СПОСОБ ОЧИСТКИ СВЕКЛОВИЧНОГО СОКА
METHOD OF CLEANING SUGAR BEET JUICE

Настоящее изобретение относится к способу очистки свекловичного сахарного сока и более конкретно к сахарному соку, полученному спрессовыванием свеклы. Оно также относится к очищенному соку и его применению, в частности, в качестве ферментационного субстрата и для получения кристаллического сахара.
Свекловичный сахарный сок обычно получают посредством процесса экстракции, называемого «экстракцией посредством диффузии». Этот процесс вкратце можно описать так: сначала сахарную свеклу промывают и нарезают с получением свекловичной стружки, а затем отправляют в диффузионный аппарат большой емкости, в котором происходит противоточная циркуляция горячей воды. Таким образом сахар, содержащийся в стружке, попадает в воду; этот процесс называется диффузией. После завершения этой стадии на выходе получат два продукта - «обессахаренный» свекловичный жом и воду, насыщенную сахаром, также называемую диффузионным соком, который подвергают очистке согласно процессу разделения с использованием углекислой извести для получения очищенного сока, концентрированного для получения сиропа, и необязательной кристаллизации для получения кристаллического сахара.
В уровне техники известны различные способы экстракции сахарного сока для производства сахара. Так в документе NL-C2-1014605 описано спрессовывание целых или резаных корнеплодов, причем спрессованные корнеплоды можно использовать в качестве корма для животных, а сахарный сок использовать при производстве сахара. В документе ЕР 1063605 описан способ, предусматривающий только две стадии экстрагирования путем спрессовывания смеси, содержащей свежую тертую свеклу и добавку сахарного сока. В документе ЕР 1022342 описан способ экстрагирования сахарного сока, предусматривающий несколько стадий спрессовывания и экстрагирования. Такие различные способы переработки обеспечивают, с одной стороны, получение свекловичного жома с низким содержанием сахара и, с другой стороны, разбавленного сахарного сока.
В документе WO 2009/125088 описан способ обработки свеклы, предусматривающий, по меньшей мере, такие стадии:
- промывание свеклы;
- частичное спрессовывание свеклы для получения, с одной стороны, осадка с фильтр-пресса, содержащего более чем 20% сахара относительно содержания сухого вещества, и, с другой стороны, сахарного сока, концентрация которого превышает 15% содержания сухого вещества;
- разделение осадка с фильтр-пресса и сахарного сока.
В таких способах переработки между стадией промывания и стадией спрессовывания также может выполняться стадия резки свеклы.
Неочищенный сахарный сок, далее называемый JBT АЕ, полученный в соответствии с документом WO 2009/125088, имеет значительную промышленную ценность и может применяться в различных целях, в частности в качестве ферментационного субстрата. Однако ввиду относительно невысокого содержания в нем сахара он должен быть концентрированным.
Однако увеличение концентрации неочищенного сока, по мнению специалистов в области производства сахара, является несбыточным, поскольку без очистки сока перед выпариванием оборудование для выпаривания существенно загрязняется. Необходимо отметить, что ранее увеличение концентрации неочищенного сока (по содержанию сахара) не считалось возможным.
Авторы настоящего изобретения при попытке применить JBT АЕ в некоторых случаях столкнулись с трудностями при обработке, в частности в случаях, когда необходима стадия фильтрации. Действительно, было установлено, что JBT АЕ содержит взвешенные частицы. Эти, пока еще не определенные частицы, влияют на осуществление технических операций и делают обычные операции фильтрации практически невозможными. Такие трудности существенно ограничивают область промышленного применения JBT АЕ.
Уровень осадка JBT АЕ в соответствии с настоящим изобретением составляет от 8% до 20% в зависимости от условий подготовки и спрессовывания свеклы. Уровень осадка, выраженный в виде объема на 100 г JBT АЕ, вычисляют в соответствии с примером 1.
Поэтому существует реальная необходимость в способе очистки и/или фильтрации JBT АЕ.
В ходе испытаний фильтрационной очистки, проведенных авторами настоящего изобретения, было установлено, что для удаления отложений, молекулярный размер которых находится в диапазоне одного микрона, как оказалось, достаточно микрофильтрации и/или ультрафильтрации. Однако расход фильтрационного потока для используемых мембран (1,4 микрона, 0,45 микрона и 300 кДа) очень низкий и не подходит для промышленного применения.
После выполнения ряда испытаний авторы настоящего изобретения определили, что применение целлюлозных волокон в процессах фильтрации позволяет значительно уменьшить количество отложенных частиц.
Действительно, было установлено, что фильтрация JBT АЕ с помощью барабанного фильтра с соскребаемым намывным слоем на основе целлюлозных волокон позволяет получить сахарный сок (фильтрат), отложения которого после увеличения концентрации образуются в незначительных количествах.
Также было установлено, что добавление в JBT АЕ целлюлозных волокон существенно улучшает фильтрацию.
