблемы обеспечения страны продовольствием важная роль отводится сахарному подкомплексу, который представляет собой совокупность отраслей, занятых производством сахарной свеклы, хранением и переработкой ее и тростникового сахара-сырца, закупленного на мировом рынке, реализацией конечного продукта, а также осуществляющих производственно-техническое обслуживание.     Сахарная свекла является единственным отечественным источником сырья для производства сахара. Побочный продукт ее выращивания и переработки (меласса) используется в пищевой и кондитерской промышленности, а жом с высокой окупаемостью скармливается в свежем и гранулированном виде крупному рогатому скоту.              Сев сахарной свеклы в оптимально ранние сроки (при прогревании почвы до +5°С на глубину 5—6 см) позволяет иметь наибольшую урожайность корнеплодов и сахара с 1 га.             Наиболее пригодны для сахарной свеклы суглинистые почвы, в целом по республике на них размещается около 37% пашни. Больше всего их в Витебской, Могилевской и Минской областях, очень мало в Брестской (8,7%). Основная же площадь пахотных земель республики, включая основные зоны свеклосеяния Брестской и Гродненской областей, расположена на песчаных и супесчаных почвах.  Дерново-подзолистые почвы свеклосеющих хозяйств Беларуси имеют низкое содержание бора, доступность которого на известкуемых площадях еще более уменьшается. Бор необходим сахарнойсвекле в течение всего периода ее жизни. Особенно сильно снижается доступность бора при засухе.     Особенностью республики является то, что она расположена в зоне неравномерного распределения осадков — участились периоды продолжительной засухи, поэтому природно-климатические условия для возделывания сахарной свеклы не всегда являются оптимальными. Средняя годовая сумма осадков в центральной и северо-восточной частях республики колеблется от 600 до 650 мм, на юге и юго-западе — от 500 до 600 мм. Среднегодовая температура воздуха изменяется от 4,6°С в Витебской области до 7,3 в Брестской. Длительность периода активной вегетации составляет 190—205 дней По нормативному чистому доходу благоприятными для выращивания сахарной свеклы в республике являются около 85% почв. В разрезе областей наилучшими землями для свеклосеяния обладают Минская и Гродненская области, соответственно 90 и 91,5% пахотных земель. В целом почвенно-климатические условия республики позволяют при высокой агротехнике и обеспечении технологий, достаточном количестве внесения органических и минеральных удобрений получать высокие урожаи сахарной свеклы.  В настоящее время производство сахарной свеклы в основном сосредоточено в сельскохозяйственных организациях Брестской, Гродненской и Минской областей. Возделыванием данной культуры занимается более 600 сельскохозяйственных организаций.             Необходимо отметить существенные отличия в организации транспортировки и хранения сахарной свеклы в республике и за рубежом. На Западе, например, перевозка свеклыосуществляется крупнотоннажным автотранспортом с радиусом доставки 30 км, без перевалок, по согласованным четким графикам с двухсуточным запасом сырья на предприятии. Сырье на предприятиях не хранится, что освобождает их от дополнительных затрат. С учетом климатических особенностей полностью перенять этот опыт невозможно, однако необходимо наращивать объемы заготовок свеклы в ранние сроки и хорошо внедрять промежуточное хранение корнеплодов в хозяйствах.

2. Хранение сахарной свеклы

После проведения технологической оценки сахарной свеклы,она поступает на хранение. Корнеплоды укладывают в кагаты на предварительно подготовленном кагатном поле. Корнеплоды сахарной свеклы - живые организмы, в которых протекают процессы дыхания, а при неправильном хранении может происходить прорастание и загнивание корнеплодов сахарной свеклы.         Прорастание характеризуется отношением массы ростков к массе всей свеклы в образце. Прорастание начинается через 5-7 суток после уборки при повышенной температуре и влажности. Корнеплоды, находящиеся в кагате, прорастают неравномерно: в верхней части в 2 раза больше, чем в нижней. Прорастание - отрицательное явление, так как ведет к потерям сахарозы, в связи с усилением дыхания и увеличения выделения теплоты. Интенсивнее прорастают корнеплоды в невентилируемых кагатах, и те, на которых остались ростовые почки.        Для борьбы с прорастанием удаляют верхушки головки корнеплода при уборке и обрабатывают корнеплоды перед укладкой в кагаты 1%-ым раствором натриевой соли гидразида малеиновой кислоты (3-4л на 1т свеклы). Если головка свеклы низко срезана, или она слегка подвялена, то при укладке в кагаты используют 0,3%-ый раствор пирокатехина (3-4л на 1т свеклы).       Микроорганизмы в первую очередь развиваются на отмерших клетках, механически поврежденных, подмороженных и увядших участках корнеплодов, затем поражаются живые, но ослабленные клетки. Поэтому важным условием предохранения сырья от порчи является его целостность. Необходимо создать благоприятные условия для защитных реакций в ответ на механические и другие повреждения.

