27.03.01_Химия и технология сахара_М.у. для с.р.с.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра технологии хранения и переработки растениеводческой продукции
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ САХАРА
Методические указания по организации самостоятельной работы
студентов специальности
27.03.01 Стандартизация и метрология
Краснодар
2015
УДК 664 (075.8)
ББК 36
Р 40
Рецензент:
Е. В. Щербакова – д-р техн. наук, профессор кафедры технологии хранения
и переработки растениеводческой продукции КубГАУ
Родионова Л. Я.
Р 40 Химия и технология сахара: методические указания/ Л. Я . Родионова,
Т. В. Щеколдина, Е. И. Мигина, – Краснодар: КубГАУ, 2015. – 12 с.
Методические указания составлены в соответствии с требованиями основной
образовательной программы подготовки бакалавров по направлению 27.03.01
Стандартизация и метрология федерального государственного образовательного
стандарта. Рекомендованы к изданию решением учебно-методической комиссии
факультета перерабатывающих технологий (от 30.06.2015 г, протокол №9).
УДК 664(075.8)
ББК 36
© Родионова Л. Я.
Щеколдина Т. В.,
Мигина Е. И. 2015
© ФГБОУ ВПО «Кубанский
государственный аграрный
университет», 2015
ВВЕДЕНИЕ
Важным элементом подготовки студентов и получение ими необходимых
знаний по дисциплине «Химия и технология сахара» является самостоятельная
работа.
Процесс изучения дисциплины «Химия и технология сахара»
предусматривает ряд функционально связанных этапов, включающих
проведение лекционных аудиторных занятий, самостоятельную работу
студентов в межсессионный период, отчет о самостоятельной работе и сдачу
экзамена по дисциплине.
Самостоятельная работа студентов в межсессионный период
предполагает активное, последовательное и подробное освоение ими
соответствующих учебных материалов дисциплины по всем ее структурным
разделам с использованием рекомендованной основной и дополнительной
литературы.
Освоение учебных материалов по основной и дополнительной литературе
следует осуществлять строго системно и последовательно с учетом
нижеизложенных заданий и рекомендаций, касающихся самостоятельного
изучения и самоконтроля усвоения различных разделов дисциплины.
Самостоятельная работа требует от студента творческой активности,
умения найти и переработать информацию, необходимую для усвоения
вопросов, предложенных для самостоятельного изучения.
Для успешного усвоения изучаемого материала рекомендуется:
- составить конспекты основных положений, понятий, определений,
отдельных наиболее сложных вопросов;
- составить ответы на основные вопросы изучаемых тем.
В ходе работы самостоятельной работы студент должен систематически
осуществлять самостоятельный контроль хода и результатов своей работы,
постоянно корректировать и совершенствовать способы ее выполнения.
Преподаватель контролирует ход и результаты самостоятельной работы в
различных формах:
- рецензирование выполненных студентами в письменной форме
докладов, рефератов, контрольных работ;
- заслушивание на консультациях по самостоятельной работе рефератов и
докладов, подготовленных студентами по результатам самостоятельной
работы;
- проведение контрольных работ по вопросам, которые студенты
подготовили самостоятельно.
1
СОДЕРЖАНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
И
МЕТОДИЧЕСКИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ТЕМ КУРСА
1.1. Наименование разделов и тем, часы самостоятельной работы,
рекомендуемая литература
Таблица 1
№
темы
1
2
3
4
Наименование тем,
их содержание
Часы самост.
работы
Литература
Развитие сахарного производства
Свеклосахарное производство.
Переработка тростникового
сахара-сырца
Сахарорафинадное производство
ИТОГО
8
30
1-9
1-8, 10, 11, 13
16
1-8, 12
18
72
1-8
1.2 Содержание отдельных тем курса и методические рекомендации
их изучению
Тема 1. Развитие сахарного производства.
Краткий очерк возникновения и развития сахарного производства.
Мировое производство сахара. Производство сахара в России, проблемы и
перспективы.