Более того, известно, что взвешенное вещество можно удалить с помощью центрифугирования. В данном случае центрифугирование является эффективным только на очень высоких оборотах.
Авторы настоящего изобретения определили, что производительность центрифугирования повышается, если подвергаемый центрифугированию JBT АЕ содержит целлюлозные волокна.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения представлен способ фильтрации свекловичного сахарного сока, включающий стадию пропускания указанного сока через намывной слой с целлюлозными волокнами.
В соответствии с одним вариантом настоящего изобретения намывной слой на 100% состоит из целлюлозных волокон.
В соответствии с настоящим изобретением фильтрация может представлять собой фильтрацию через барабанный фильтр с соскребаемым намывным слоем или обычную фильтрацию.
Под термином «обычная фильтрация» подразумевается, что поток фильтруемого материала проходит перпендикулярно через фильтр.
Также авторами настоящего изобретения было установлено, что как обычную фильтрацию, так и фильтрацию посредством барабанного фильтра с намывным слоем можно значительно улучшить, если в JBT АЕ добавить целлюлозные волокна. Количество добавляемых в JBT АЕ волокон составляет от 0,1 до 4 масс. % и предпочтительно от 0,2 до 3 масс. %.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения представлено применение свекловичного сока, очищенного способом в соответствии с настоящим изобретением, в виде ферментационного субстрата или в виде сырьевого материала для получения кристаллического сахара.
Приведенные далее примеры иллюстрируют настоящее изобретение, не ограничивая его объем.
Примеры
1. Определение уровня осадка
Уровень осадка рассчитывают посредством центрифугирования в соответствии со следующей процедурой:
- отвесить 65 г JBT АЕ и добавить 20 мл воды,
- установить pH на 6,5,
- добавить 100 мл деминирализованной воды,
- нагреть до 100°C и поддерживать кипение в течение 2-3 минут,
- охладить, а затем центрифугировать в течение 15 минут на 3700 об/мин в 15 мл пробирках.
Содержание осадка, выраженное в мл/100 г, вычисляют следующим образом:
.
2. Фильтрация JBT АЕ посредством барабанного фильтра с соскребаемым намывным слоем
Проводили два испытания с двумя типами намывных слоев:
a. картофельный крахмал, к которому добавили 10% кукурузного крахмала;
b. целлюлозные волокна, известные под торговым наименованием ARBOCEL (класс BER40) и VITACEL (класс L600).
Поскольку целлюлоза в отличие от крахмала устойчива к действию температуры, применение этого сырьевого материала позволяет осуществлять высокотемпературную фильтрацию сиропа.
В таких условиях проведения испытаний и с целью избежать разбавления фильтрата JBT АЕ водой, которая образует жидкостное кольцо вакуумного насоса фильтра, была введена система циркуляции фильтрата. Таким образом, фильтрат можно использовать в качестве рабочей жидкости и, следовательно, можно избежать разбавления водой.
После фильтрации приблизительно 80-100 литров JBT АЕ испытания были прекращены, а фильтраты были концентрированы в ротационном испарителе. Уровни осадка JBT, полученного таким образом, были измерены и сведены в следующей далее таблице I. Эти данные по JBT сравнили с контрольными данными, соответствующими JBT АЕ, размороженному и концентрированному без предварительной обработки.
Применение намывного слоя, состоящего из крахмала, не предусмотрено, так как в результате фильтрации 100 кг JBT АЕ расходовалось приблизительно 3 кг крахмала, т.е. отношение приблизительно 10% по массе крахмала на один кг произведенного JBT.
Применение целлюлозы оказалось, с другой стороны, особенно преимущественным, поскольку соскабливание намывного слоя не требовалось, а отложения, измеренные для JBT, были уменьшены от приблизительно 10% (контрольный образец без обработки) до менее 1%.
3. Обычная фильтрация JBT АЕ с добавлением (наполнением) целлюлозных волокон
Поскольку применение целлюлозы в фильтре с намывным слоем позволило достигнуть значительного уменьшения отложений, присутствующих в JBT АЕ, испытания, заключающиеся в наполнении JBT АЕ целлюлозой, были продолжены при различных условиях обычной фильтрации.
Причиной этому является то, что ввиду сложности управления фильтрацией JBT АЕ в барабанном фильтре было решено использовать обычную фильтрацию с целлюлозным намывным слоем (класс BER40) и целлюлозным наполнением (2 по массе относительно сока) для упрощения реализации испытаний и, таким образом, их ускорения.
Было проведено три серии испытаний для оценки преимуществ фильтрации JBT АЕ через целлюлозный намывной слой.
Результаты разных проведенных испытаний сведены в таблице II далее. Результаты можно сравнить с внутренним контрольным образцом (JBT, концентрированный до L процентов без обработки) и с контрольными образцами «Attin» (JBT, полученный в Attin из того же JBT АЕ).
