Состояние пищевой системы утфеля I кристаллизации при совокупном действии пав, деколоранта сахара, антинакипина

Пищевая система утфеля I кристаллизации свеклосахарного производства представляет собой сложную поликомпонентную систему, состоящую из твердой фазы (кристаллов сахарозы) и жидкой (межкристального раствора), образующуюся из сиропа с клеровкой и являющуюся основой получения белого сахара. Именно ее состоянием, устойчивым или неустойчивым, во многом определяется качество вырабатываемого белого сахара.

На современном этапе для сахаропроизводящих стран СНГ в связи с выходом на мировой рынок обозначился тренд выпуска белого сахара высокого качества [1]. Производство высококачественного белого сахара в условиях технологических линий сахарных заводов предусматривает использование различных приемов: применение фильтрационного оборудования, обеспечивающего высокую степень очистки сиропа с клеровкой; увеличение количества ступеней кристаллизации; увеличение длительности цикла промывки кристаллов сахара при центрифугировании; применение технологических вспомогательных средств (ТВС) [2–4].

В технологии уваривания утфеля I неотъемлемым элементом является использование ТВС функциональной группы поверхностно-активных веществ (ПАВ), технологический эффект которых заключается в снижении пенения и уменьшении вязкости кристаллизуемой пищевой системы утфеля, что способствует интенсификации массо-обмена, обеспечению максимальных значений истощения межкристального раствора и улучшению кристаллоструктуры утфеля [5]. В последние годы сформировалась новая функциональная группа ТВС – деколоранты сахара, технологическая функция которых проявляется в усилении интенсивности белого цвета кристаллов сахара, снижении его цветности в растворе [6, 7]. Кроме того, в пищевую систему утфеля I с сиропом мигрирует остаточное количество структурно связанного с нерастворимыми солями кальция антинакипина (до 30% от вводимой дозы), который используют в процессе сгущения сока, его технологическое действие заключается в диспергировании нерастворимых солей кальция в концентрируемом очищенном соке [8].

Между тем известно, что при комбинации применяемых ТВС возможны взаимодействия между средствами в виде антагонизма-синергизма, которые влияют как на заявленный технологический эффект средств, так и на состояние пищевой системы и в конечном итоге на результативность функционирования технологической линии в целом, на качество белого сахара [9].

Целью данного исследования являлось изучение влияния совокупного действия ТВС функциональных групп ПАВ, деколорантов сахара и антинакипинов на пищевую систему утфеля I кристаллизации свеклосахарного производства, качество белого сахара.

Материалы и методы

Объектом исследования являлась пищевая система утфеля I кристаллизации, формируемая с применением ПАВ Defospum, деколоранта сахара – сульфита натрия (E 221), антинакипина Кеbо DS, и полученный из нее белый сахар.

Исследования выполнялись с использованием разработанного ранее методического подхода [8]. Состояние пищевой системы утфеля I изучали на участке образования и наращивания кристаллов сахарозы, на котором отмечается совокупное действие исследуемых ТВС (рисунок 1).

Схема опытов включала 5 вариантов с локальным и совместным введением средств: 1 – ПАВ; 2 – деколоранта сахара; 3 – ПАВ и деколоранта сахара; 4 – деколоранта сахара и антинакипина; 5 – ПАВ, деколоранта сахара и антинакипина. Дозы и точки ввода средств употреблены согласно технологической документации по их применению.

ПАВ

<10...M%>

FILTERED STRI P.

CONTAINING RESIDUAL ANTI-CAKING

ФИЛЬТРОВАННЫЙ СИРОП.

СОДЕРЖАЩИЙ ОСТАТОЧНЫЕ КОЛИЧЕСТВА АНТИНАКИПИНА

DECOLORANT

СОВОКУПНОЕ ДЕЙСТВИЕ ПАВ.