Главнейшие направления совершенствования техники и технологии,
научных исследований. Роль сахара в питании человека, использование его в
пищевой промышленности. Здоровое питание и его значение.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. В чем заключается основные проблемы сахарной отрасли в настоящее
время?
2. Кратко изложите историю развития отечественного и мирового
производства сахара.
3. В чем особенность строительства и месторасположения современных
сахарных заводов?
4. Какова роль сахара в питании человека?
5. Чем опасен избыток потребления сахара? Сахарный диабет и его
развитие.
Тема 2. Свеклосахарное производство.
Сахарная свекла.
Современные методы возделывания сахарной свеклы. Значение влаги,
удобрений, почвенных и климатических условий для получения высоких
урожаев свеклы. Технологическая оценка свеклы.
Синтез сахара в растении. Распределение сахарозы в корне. Общий
химический состав свеклы. Углеводный комплекс. Моносахариды: глюкоза,
фруктоза, арабиноза, ксилоза. Образование органических кислот, красящих
веществ и меланоидинов. Отношение к производству.
Олигосахариды: сахароза, ее химические свойства, гидролиз в кислой
среде, кинетика разложения.
Раффиноза, ее влияние на кристаллизацию сахарозы. Основные физикохимические свойства.
Полисахариды. Целлюлоза, ее структура и отношение к производству.
Лигнин и его влияние на качество свеклы. Гемицеллюлоза и пентозаны: арабан,
ксилан, галактан и другие, переход их в сок и отношение к производству.
Пектиновые вещества. Пектины, пектаны, соли тетрагалактуроновой кислоты и
их физические свойства. Переход пектиновых веществ в сок в зависимости от
температуры, рН среды и времени. Азотистые вещества свеклы.
Минеральные вещества свеклы. Витаминный и ферментный комплекс
свеклы. Образование красящих веществ.
Хранение свеклы. Значение правильной уборки и своевременной вывозки
свеклы на ее устойчивость в ходе хранения. Хранение свеклы в высоких и
низких буртах.
Извлечение сахарозы из свеклы.
Физико-химический закон диффузии Фика. Зависимость коэффициента
диффузии. Денатурация протоплазмы клетки в зависимости от температуры и
времени. Изрезывание свеклы, пластинчатая и желобчатая стружка. Методы
оценки качества стружки.
Влияние разности концентраций. Переход веществ в сок, его
количественная характеристика. Предел обессахаривания. Влияние времени
диффундирования. Перемешивание стружки в непрерывно действующих
аппаратах. Теория диффузии П.М.Силина.
Микробиологические потери на диффузии и борьба с ними. Применение
дезинфицирующих веществ.
Подготовка воды для диффузии. Возврат, очистка и стерилизация
жомопрессовой воды.
Хранение и использование жома. Жомосушение и получение мелассного
и других видов жома.
Очистка сока
Осаждение, разложение и адсорбция – основные пути удаления несахаров
сока.
Предварительная дефекация. Процессы нейтрализации и осаждения как
основная задача предварительной дефекации. Оптимальная и прогрессивная
предварительная дефекация. Преддефекация с возвратом нефильтрованного
сока первой сатурации и суспензии осадка первой и второй сатурации. Теория,
преимущества и недостатки различных видов предварительной дефекации.
Холодная и горячая предварительная дефекация.
Основная дефекация. Процессы разложения на основной дефекации и их
значение для получения термоустойчивых соков. Разложение инвертного
сахара и амидов. Поведение белковых и пектиновых веществ.
Первая сатурация. Адсорбция на первой сатурации как основной процесс
удаления несахаров. Теоретические основы. Режим первой сатурации:
температура, скорость, оптимальное рН и титруемая щелочность.
Ненормальности в работе и их влияние на качество сока. Коэффициент
использования СО2 и эффект очистки на первой сатурации.
Вторая сатурация. Осаждение на второй сатурации. Натуральная и
оптимальная щелочность. Оптимальное рН второй сатурации. Применение
извести. Сульфитация сока. Восстановление красящих веществ сока. Снижение
вязкости.