Для подавления жизнедеятельности микрофлоры на корнеплодах применяют 0,3%-ый раствор пирокатехина, 18-20%-ый раствор углеаммиаката (2-2,5% на 1т свеклы), препарат ФХ-1(1-1,5% к массе обрабатываемой свеклы). ФХ-1 представляет собой суспензию свежего фильтрационного осадка =1,05-1,15г/см, обработанного свежей хлорной известью(1,5% к массе свеклы).       Большое значение имеет температура и влажность как для прорастания, так и для развития микроорганизмов. Поддержание температуры 1-2 С, газового состава воздуха в межкорневом пространстве, влажности с помощью принудительного вентилирования кагатов, ликвидация очагов гниения способствуют сохранению корнеплодов сахарной свеклы от гниения, прорастания.

Минимальные потери сырья обеспечивают хранение его на комплексных гидромеханизированных складах.       Гидромеханизированные склады с твердым покрытием, оборудованной системой гидроподачи и вентилирования позволяют резко сократить потери свекломассы и сахара, но и значительно повысить эффективность использования всего комплекса технических средств и операций при разгрузке, складировании, хранении и подачи свеклы в переработку. В поступающей свекле содержится земля, травянистые примеси, ботва и свекловичный бой, которые, попадая в кагат, уплотняют его пространство, ухудшают аэрацию. Кроме того, попавшие в кагат мелочь и бой легко поражаются микроорганизмами, тем самым способствуя массовому гниению сырья.   Одно из радикальных средств снижения загрязненности - гидравлический способ очистки корнеплодов и последующее их хранение в мытом виде. Хорошие результаты обеспечивает установка на буртоукладочной машине устройства для выдувания сорняков, ботвы и соломы. На некоторых сахарных заводах в настоящее время используют способ очистки свеклы с помощью грохотов-очистителей с дальнейшим извлечением свекломассы из отходов очистки.

3. Переработка сахарной свеклы

Переработку сахарной свеклы осуществляют в республике четыре предприятия: Скидельский и Городейский сахарные комбинаты, Жабинковский сахарный завод, Слуцкий сахарорафинадный комбинат. Все они являются акционерными обществами открытого типа. Предприятия оснащены оборудованием, позволяющим использовать в качестве сырья как свеклу, так и сахар-сырец. Производственный цикл начинается с середины сентября (в период начала копки свеклы) и продолжается от 80 до 140 суток в разные годы (оптимальный показатель — 90—100 суток). Параллельно, начиная с января и до сезона переработки свеклы, подключаются линии по переработке тростникового сахара-сырца.