ДЕКОЛОРАНТА И АНТИНАКИПИНА THE COMBINED EFFECT OF SURFA CTANT, DECOLORANT, AND ANTI-CAKING

Рисунок 1. Структурная схема участка совокупного действия ПАВ, деколоранта сахара и антинакипина при уваривании утфеля I кристаллизации

СГУЩЕНИЕ СИРОПА ДО ПЕРЕСЫЩЕНИЯ THICKENING OF

ОБРАЗОВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ САХАРОЗЫ

FORMATION Of

НАРАЩИВАНИЕ

Figure 1. Structure scheme of the section of collective effect of surfactant, sugar decolorant and anti-caking whwn boiling the first fillmass

Состояние пищевой системы утфеля в опытах диагностировали как устойчивое или неустойчивое. Устойчивое состояние характеризовалось оптимальными значениями репрезентативных показателей твердой фазы – содержание кристаллов (К) 50–55%, коэффициент неоднородности кристаллов (Кн) менее 31,0%, средний размер кристаллов (Ср) 0,60–0,80 мм; жидкой фазы – вязкость (μ) 0,120–0,150 Па·с, цветность (Цв) 1600 ед. опт. пл.; содержание солей кальция (А) менее 0,15% к массе СВ; неустойчивое – при отклонении хотя бы одного показателя от оптимальных значений.

Оценку образцов белого сахара проводили по органолептическому показателю – цвету по разработанной 5-балльной шкале: 5 баллов – отлично выраженный идеальный белый цвет, 4 – хорошо выраженный белый цвет, 3 – белый цвет с едва заметным желтоватым оттенком, 2 – белый цвет с желтоватым оттенком; 1 – желтый цвет; по физико-химическим показателям – согласно ГОСТ 12571, ГОСТ 12572, ГОСТ 12575, ГОСТ 34201.

Результаты и обсуждение

Средние значения показателей состояния пищевой системы утфеля I по вариантам опытов приведены в таблице 1. Как видно, пищевая система при введении в нее ТВС указанных функциональных групп в различных комбинациях находилась в разном состоянии. Полагаем, что эти различия обусловлены разным воздействием на нее применяемых ТВС. Так, при автономном использовании ПАВ, деколоранта сахара, их совместном применении пищевая система характеризовалась устойчивым состоянием, подтвержденным оптимальными значениями репрезентативных показателей. При этом наилучшие значения показателей отмечались в последнем варианте: цветность жидкой фазы была ниже на 10,1 и 5,8% в сравнении с автономным применением ПАВ и деколоранта сахара. По нашему мнению, это можно объяснить синергетическим влиянием ПАВ на функциональное действие деколоранта сахара, способствующим более эффективному протеканию реакций в жидкой фазе: образования свободных сульфит-ионов и блокирования ими карбонильных групп редуцирующих веществ, образования бесцветных соединений с рядом красящих веществ. Вязкость жидкой фазы при совокупном действии снизилась на 1,6% по сравнению с автономным применением ПАВ, что явилось,

Показатели пищевой системы утфеля по-видимому, результатом синергетического влияния деколоранта на технологическое действие ПАВ, выраженным в содействии улучшению реологических свойств жидкой фазы за счет изменения ее химического состава.

Оптимальные параметры жидкой фазы позволили улучшить условия кристаллизации сахарозы, предотвратив спонтанное зародышеобразование и рекристаллизацию, которые являются лимитирующим фактором в формировании кристаллоструктуры утфеля [10]. Вероятно, указанное, привело к увеличению содержания кристаллов в утфеле на 1,5 и 4,2%, их большей однородности. Следует предположить, что полученный из такой пищевой системы белый сахар будет высокого качества.

Пищевая система при совокупном действии ТВС по двум другим вариантам опыта находилась в неустойчивом состоянии. По-ви-димому, такое состояние системы обусловило повышенное содержание солей кальция в жидкой фазе на 28,0 и 22,7% от оптимального значения, вызванное действием остаточного количества антинакипина, удерживающего их в диспергированном виде. Это, в свою очередь, привело к повышению вязкости, ухудшению реологических свойств жидкой фазы, затруднило массообмен и снизило скорость кристаллизации в целом. То есть антинакипин при установленном ранее его антагонистическом влиянии на ПАВ [9] проявил аналогичное действие в отношении деколоранта сахара. Такое изменение свойств жидкой фазы отразилось на показателях твердой фазы утфеля – снизилось содержание кристаллов, проявилась их неоднородность. Полученные данные согласуются с результатами исследований [9, 11], выявившими отрицательное влияние солей кальция на вязкость межкристального раствора утфеля, замедление роста кристаллов сахарозы.

Таблица 1. вариантам опыта (средние значения)

Table 1.

