Методические аспекты интегрирования технологических вспомогательных средств в технологический поток производства свекловичного сахара

В отечественном производстве свекловичного сахара реализация современных технологических решений предусматривает применение технологических вспомогательных средств (ТВС), выступающих как инструмент интенсификации технологических процессов. Ассортимент применяемых ТВС разнообразен по функциональному направлению и линейке внутри функциональных групп, что обусловлено многообразием задач локальных технологических процессов производства сахара, отличающихся сложностью, множественностью, ресурсоемкостью. Рынок ТВС успешно развивается, мотивируя сахарные заводы к активному их применению.

Анализ эволюционного развития использования ТВС в отечественной технологии сахара в течение более двух столетий в разрезе четырех условно выделенных стадий [1]: от первых классических ТВС (химических реагентов известкового молока, углекислого газа, сернистого газа) до широкого и разнообразного ассортиментного ряда средств (рисунок 1), позволяет выделить следующие основные современные тенденции их применения.

Используемые в настоящее время ТВС обладают высоким технологическим эффектом и пролонгированным действием при минимизации их расхода. Распространение получают узконаправленные препараты внутри каждой функциональной группы и многофункциональные комплексные препараты, сочетающие в себе композиции действующих веществ разных функциональных групп [2, 3].

Для каждого конкретного ТВС имеется локальная технология применения, не требующая значительных капиталовложений, позволяющая автоматически вести процесс приготовления и дозирования препарата в зависимости от параметров технологического процесса и качества обрабатываемых полуфабрикатов. Целевое применение каждого средства технологически и экономически оправдано;

технологический режим и правила работы с ними закреплены в научно-технической документации (технологических инструкциях, методических рекомендациях и др.). Безопасность ТВС регулируется Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 029/2012 “Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств”: контроль содержания остаточных количеств в готовой и побочной продукции ведется, как правило, по установленному изготовителем средства расходу, необходимому для достижения технологического эффекта. Стандартизованные методики определения действующих веществ применяемых ТВС в белом сахаре, жоме, мелассе отсутствуют. Основная масса средств – зарубежного производства: в страну импортируется до 75% пищевых ингредиентов (пищевых добавок и ТВС) [4].

ИНДУСТРИАЛЬНАЯ ЭПОХА

ПОСТИНДУСТРИАЛЬНАЯ ЭПОХА

NARROW-DIRECTED

PREPARATIONS INSIDE

СТАДИЯ

СТАДИЯ

ТВЕРДЫЕ

INDUSTRIESlFORMALIN, SOLID ANIMAL FAT,

Рисунок 1. Стадии эволюции применения ТВС в производстве сахара

• Figure 1.    Stages of evolution of the use of the fuel assembly in the production of sugar

Однако эффективность и безопасность каждого средства рассматривается изготовителями и потребителями ТВС только с точки зрения достижения узкой технологической цели локального участка их применения. Но в условиях многовариативности использования ТВС совместное их применение в технологическом потоке может привести к различного рода последствиям, таким как: нивелирование заявленного технологического эффекта; возможность отрицательного действия на пищевую систему, качество протекания технологических процессов; возможность попадания остаточных количеств действующего вещества средства в сахар, жом и мелассу, которое представляет риск для здоровья людей и животных или оказывает негативное влияние на качество продукции и процессы ее производства при использовании их в качестве сырьевого ингредиента.

Вместе с тем, ТВС, как и пищевые добавки, согласно установленной международной практике, должны постоянно проходить переоценку с учетом появления новых научных данных об их воздействии на организм человека, окружающую среду, последствий их применения в пищевых системах [5]. Поэтому эффективность и безопасность каждого средства следует рассматривать системно с позиций всего сложного технологического потока производства сахара, осуществляя интегрирование локальных технологий конкретных ТВС в технологический поток. Полагаем, что четвертая стадия эволюции применения ТВС в производстве сахара завершится созданием системы интегрированных технологий применения ТВС как совокупности локальных технологий, ориентированных на повышение стабильности функционирования технологического потока. Такая система открывает новый уровень использования ТВС: дает возможность повысить эффективность единого технологического процесса производства сахара, увеличить выход и качество готовой продукции при обеспечении защиты здоровья человека и окружающей среды.

Для формирования такой системы необходимы новые знания, вытекающие из результатов научных исследований по широкому спектру направлений: разработка новых специальных ТВС; изучение поведения средств в пищевых системах сахарного производства, взаимосвязи их функциональных действий с выявлением синергизма и антагонизма; исследование совокупного влияния ТВС на качество протекания процессов, в которых они непосредственно используются, опосредованного влияния на другие процессы, изменение состава полуфабрикатов, побочной и готовой продукции, миграции действующих веществ по технологическому потоку; разработка методик определения действующих веществ в сахаре, жоме и мелассе и т. д. По части представленных направлений проводятся теоретические и экспериментальные исследования.

В результате разработаны исходные требования к системе ТВС в производстве сахара из сахарной свеклы, предусматривающие в т. ч. интеграцию ТВС с технологическим потоком, учитывающую все взаимосвязи конкретного средства в совокупном действии с другими ТВС. Сформированы методические подходы к оценке совокупного действия ТВС при их одновременном применении в технологическом потоке [1], которые базируются на выявлении результата взаимодействия между средствами в виде антагонизма (когда одно из средств ослабляет действие другого) или синергизма (когда одно из средств усиливает действие другого). Оценка совокупного влияния ТВС предусматривает дифференциацию качества протекания процессов технологического потока в зависимости от уровня выполнения технологической задачи и состояния в них пищевой системы на основе определения репрезентативных показателей.