3.1 Мойка свеклы

Количество прилипших к свекле загрязнений составляет при ручной уборке (1-3)% от массы свеклы и при поточной механизированной уборке комбайном (10-12)%. Микроорганизмы заносятся с почвой, оставшейся на корнях свеклы.  Следовательно, свеклу необходимо отмыть от прилипшей к ней почвы, во-первых, для предохранения ножей в резке от их притупления и, во-вторых, для предупреждения загрязнения диффузионного сока.         Свекла частично отмывается от приставших к ней примесей в гидравлическом транспортере и свеклоподъемных устройствах. Для окончательной очистки свеклы от загрязнений и дополнительного отделения тяжелых и легких примесей применяются свекломойки.            Земля и глина лучше всего отмываются при трении корней друг о друга. Поэтому в начальной стадии мойки свекла должна находиться в скученном состоянии, т.е. вначале происходит отмывание свеклы в барабанной свекломойке типа Ш25-ПСБ-3. Принцип работы свекломойки заключается в том, что свекла в барабане не отмывается от грязи водой, а грязь оттирается от свеклы в суспензии определенной плотности. Степень отмывания земли от свеклы до 70%. Расход свежей воды до 30% к массе свеклы. Преимущество свекломоек барабанного типа заключается в том, что эффективность при очистке сильно загрязненной свеклы более высокая, постоянное удаление примесей, низкий процент повреждения свеклы. В комплексе с барабанной мойкой работает ополаскиватель Ш25-ПОС-3.         После барабана свекла поднимается в ополаскиватель. Из него свекла поднимается двумя шнеками. Внизу ополаскивателя имеется камнеловушка. Всплывшие в ополаскивателе легкие примеси удаляются ситчатым транспортером. После ополаскивателя свекла дополнительно очищается в гидрокамнепескоулавливателе.  После барабанной свекломойки и ополаскивателя свекла поступает в корытную свекломойку типа Ш1-ПМД-2. Свекломойка состоит из отделения с низким уровнем воды и отделением с высоким уровнем воды.        В первой части отделения мойки с низким уровнем воды происходит интенсивное механическое удаление поверхностных загрязнений свеклы при недостатке воды, во второй части этого отделения свекла частично отмывается при наличии незначительного объема воды. Во втором отделении при наличии избытка воды завершается отмывание свеклы и отделение примесей.         Чистая свекла выводится шнековыми конвейерами, в верхней части которых установлены форсунки для подачи чистой хлорированной воды для ополаскивания свеклы.            Потери сахара в транспортерно-моечной воде зависят от качества свеклы и времени года. До наступления морозов размер потерь определяется в зависимости от качества свеклы, доставляемой железнодорожным транспортом, и находится в пределах (0.17-0.35)% от массы свеклы.           Чтобы потери сахара были в допустимых пределах, необходимо, чтобы температура воды при мойке здоровой свеклы была не более (15-18)оС, а при мойке мороженой свеклы была такой, чтобы свекла не смерзлась в аппарате. В случае повышения температуры воды потери сахара увеличиваются. Поступающая в свекломойку вода должна содержать минимальное количество микроорганизмов. После отмывания свеклы, вода от свекловодяной смеси отделяется на дисковых водоотделителях.          Отмытую свеклу из свекломойки элеватором, после которого установлен контрольный ленточный транспортер с подвесным электромагнитным сепаратором, направляют в бункер перед свеклорезками.      Для удаления из массы свеклы ферромагнитных примесей, неуловимых на предыдущих стадиях очистки, применяются электромагнитные сепараторы типа ЭП2М.   Наличие двух свекломоек в моечном отделении необходимо для более высокого эффекта отмывания свеклы от загрязнения, и для повышения чистоты диффузионного сока.