The indicators of the first fillmass by the treatments of the experiment (average values)

Вариант опыта Indicator name	Показатель пищевой системы утфеля | Indicator of first fillmass food system
	твердая фаза | solid phase			жидкая фаза | liquid phase			состояние condition
	К, %	К н , %	С р , мм mm	μ, Па×с Pa×s	Цв, ед. опт. пл. unit of colour density	А, % к массе СВ by weight DM
ПАВ | Surfactant	53,3	27,3	0,72	0,125	1590	0,138	Устойчивое Stable
Деколорант | Decolourant	50,6	28,2	0,63	0,135	1518	0,140	Устойчивое Stable
ПАВ+деколорант Surfactant +decolourant	54,8	26,9	0,75	0,123	1430	0,136	Устойчивое Stable
Деколорант+антинакипин Decolourant + аnti-caking	42,6	36,4	0,59	0,176	1603	0,192	Неустойчивое Unstable
ПАВ +деколорант+антинакипин Surfactant + decolourant + anti-caking	48,7	33,6	0,69	0,152	1599	0,184	Неустойчивое Unstable

Разное состояние пищевой системы утфеля в рассмотренных вариантах опыта отразилось по-разному на качестве полученных образцов сахара. Представленные в таблице 2 данные демонстрируют основные органолептические и физико-химические показатели образцов сахара по вариантам опыта. Так, наилучшие значения показателей отмечены в варианте совместного применения ПАВ и деколоранта сахара: сахар отличался идеальным белым цветом и получил оценку в 5 баллов; по основным физико-химическим показателям он соответствовал белому сахару категории ТС1. Цветность сахара в растворе была ниже в 1,6 и 1,1 раза в сравнении с вариантами автономного применения ПАВ, деколоранта сахара. Более низкая массовая доля редуцирующих веществ обусловлена эффективным функциональным действием деко-лоранта сахара в пищевой системе, заключающимся в блокировании их карбонильных групп.

Образцы сахара, полученные при автономном введении в пищевую систему утфеля деколоранта сахара, имели хорошо выраженный

Показатели образцов белого сахара белый цвет, оценены в 4 балла; по совокупности всех физико-химических показателей соответствовали категории ТС2.

Пониженную органолептическую оценку продемонстрировали образцы сахара, полученные по вариантам автономного применения ПАВ; совместного применения деколоранта сахара и антинакипина; совместного применения ПАВ, деколоранта сахара и антинакипина. Они имели выраженный в разной степени желтоватый оттенок, оценены в 3 и 2 балла. При автономном применении ПАВ образцы сахара по основным физико-химическим показателям соответствовали категории ТС2. В образцах сахара по двум вариантам с антинакипином наблюдалась более высокая цветность в растворе, а массовая доля золы превысила норматив, регламентированный для категории ТС2, переводя их по этому показателю в категорию ТС3.

Массовая доля диоксида серы во всех образцах сахара не превышала допустимого уровня и соответствовала диапазонам содержания диоксида серы в белом сахаре российских заводов [12].

Таблица 2. вариантам опыта (средние значения)

Table 2.

The indicators of the white sugar samples (average values)

Наименование показателя Indicator name	Вариант опыта Experiment treatment
	1	2	3	4	5
Массовая доля сахарозы по прямой поляризации, % Mass fraction of sucrose by direct polarization, %	99,74	99,71	99,75	99,70	99,73
Массовая доля редуцирующих веществ (в пересчете на сухое вещество), % Mass fraction of reducing agents (in terms of dry material), %	0,041	0,035	0,032	0,040	0,038
Массовая доля золы (в пересчете на сухое вещество), % Mass fraction of ash (in terms of dry material), %	0,035	0,034	0,032	0,039	0,037
Цветность в растворе, ед. опт. пл. | Coloration in solution, unit of colour density	91,9	66,4	59,4	97,5	92,3
Цвет, балл | Color, number	3	4	5	2	3
Массовая доля диоксида серы, мг/кг сахара Mass fraction of sulphur dioxide, mg/kg sugar	1,6	2,6	1,8	3,2	2,4

Заключение

Результаты проведенных исследований показали разное состояние пищевой системы утфеля I кристаллизации свеклосахарного производства при применении ПАВ, деколоранта сахара и антинакипина в различных комбинациях. При совместном применении ПАВ и деколоранта сахара система характеризуется устойчивым состоянием за счет синергетического взаимодействия между ними, что дает возможность получения белого сахара категории ТС1. Мигрирование в пищевую систему утфеля остаточного количества антинакипина переводит ее в неустойчивое состояние.