Фильтрование соков. Различные схемы фильтрования. Фильтрование под
давлением и под вакуумом. Сравнение различных схем и аппаратов для
фильтрования. Значение качества фильтрования для работы второй сатурации и
сульфитации.
Сравнительная технико-экономическая оценка различных способов
фильтрования. Применение полиэлектролитов для улучшения оса-ждения.
Состав и использование сатурационных осадков. Варианты различных схем
очистки соков.
Применение ионообменных смол в сахарном производстве. Эффект
очистки. Деминерализация, обесцвечивание, декальцинация и другие варианты
применения ионитов.
Выпаривание сока
Химические процессы при выпаривании соков: падение щелочности,
повышение щелочности, образование накипи. Повышение окрашенности соков
и сиропов. Разложение сахарозы. Обоснование теплового режима выпаривания.
Состав накипи на выпарке. Вываривание выпарной станции. Очистка сиропа –
сульфитация и фильтрование. Применение активированных углей.
Уваривание утфелей и кристаллизация сахарозы, сушка сахара
Зависимость растворимости сахарозы от температуры. Влияние несахаров
на растворимость сахарозы. Коэффициент насыщения и его зависимость от
чистоты, состава несахаров, температуры и отношения «несахар – вода».
Истинный и видимый коэффициенты пересыщения.
Образование центров кристаллизации. Метастабильная и лабильная
области пересыщения. Заводка кристаллов.
Скорость кристаллизации в зависимости от температуры и пересыщения.
Линейная и массовая скорости кристаллизации. Влияние чистоты на скорость
кристаллизации. Влияние вязкости на скорость кристаллизации. Скорость
диффузии и скорость фазового превращения, их суммарное влияние на
скорость кристаллизации. Контроль уваривания утфеля первого продукта.
Пробеливание утфеля водой и паром.
Сушка сахара. Тепловой режим. Типы сушилок и их технологическая
оценка. ГОСТ на сахар-песок. Хранение сахара в таре и бестарное хранение.
Уваривание утфелей 2-го и 3-го продуктов. Варианты технологических
схем продуктового отделения. Двухпродуктовая и трехпродуктовая схемы.
Аффинация сахара последнего продукта. Клеровка и ее использование.
Получение жидкого сахара и пищевого сиропа.
Мелассообразование.
Химическая
теория
мелассообразования.
Мелассообразующий коэффициент.
Нормальная чистота мелассы. Регулирование хода процесса кристаллизации последнего утфеля в мешалках по нормальной чистоте мелассы и нормальному содержанию сухих веществ.
Меласса и ее использование. Состав меласс. Использование мелассы в
целях извлечения сахара. Приготовление извести. Эффект процесса.
Хроматографические и ионообменные способы обессахаривания мелассы.
Использование мелассы для производства спирта, дрожжей, глицерина,
молочной кислоты, лимонной кислоты, ацетона, бутанола.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что является основным сырьем для производства сахара?
2. Дайте характеристику химическому составу сахарной свеклы.
3. Изложите подробно приемку, хранение и укладку в когаты сахарной
свеклы.
4. В чем заключается сущность переработки сахарной свеклы?
5. В чем заключается принцип экстрагирования сахарозы из стружки? От
каких факторов он зависит?
6. В чем заключается теория диффузии Силина П. М.?
7. Что такое жом и какими характеристиками он обладает?
8. Что такое диффузионный сок?
9. Что такое сатурация?
10.Что такое дефекация?
11.В чем заключаются ненормальности в работе сатурации и их влияние
на качество сока?
12.Что такое утфель? Назначение уваривания утфелей.
13.Как влияют несахара на растворимость сахарозы?
14.Что такое коэффициент насыщения и его зависимость от чистоты?
15.Роль и значение кристаллизации. Что такое заводка кристаллов?
16.Как влияет вязкость раствора на скорость кристаллизации сахара?