Полученные данные предполагается использовать в качестве основы структурной схемы интегрированных технологий применения ТВС в свеклосахарном производстве. Методические аспекты ее формирования включают выполнение декомпозиции технологического потока с выделением участков совокупного действия конкретных ТВС; выявление синергетических или антагонистических эффектов последствий совокупного действия ТВС выделенного участка; при выявлении антагонистического эффекта проводится глубинный анализ причин его проявления и предлагаются варианты интеграционных технических или технологических решений для его нивелирования или минимизации.

Рассмотрим формирование структурной схемы интегрированной технологии на примере участка технологического потока от сгущения очищенного сока до получения утфеля I кристаллизации. На указанном участке в процессах технологического потока используются функциональные группы ТВС: антинакипины – при сгущении сока; поверхностно-активные вещества (ПАВ) – при уваривании утфеля I. Антина-кипин, выполнив свое функциональное назначение в процессе сгущения, в составе сиропа поступает на процесс фильтрования, где в качестве фильтровальных перегородок используются фильтровальные ткани с диаметром пор 100– 200 мкм, при этом около 70% его от введенной дозы удаляется с осадком, а до 30% мигрирует в составе фильтрованного сиропа на этап уваривания утфеля I. Соответственно, на данном этапе имеет место совокупное взаимодействие антинакипина и ПАВ (рисунок 2).

Вестник^втуим/Proceedings of VSUET, № 3,2016

ОЧИЩЕННЫЙ СОК СВ 14°/о

ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЕ ПЕРЕГОРОДКИ (диаметр пор 100...200мкм)

ОЧИЩЕННЫЙ СОК СВ 14 »/о

Ф11ЛЬТРОВАЛЬНЫЕ ПЕРЕГОРОДКИ (диаметр пор 30... 50 мкм)

SURFACTANT

УВАРИВАНИЕ УТФЕЛЯ I КРИСТАЛЛИЗАЦИИ BOILING OF THE MASSECUITE I CRYSTALLIZATION

СИНЕРГИЗМ

I СОВОКУПНОЕ ДЕЙСТВИЕ \.4НТПН4К1ШПН4 II П4Б

SYNERGY

SYRUP FILTERING

ФИЛЬТРОВАНИЕ СИРОПА

ФПТЬТРО-\ ВАННЫЙ

СИРОП

(роге diameter 30...50 pm)

СИНЕРГИЗМ

АНТАГОНИЗМ

СОВОКУПНОЕ ДЕЙСТВИЕ 4НТНН4КНШ1Н4 II П4В

SYNERGY

.ANTAGONISM

ЭТАП СГУЩЕНИЯ СИРОПА

ДО ПЕРЕСЫЩЕНИЯ STAGE OF SYRUP CONDENSATION TO THE __ SUPERSATURATION __

ЭТАП ОБРАЗОВАНИЯ II НАРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ САХАРОЗЫ

STAGE OF FORMATION AND GROWING OF SUCROSE CRYSTALS/

3-ВАРИВАНИЕ УТФЕ.ТЯ I КРИСТАЛЛИЗАЦИИ "X

SYRUP FILTERING

ЭТАП СГУЩЕНИЯ СИРОПА

ДО ПЕРЕСЫЩЕНИЯ STAGE OF SYRUP CONDENSATION TO THE __SIIEERSAIJJRAIIDli__

ЭТАП ОБРАЗОВАНИЯ И НАРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ САХАРОЗЫ

ФИЛЬТРОВАНИЕ

СИРОПА

FILTRATION PARTITION (роге diameter 100... 200 pm)

CONDENSATION OF CLARIFIED JUICE

СГУЩЕНИЕ ОЧИЩЕННОГО СОКА

АНТИНАКИПИН

DESCALER „           1 .

СГУЩЕНИЕ ОЧИЩЕННОГО СОКА

CONDENSATION OF CLARIFIED ЛИСЕ

Рисунок 2. Вариант структурной схемы технологии применения антинакипина в технологическом потоке производства свекловичного сахара: а – локальной; в – интегрированной

• Figure 2.    Option block diagram of the application of technology in the descaling process stream of beet sugar production of a – local; b – integrated

Оценив совокупное действие средств на основе вышеуказанных методических подходов, получаем объективную картину совместного взаимодействия антинакипина и ПАВ в процессе уваривания утфеля I: на этапе сгущения сиропа до пересыщения от сухих веществ 65% до 82% сухих веществ отмечается синергетический эффект, а на этапе образования и наращивания кристаллов сахарозы имеет место антагонистическое влияние антинаки-пина на функциональное действие ПАВ [6]. Причем, обуславливая формирование неустойчивого состояния пищевой системы утфеля I за счет ухудшения его реологических свойств, антинакипин всегда будет выступать антагонистом ПАВ.

Следовательно, для интегрирования технологии применения антинакипина в технологический поток производства сахара следует устранить или минимизировать этот эффект. Это можно выполнить путем устранения или сведения до минимума поступления антинакипина на этап уваривания утфеля I.

Указанное достигается максимальным удалением взвешенных солей кальция из сиропа, а с ними и структурно связанного антинаки-пина, что возможно при использовании в процессе фильтрования сиропа фильтровальных тканей с диаметром пор 30–50 мкм или фильтрующих материалов (кизельгура, перлита). Такое технол огическое решение выступает как интеграционное.

Для наполнения всех позиций структурной схемы интегрированных технологий при-мен ения ТВС в свеклосахарном производстве предстоит выполнить подобные исследования по оценке сов окупного действия ТВС других функциональных групп.

Заключение

Предложены методические аспекты интегрирования ТВС в технологический поток производства сахара из сахарной свеклы, реализация которых обеспечит повышение эффективности и результативности функционирования технологической линии в целом.