2. Получение свекловичной стружки и диффузионного сока

Для учета количества свеклы, поступающей на переработку в свеклосахарный завод, она взвешивается. Взвешивание свеклы производится на автоматических порционных весах. Для извлечения сахара из свеклы диффузионным способом свекле необходимо придать вид стружки. Процесс получения стружки из свекловичного корня осуществляется на свеклорезках при помощи диффузионных ножей, установленных в специальных рамках.         Производительность диффузионной установки и содержание сахара в обессахаренной стружке в очень большой степени зависит от качества стружки. Свекловичная стружка, получаемая на свеклорезках в настоящее время, может быть желобчатой или пластинчатой в зависимости от типа диффузионного аппарата. Толщина нормальной стружки составляет (0.5-1) мм. Поверхность ее должна быть гладкой без трещин. Слишком тонкая стружка нежелательна, так как она деформируется, сбивается в комки и ухудшает циркуляцию сока в диффузионных установках. Качество свекловичной стружки принято определять длиной ее в метрах в навеске массой 100 г. Хорошим показателем качества стружки может являться температура и давление на слой. Для получения качественной свекловичной стружки на центробежных свеклорезках необходимо, чтобы свекла в процессе изрезывания с достаточным усилием прижималась к поверхности ножей и внутренней поверхности барабана. Для центробежных свеклорезок с диаметром барабана 1200 мм при скорости резания 8.2 м/с давление на внутреннюю поверхность барабана около 40 кПа.        На центробежных свеклорезках при нормальных условиях эксплуатации получают стружку наилучшего качества, при этом расходуется наименьшее количество ножей на изрезывание 100 т свеклы по сравнению с другими конструкциями свеклорезок. Производительность свеклорезок можно регулировать изменением частоты вращения ротора или количеством работающих ножей. При переработке волокнистой свеклы диффузионные ножи часто забиваются волокнами и получить стружку хорошего качества невозможно. Для очистки ножей применяется продувка их паром или сжатым воздухом с избыточным давлением 0,7 МПа. После того, как свекла была изрезана в стружку, стружка по ленточному транспортеру направляется к диффузионному аппарату, предварительно производят взвешивание стружки ленточными весами.     Диффузией называется извлечение из сложного по своему составу вещества, с помощью растворителя.          В механизированных диффузионных аппаратах непрерывного действия свекловичная стружка и диффузионный сок находятся в непрерывном противоточном движении.            Важнейшее требование, предъявляемое к диффузионным аппаратам - это строгое соблюдение принципа противотока сока и стружки при равномерном заполнении всего аппарата. Хорошая работа диффузионного аппарата возможна только на стружке высокого качества. Стружка не должна перемешиваться в ходе процесса, а лишь перемещаться, если в аппарате имеются транспортирующие устройства. Для получения диффузионного сока высокого качества в аппарате следует поддерживать определенную температуру, а длительность диффундирования должна быть оптимальной. Диффузионный процесс необходимо осуществлять при отсутствии воздуха, так как при доступе воздуха диффузионный сок сильно пенится, в нем усиленно развиваются микроорганизмы, вызывающие коррозию стенок аппарата. Потери сахара в процессе диффузии не должны превышать установленных норм, а потери тепла должны быть минимальными. Диффузионные аппараты не должны быть сложными в обслуживании и ремонте.

Достоинствами наклонных диффузионных аппаратов являются: компактность, удобство в обслуживании, относительно низкие потери сахара в жоме, низкая откачка, возможнось автоматизации работы.

К недостаткам относятся следующие параметры: измельчение стружки при транспортировке, разные порции стружки находятся в разное время в аппарате, причиной этого является неэффективность транспортирующих органов.

Основные технологические показатели наклонного диффузионного аппарата:

Длина 100 г стружки 9-12 мм

Потери сахара в жоме 0,3% к массе свеклы

Откачка сока 120% к массе свеклы

Время пребывания стружки в аппарате 70-100 мин.

Температурный режим

по камерам в аппарате, оС 68;70;72;68

Более жесткий температурный режим в аппаратах непрерывного действия вызвал применение более грубой стружки и необходимость подавления микробиологических процессов. Для регулирования температуры применяют воду для экстракции стружки с t=70oC и pH 6,2-6,5. Повышение микробиологических процессов повлекло за собой неучтенные потери сахара и коррозию аппаратов. _

При соблюдении оптимального технологического режима, в первую очередь температуры, когда деятельность микроорганизмов подавлена, неучтенные потери не превышают 0,13% к массе свеклы. Когда режим нарушен, или поступает свекла низкого качества с большим содержанием обломков, зараженной бактериями, грибами; жизнедеятельность микроорганизмов интенсифицируется и неопределена, потери сахарозы возрастают до 0,5% и более, что отрицательно сказывается не только на работе диффузионной установки, но и на работе всего завода, так как каждая из 0,1% неучтенных потерь сахарозы приводит к снижению выхода сахара на (0,2-0,25)% к массе свеклы.

Так как в головной и хвостовой частях аппарата часто бывает температура 60оС и ниже, то для подавления микрофлоры в точку, расположенную на 1/4 активной длины диффузионного аппарата, от места подачи свежей воды, через каждые два часа вводят 40%-ый раствор формалина (10л на 100 т свеклы).

Для достижения более длительного действия антисептика и уменьшения его расхода, эту дозу формалина можно разделить на несколько частей и вводить одновременно и быстро в разные точки диффузионного аппарата.