17.Принцип и параметры сушки сахара-песка?
18.Что такое меласса?
19.Что такое мелассообразующий коэффициент?
20.Что относится к отходам сахарного производства?
Тема 3. Переработка тростникового сахара-сырца
Основы тростникового сахарного производства. Сахар-сырец, его состав
и производство. Требование к качеству сахара-сырца. Аффинация сахарасырца. Дефекосатурация сиропов. Очистка и обесцвечивание сиропов.
Переработка аффинационного оттека. Технологическая схема переработки
сахара-сырца на сахарных и сахаро-рафинадных заводах.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что такое сахар-сырец?
2. Характеристика сахарного тростника и область его произрастания.
3. Каковы требования к сахарному тростнику?
4. Что такое аффинация сахара-сырца?
5. В чем заключается дефекосатурация сиропов?
6. Как происходит переработка аффинационного оттека?
7. В чем заключается технология переработки сахара-сырца? Каковы
технологические параметры производства?
Тема 4. Сахарорафинадное производство
Объем производства сахара-рафинада в России. Основные направления
инновационного развития техники и технологии рафинадного производства.
Технологические схемы производства рафинада с двумя и тремя
рафинадными утфелями.
Приемка сахара-песка для переработки на рафинадных заводах. Хранение
сахара-песка на рафинадных заводах. Удаление механических примесей.
Колерование сахара-песка. Удаление нерастворимых примесей фильтрованием.
Обесцвечивание
сиропов.
Теория
адсорбции.
Применение
порошкообразных
и
гранулированных
активных
углей.
Эффект
обесцвечивания. Регенерация активных углей.
Применение ионитов для обесцвечивания сиропов. Порядок работы.
Регенерация ионитов. Уваривание рафинадных утфелей и кристаллизация в них
сахарозы. Получение прессованного рафинада. Теория прессования.
Прессование, сушка и разделка рафинада. Жидкий сахар.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Что такое сахар-рафинад?
2. В чем заключается технология сахарорафинадного производства?
3. Как происходит удаление механических примесей?
4. Что такое колерование сахара-песка?
5. Поясните теорию адсорбции.
6. Приведите технологическую схему производства сахара-рафинада.
укажите основное оборудования для производства сахара-рафинада.
7. Что такое активные угли и какова их роль в сахарном производстве?
8. Каков принцип действия ионитов в обесцвечивании сиропов?
9. Как происходит уваривание рафинадных утфелей и кристаллизация в
них сахарозы?
10. Что такое теория прессования?
11. В чем заключается технология получения прессованного рафинада?
12. Что такое жидкий сахар?
2. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Бугаенко, И. Ф. Общая технология отрасли: Научные основы технологии
сахара / И. Ф. Бугаенко, В. И. Тужилкин // СПб.: Гиорд, 2007. – 512 с.
2. Бугаенко, И. Ф. Общая технология отрасли. Научные основы
технологии сахара (ч. 1) / И. Ф. Бугаенко, В. И. Тужилкин // СПб.: Гиорд, 2007.
− 507 с.
3. Бугаенко, И. Ф. Техно-химический контроль сахарного производства /
И. Ф. Бугаенко // М.: Агропромиздат, 2009. – 230 с.
4. Бугаенко, И. Ф. Технологические отклонения в сахарном производстве
/ И. Ф. Бугаенко // М.: Агропромиздат, 2009. – 240 с.
5. Гребенюк, С. М. Технологическое оборудование сахарных заводов / С.
М. Гребенюк // М.: Легкая и пищевая промышленность, 2008. – 470 с.
6. Сапронов, А. Р. Технология сахарного производства / А. Р. Сапронов //
М.: Агропромиздат, 2008. – 490 с.
7. Славянский, А. А. Сахар: назначение, свойства и производство / А. А.
Славянский // М.: МГУТУ, 2012. − 215 с.
