Способ производства жидкого сахара

(71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец: КАРДЕНАС ЭНРИКЕ Р. ГРЕНГИЛЛХОУМ; КАРДЕНАС ХОСЕ ЭЙНДЖЕЛ БАРРЕНОН (MX) Представитель: Способ производства жидкого сахара путем получения водного раствора сахара и сахаросодержащего природного сока с регулированием рН сахарного раствора в пределах 1,0-2,0 и получением инвертированного сока. Фильтрация инвертированного сока, обесцвечивание инвертированного сока для получения сахарного сиропа, деминерализация сахарного сиропа, выпаривание деминерализованного сахарного сиропа и охлаждение сахарного сиропа с получением жидкого сахара. 015362 Отсылочные заявки Данная заявка связана с мексиканской заявкой NL/9/2001/000011, поданной 18 апреля 2001 г.,включенной в данное изобретение в качестве ссылки. Область техники изобретения Настоящее изобретение относится к способам производства сахара, и в частности, к производству жидкого сахара, в результате которого получают готовый сахар и исключается производство отходов,получаемых при использовании традиционных способов производства сахара. При этом, по сравнению с принятыми технологиями производства кристаллического сахара, которые обычно потребляют большое количество пара и электричества для производства сахара, снижается тепло- и энергопотребление. Описание предшествующего уровня техники В настоящее время кристаллический сахар поставляется и производится с переизбытком, что приводит к снижению отпускной цены, что, в свою очередь, сказывается на финансовом благосостоянии сахарной промышленности. Кроме того, в пищевой промышленности имеется тенденция замещать кукурузную патоку, которая богата фруктозой, кристаллическим сахаром, особенно в промышленности по производству напитков. Это обстоятельство приводит дополнительно к общему снижению цен на мировом рынке на кристаллический сахар. Традиционный способ производства кристаллического сахара из сахарного тростника включает следующие этапы: измельчение тростника с помощью дробилки. Обычно такие механизмы снабжены режущей пластиной, вращающейся со скоростью приблизительно от 400 до 500 об./мин, чтобы извлечь сок сахарного тростника выдавливанием; добавление к массе сока сырого сахарного тростника от 25 до 35% воды на "смачивание" при температуре от 75 до 85 С, для того чтобы обеспечить эффективную экстракцию тростникового сахара с выходом от 95 до 98,5%. подачу сока, полученного на последнем этапе, на процесс очистки, известный как дефекация, который заключается в добавлении 0,5 кг гидроксида кальция на каждую тонну тростника, с целью увеличения уровня рН сока с 7,5 до 8,5; подачу сока в теплообменник, для повышения температуры сока до 90-105 С с целью осаждения сыворотки камедной смолы и белковидного вещества; подачу полученного сока на вход непрерывно работающего аппарата для осветления и выпаривателя для отделения жидкости от твердой фазы, называемой осадком отстойника. При этом осадок отстойника поступает на вход непрерывно вращающегося фильтра, в котором получается сахарный раствор. Массовое содержание сахара в получаемом продукте осаждения составляет от 0,8 до 1,2%; перекачку сахарного раствора, содержащего 12-15% тростникового сахара, в выпариватель многократной циркуляции (от двух до трех действий), при этом достигается концентрация твердой фазы от 60 до 65%; кристаллизацию полученной на последнем этапе твердой фазы в выпаривателе однократного действия до получения твердой фазы с концентрацией от 85 до 90% с получением разваренной массы, содержащей утфель. Это самый дорогостоящий этап, так как плохая кристаллизация может вызвать повышенный выход некристаллизующегося продукта (мелассы), являющегося побочным продуктом, на производство которого расходуется от 10 до 15% содержания всего сахара тростника; центрифугирование утфеля в металлических чанах, вращающихся со скоростью 1000-1800 об./мин,для отделения кристаллов сахара от утфеля; пробеливание кристаллов сахара распыленной водой для отделения мелассы от кристаллов сахара и сушку кристаллов сахара, с помощью вращающейся сушильной камеры с получением сахарасырца, готового к процессу рафинирования. Способ рафинирования включает следующие этапы: смешивание сахара-сырца с сиропом с содержанием твердой фазы от 72 до 75 градусов Брикса в смесителе, снабженном ротационной мешалкой, для удаления мелассы из кристаллов сахара; центрифугирование смеси сиропа и сахара-сырца, для