Исследование цветовых характеристик полупродуктов сахарного производства

В условиях сахарного производства только около 55% сахарозы, извлеченной из свеклы, выводится в качестве товарного продукта на первой ступени кристаллизации. Остальное количество остается в полупродуктах производства – желтых сахарах, которые используются в замкнутом цикле, а небольшая часть выводится с отходом производства – мелассой [1].

Проведенные исследования по статистической обработке декадных показателей качества полупродуктов производства показали отсутствие корреляции между качеством сиропа и смеси сиропа с клеровкой, из которых выкристаллизовывают сахарозу. При этом существенное влияние на цветность белого сахара оказывает цветность возвращаемой на первую ступень кристаллизации клеровки желтых сахаров (рисунок 1 –2) .

—■— Чистота сиропа, % / Purity of the syrup, %

Рисунок 1. Временные ряды чистоты сиропа с клеровкой и чистоты сиропа

Figure 1. The time series of syrup purity with melt and syrop purity

Цветность сиропа с клеровкой, усл.ед. Color of the syrup, units

Рисунок 2. Диаграмма рассеяния цветности белого сахара и цветности сиропа с клеровкой (r xy = 0,66)

• Figure 2.    The diagram of scattering of white sugar chromaticity and melt syrup chromaticity (r xy = 0,66)

Существуют различные способы повышения качества клеровки желтых сахаров. К ним относят сульфитацию, использование солевых растворов при клеровании, электрохимическую активацию жидкости для растворения желтых сахаров, адсорбционную очистку и другие [2–4].

Одним из наиболее эффективных способов повышения качества клеровки является аффинация желтых сахаров. Известно, что несахара, в том числе красящие вещества, содержатся преимущественно в пленке на поверхности кристаллов желтого сахара. Проведение аффинационной очистки позволяет заменить пленку на поверхности кристаллов на раствор более высокой чистоты. Однако некоторая часть несахаров, имеющих сродство к сахарозе, внедряется в кристаллическую решетку, повышая цветность и снижая чистоту клеровки желтого сахара [1].

Для проведения эффективной аффинации представляет интерес исследование расположения несахаров в кристаллах желтого сахара. Опыты проводили путем послойной обработки кристаллов нормированного размера насыщенным раствором белого сахара. При этом из массы желтого сахара путем просеивания отбирали фракцию с размером кристаллов 0,3–0,5 мм. Данная фракция в исследуемом продукте составляла более 60%. Навеску кристаллов смешивали с раствором белого сахара массовой долей 82% при температуре 70 °С в течение 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20 мин с последующим центрифугированием в течение 5 мин со скоростью 5000 мин-1. Получали аффинированный сахар и аффинационный оттек, в которых можно определять интенсивность окраски различными методами [5, 6].

Для оценки численных характеристик окраски исследуемых образцов использовали сканерометрический метод с использованием планшетного сканера HP ScanJet 3570C с последующей компьютерной обработкой изображений в цветовом режиме RGB.

Система RGB – один из официально принятых методов характеристики цвета. В основу системы положена трехкомпонентная теория, согласно которой смешением трех основных цветов (красного-R, зеленого-G и синего-B) в подходящих соотношениях получают все остальные спектральные цвета, а также ахроматический белый цвет. Красный цвет соответствует 700 нм, зеленый – 546,1 нм, синий – 435,8 нм [7]. Значение каждой цветовой компоненты в RGB-модели измеряется по шкале от 0 до 255 усл. ед.

Объекты сканировали в цветовом режиме True Color, оптическое разрешение 600 dpi, размер не менее 1000х1000 pix. Для стандартизации результатов и исключения погрешности цветопередачи сканирование проводили в присутствии белого листа с нанесенной спектральной шкалой и шкалой яркости (для автоматического определения баланса белого). Образцы помещали в кювету для спектрофотометрии с толщиной поглощающего слоя 5,0 см и сканировали с помощью специальной приставки [6, 7].

Цифровое изображение обрабатывали при помощи программы ImageJ 1.46. За результат принимали среднеарифметическое значение для каждой из цветовых компонент (рисунок 3) , а также интенсивность окраски (рисунок 4) .

что можно объяснить заменой пленки интенсивно окрашенного раствора на поверхности кристаллов желтого сахара на раствор низкой цветности. Увеличение продолжительности обработки до 5 мин приводит к диффузии красящих веществ из межкристального раствора на поверхность кристаллов – интенсивность их удаления снижается. Длительная аффинация способствует истиранию кристаллов, сопровождается непроизводительными затратами энергии на процесс перемешивания.

Duration of affinity, min

Рисунок 3. Соотношение цветовых компонент для образцов сахара при различной продолжительности аффинации

• Figure 3.    The ratio of color components for the sugar samples at varying lengths affination

Проведенные исследования свидетельствуют, что раствор исходного желтого сахара, имеющий визуальную желтую окраску, интенсивно поглощает в области спектра, соответствующего длине волны 450–480 нм, поэтому синяя компонента на графиках отсутствует. При проведении аффинации происходит удаление красящих веществ с поверхности кристаллов сахара, что изменяет интенсивность поглощения света. Наблюдается осветление образцов по мере увеличения продолжительности аффинации до 3 мин,

160  152 154 155 152 152 154 154

5 ^ 4b ^

Продолжительность аффинации, мин

Duration of affinity, min

Рисунок 4. Интенсивность осветления образцов сахара в зависимости от продолжительности аффинации

• Figure4.    The intensity of sugar samples clarification depending on duration of affination

Влияние продолжительности аффинации на эффективность осветления желтого сахара исследовали также фотоколориметрическим методом, который является традиционным для сахарного производства. Полученные образцы аффинированного желтого сахара и аффинационного раствора растворяли дистиллированной водой, определяли цветность на фотоколориметре КФК-3 при длине волны 490 нм (рисунок 5 –6) .

Длительность аффинации, мин      Duration of affinity, min сахар 22.09.2016                   сахар 03.10.2016                   сахар 06.10.2016

—•—сахар 12.10.2016            —•—сахар 17.10.2016

Рисунок 5. Цветность аффинированного желтого сахара в зависимости от продолжительности аффинации

Figure 5. Chromaticity of affinated yellow sugar, depending on the affination length

—•—оттёк 22.09.2016 —•—оттёк 3.10.2016 —•—оттёк 6.10.2016 —•— оттёк 12.10.2016 —е—оттёк 17.10.2016

Рисунок 6. Цветность аффинационного оттека в зависимости от продолжительности аффинации

Figure 6. Chromaticity of affination swelling depending on the affination duration

Полученные результаты свидетельствуют, что эффективное удаление красящих веществ происходит в течение 1–3 мин проведения аффинации, что соответствует их максимальному содержанию в пленке на поверхности кристаллов. При этом цветность желтого сахара снижается с 625 до 130–230 единиц оптической плотности, а цветность межкристального раствора повышается с 20 до 900–1600 единиц оптической плотности.