8. Славянский, А. А. Лабораторный практикум по общей технологии
сахаристых продуктов / А. А. Славянский, Г. А. Вовк, М. С. Жигалов // М.:
МГУПП, 2007. − 124 с.
9. Спичак, В. В. Сахарная свекла для производства сахара / В. В. Спичак,
Н. М. Сапронов, И. П. Салтык // Курск: ИПК «Курск», 2008. − 264 с.
10. Славянский, А. А. Технология известково-углекислотной очистки
диффузионного сока и её совершенствование в свеклосахарном производстве /
А. А. Славянский, А. Д. Малкина // М.: ООО «Полиграф», 2008. − 190 с.
11. Славянский, А. А. Технология уваривания утфеля первой
кристаллизации и её совершенствование / А. А. Славянский, О. Е. Щербакова,
Ю. А. Тырсин // М.: ООО «Полиграф», 2008. − 164 с.
12. Славянский, А. А. Технология переработки тростникового сахарасырца / А. А. Славянский, Н. А. Митин // М.: Полиграфсервис, 2008. − 147 с.
13. Славянский, А. А. Центрифугирование и его влияние на выход и
качество сахара / А. А. Славянский // М.: МГУПП, 2007. − 178 с.
3. КОНТРОЛЬНЫЙ ТЕСТ
Вариант тестового задания приведен ниже.
1. Сколько (в %) составляют потери сахарозы в транспортерно-моечной
воде?
А) 0,1-0,2
Б) 0,2-0,3
В)0,3-0,4
Г)0,4-0,5
2. Сколько (в %) составляют потери сахарозы на диффузии?
А) 0,1-0,2
В)0,3-0,4
Б) 0,2-0,3
Г)0,4-0,5
3. Сколько (в %) составляют потери сахарозы при переработке свеклы?
А) 1,0-1,5
В)2,5-3,5
Б) 1,5-2,5
Г)3,5-5,5
4. Чему равна вязкость свекловичной мелассы?
А)0,5-1,0
В) 2-4
Б) 1-2
Г) 4-8
5. Содержание пектиновых веществ в сахарной свекле.
А) 1,0-1,5
В) 2,0-2,5
Б) 1,5-2,0
Г) 2,5-3,0
6. Содержание сахарозы в диффузионном соке.
А) 9-10
В) 12-14
Б) 10-12
Г) 14-18
7. Сколько (в %) составляют потери сахарозы в жоме?
А) 0,10-0,20
В)0,30-0,40
Б) 0,20-0,30
Г)0,40-0,50
8. Каковы неучтенные потери сахарозы на диффузии?
А) 0,06-0,07
В)0,08-0,09
Б) 0,07-0,08
Г)0,09-0,10
9. Чему равен шведский фактор, его величина? А) 4-6
Б) 6-8
Г) более 10
В) 8-10
10. Какова должна быть оптимальная влага в жоме после прессования для
дальнейшего его хранения?
А)10
В)14
Б) 12
Г)16
11. Общее количество известкового молока (в %) добавляемое на
дефекации?
А) 1,5-2,0
В) 2,5-3,0
Б) 2,0-2,5
Г) 3,0-3,5
12. Какова температура на холодной дефекации (0С)?
А) 30-35
В) 40-45
Б)35-40
Г) 45-50
13. Какова температура (0С) на горячей дефекации?
А) 65
В) 85
Б) 75
Г) 95
14. Время I и II сатурации (в мин) каждая.
А) 5
В) 15
Б) 10
Г) 20
15. Количество воды (в %) для пробеливания сахара?
А) 1,5-2,5
В)3,0-3,5
Б) 2,5-3,0
Г)3,5-4,0
16. Чему равна (в %) чистота мелассы?
А) 40-50
В) 60-70
Б) 50-60
Г) 70-80
17. Каково (в %) содержание редуцирующих веществ в сахаре-песке?
А) 0,02
В) 0,04
Б) 0,03
Г) 0,05
18. Чему равна температура воды (0С) подаваемая на пробеливание
сахара? А) 50-60
В) 70-80
Б) 60-70
Г) 80-90
19. Выход (в %) мелассы к массе переработанной свеклы.