Проверялись различные условия за счет изменения:
- pH фильтруемого сока;
- применяемого хлопьеобразующего вещества (ALOES Alopolym 637), используемого в количестве 10 частей на миллион.
Таблица II: Испытания для обычной фильтрации различных неконцентрированных свекловичных соков, полученных на опытной установке ECOSAF
Целлюлозный намывной слой осажден на фильтре, фильтруемый сок наполнен 2% целлюлозы (класс BER 40). После фильтрации, при необходимости, фильтраты подщелачивали до pH 10, а затем концентрировали в ротационном испарителе до достижения приблизительно 65% по Бриксу. Затем измеряли уровень отложений.
Применение целлюлозы в качестве наполнения обеспечило существенное уменьшение уровня осадка, причем указанное уменьшение составляет от 50% до приблизительно 90% от начального значения отложений.
Контроль кинетики фильтрации показывает, что фильтрация подкисленных JBT АЕ более сложная по сравнению с фильтрацией подщелоченных JBT АЕ.
Такие наблюдения показывают, что подкисление JBT АЕ и/или добавление хлопьеобразующего вещества вызывают потерю проницаемости уплотненного осадка на фильтре. Такая повышенная сопротивляемость фильтрации, возможно, также обеспечивает большее улавливание загрязняющих частиц. Уровни отложений, измеренные в отфильтрованном подкисленном соке или соке, в который было добавлено хлопьеобразующее вещество, значительно меньше (от 1% до 2%), чем в случае фильтрации JBT АЕ при pH 10,5 без добавления хлопьеобразующего вещества (уровень отложений приблизительно от 4% до 5%).
Таким образом, фильтрация через целлюлозный намывной слой дает возможность удерживать отложения, присутствующие в JBT; наполнение JBT АЕ целлюлозой позволяет упростить фильтрацию, улучшая расход фильтрационного потока.
Хотя такой способ очистки JBT АЕ был взят на заметку, тем не менее было принято решение продолжить испытания для определения типа используемого фильтра и параметров наполнения. Таким образом можно обосновать выбор класса используемых целлюлозных волокон.
4. Центрифугирование JBT АЕ с наполнением целлюлозными волокнами или без него
Различные условия центрифугирования JBT АЕ (C10) были изучены с помощью напольной опытной центрифуги (JOUAN KR4/22 с 6-позиционным ротором RP6, центрифугирование 0,8 кг сока на стакан).
Целлюлозные волокна (класс BER 40) можно использовать в качестве наполнения сока перед центрифугированием в соотношении от 0,5 до 2% по массе. Время контакта перед центрифугированием составляло несколько минут, что соответствовало времени выполнения приготовлений.
Перед применением pH сока не меняли.
Для каждого испытания надосадочную жидкость центрифугируемого сока осторожно собирали, так чтобы не создать снова взвесь с полученным после центрифугирования осадком, а затем концентрировали в опытном ротационном испарителе.
В ходе этих испытаний можно было применять две разные кинетики концентрирования надосадочной жидкости, а именно:
- быструю и управляющую кинетику, обеспечивающую короткое время пребывания в концентрационной колбе, приблизительно 20 мин. Концентрирование полностью протекает под сниженным давлением (25 мбар), при температуре ванны приблизительно 90°C, температуре продукта приблизительно 80°C и температуре пара приблизительно 70°C;
- медленную кинетику, обеспечивающую время пребывания в концентрационной колбе приблизительно 60 минут. Концентрирование частично протекает в вакууме в соответствии с такой последовательностью (15 минут без вакуума при температуре ванны и продукта приблизительно 90°C, незначительное испарение во время этого периода; затем 10 минут при 500 мбар при температуре ванны и продукта приблизительно 90°C, незначительное испарение; затем 10 минут при 200 мбар при температуре ванны 90°C; затем 25 мбар до достижения требуемой концентрации).
Результаты испытания центрифугирования JBT АЕ сведены в таблице III далее.
Таблица III: Испытания центрифугирования различных свекловичных соков типа JBT АЕ, полученных на опытной установке ECOSAF
Соки центрифугировали в центрифуге JOUAN KR4/22 с ротором RP6. Центрифугируемый сок может быть наполнен целлюлозными волокнами JRS BER 40 в соответствии с соотношением 0,5-2% по массе. После центрифугирования надосадочную жидкость концентрировали в ротационном испарителе до достижения приблизительно 65% по Бриксу. Затем измерили уровень отложений в соответствии с процедурой примера 1.
Испытания центрифугирования JBT АЕ четко показали, что все условия, испытуемые в установке:
- ускорение в диапазоне 1000-4500 г;
- в течение 1-5 минут;
- с применением целлюлозы или без нее;
- с последующим более или менее продолжительным концентрированием;
- со взятием проб JBT АЕ с установки ECOSAF в три разных для,
показали общее уменьшение уровня отложений в JBT АЕ.