А) 2,0-2,5
В) 3,5-4,5
Б) 2,5-3,5
Г) 4,5-5,5
20. Содержание сахарозы в (%) в тростнике.
А) 9 - 12
В)16 - 18
Б) 12 - 17
Г) 18 – 20
21. Содержание (в %) клетчатки в сахарном тростнике.
А) 10
В)14
Б)12
Г)16
22. Чистота (в %) диффузионного сока, полученного из тростника.
А) 74 - 80
В) 86 - 90
Б) 80 - 86
Г) 90 – 94
23. Содержание (в %) сахарозы в тростниковом сахаре-сырце.
А) 90 - 94
В) 96 - 98
Б) 94 - 96
Г) 98 – 99
24. Какие вещества относятся к несахарам тростникового сахара-сырца?
А) альдегиды
В) амиды
Б)холин
Г)воски, смолы
25. Содержание углекислого кальция в природном известняке в % не
менее.
А) 75
В) 95
Б) 85
Г) 98
26. Какова температура (0С) в печи в средней ее части - зоне обжига?
А) 800-900
В) 1000-1100
Б) 900-1000
Г) 1100-1200
27. В известковообжигательной печи при какой температуре (0С)
выгребают известь?
А) 50-100
В) 150-200
Б) 100-150
Г) 200-250
28. Чему равна температура известкового молока (0С) при гашении?
А)45
В)65
Б)55
Г)75
29. Чему равна длительность пребывания (час) известняка в печи при его
обжиге?
А)12
В)36
Б)24
Г)48
30. Какие наилучшие адсорбенты используют в сахарорафинадном
производстве при очистке сиропов?
А) костяной уголь
В) гранулированный уголь
Б) анионит
Г) активный уголькарборафин
31. Сколько (в %) содержится сухих веществ в рафинадной патоке?
А) 60
В) 80
Б)70
Г) 90
32. Сколько составляет выход (в %) рафинадной патоки к массе сахарарафинада?
А) 0,5-1,0
В)1,5-2,0
Б) 1,2-1,5
Г)2,0-2,5
33. Сколько в рафинадном производстве применяют последовательных
кристаллизаций?
А) 2-3
В) 4-5
Б) 2-4
Г) 5-7
34. Какую температуру (0С) должен иметь литой рафинад перед спуском
из вакуум-аппарата?
А) 70-80
В) 90-98
Б) 80-90
Г) 100
35. Сколько (в %) составляет отход свекловичного жома?
А) 40-45
В) 60-65
Б) 50-55
Г) 80-85
36. Сколько (в%) составляет отход фильтрационного осадка?
А) 2-4
В) 8-10
Б) 6-8
Г) 10-12
37. Сколько (в %) сахара находится в мелассе по отношению к массе
свеклы?
А) 1,0-2,0
В) 3,0-3,5
Б) 2,0-2,5
Г) 4,0-4,5
38. Какая кислота является незаменимой и почему?
А) глютамин
В) фенилаланин
Б) валин
Г) аспарагин
39. сколько пектиновых веществ (в%) находится в сахарной свекле?
А) 1-2
В) 3-4
Б) 2-3
Г) 4-5
40. Какие углеводы относятся к простым:
А) крахмал ;
В) пектины ;
Б) глюкоза;
Г) целлюлоза.
41. Какие кислоты относятся к классу безазотистых органических кислот:
А) линолевая;
В) олеиновая;
Б) линоленовая;
Г) щавелевая.
Учебное издание
Родионова Людмила Яковлевна
Щеколдина Татьяна Владимировна
Мигина Елена Ивановна
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ САХАРА
Методические указания
В авторской редакции
Подписано в печать. Формат 60×81 1/8
Усл. печ. л. – 2,8. Учет.-изд. л. – 2,2
Тираж 100 экз. Заказ №
Типография Кубанского государственного
аграрного университета
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13