отделения чистых кристаллов сахара от сиропа и растворение кристаллов в воде с получением раствора концентрацией от 55 до 60 градусов Брикса. Очистка раствора включает следующие этапы: осветление; фильтрация и обесцвечивание с получением обесцвеченного (прозрачного) раствора. Осветление выполняется фосфатом углерода, выбелением, фильтрацией и обесцвечиванием; кристаллизация: бесцветный раствор выпаривается с получением твердой фазы концентрацией от 85 до 90 градусов Брикса, и затем подается в резервуар с непрерывным перемешиванием; где он центрифугируется для отделения кристаллов рафинированного сахара от раствора; пробеливание: кристаллы рафинированного сахара промываются горячей водой, и промывочная вода вновь поступает на этап кристаллизации;-1 015362 сушка: промытые кристаллы рафинированного сахара сушатся в потоке горячего воздуха в противоточном сушильном барабане с перекрстным потоком сушильного агента, до тех пор пока массовое содержание воды не достигнет 0,05%. Главный недостаток вышеупомянутого способа заключается в производстве готового раствора и мелассы, имеющей высокое содержание непереработанного сахара. Вместе с тем, чтобы осуществить кристаллизацию сахара, используя традиционный способ необходимо затратить большое количество энергии (пара и электричества). Кроме того, с использованием традиционного способа верхняя часть тростника должна отрезаться,поскольку в этой части тростника не содержится кристаллизующихся моносахаридов, наличие которых позволило бы повысить массу упомянутого тростника на 20-25%. С учетом перечисленных недостатков и потребностей пищевой промышленности, в виде альтернативы кукурузной патоке, был разработан заявленный способ производства жидкого сахара. Способ производства жидкого сахара, в соответствии с настоящим изобретением,обеспечивает получение готового продукта, состоящего из сахарного сиропа с массовым содержанием фруктозы до 50%, и высокую эффективность экстракции твердой фазы сахара, позволяющей достигать на выходе концентрации сахара в растворе от 69 до 75%. Кроме того, способ по настоящему изобретению, обеспечивает переработку верхней части тростника, позволяя использовать тростник полностью, сокращая при этом количество отходов. Использование других видов сахаросодержащего сырья: свеклы, фруктов и их смесей, в заявленном способе получения сахара позволяет улучшить качество получаемого готового продукта, жидкого сахара с массовым содержанием фруктозы не менее 50% и увеличить объемы производства сахара, по сравнению с традиционными способами. Кроме того, способ по настоящему изобретению имеет меньшее количество этапов по сравнению с традиционными способами, что позволяет сократить количество необходимого оборудования. Наконец благодаря способу по настоящему изобретению увеличивается производство сахара при тех же самых затратах энергии и сырья по сравнению с традиционными способами, а также исключается производство мелассы. Краткое изложение сущности изобретения В настоящем изобретении предлагается способ производства жидкого сахара, обеспечивающий получение жидкого сахара, содержащего до 50% фруктозы, и высокую эффективность экстракции твердой фазы сахара, позволяющей достигать на выходе концентрации сахара в растворе от 69 до 75%. Вышеупомянутый способ по настоящему изобретению направлен на обеспечение производства большего количества сахара при тех же затратах энергии и сырья по сравнению с традиционным способом. Способ по настоящему изобретению обеспечивает переработку сахаросодержащего сырья (свекла,фрукты и их смесей), а также верхней части тростника, что позволяет использовать тростник полностью,и в целом сократить количество отходов. Кроме того, предлагаемый в настоящем изобретении способ обеспечивает меньшее количество этапов по сравнению с традиционным способом, что позволяет сократить количество необходимого оборудования. Вместе с тем, настоящее изобретение направлено на достижение производства большего количества сахара, при тех же затратах энергии и сырья, по сравнению с традиционным способом, при этом исключается производство мелассы. Дополнительные цели и преимущества изобретения будут конкретно сформулированы в приведенном ниже описании, и частично будут очевидны из описания, или их можно будет подтвердить практикой применения изобретения. Цели и преимущества изобретения будут достигнуты с помощью элементов и их сочетаний, указанных в прилагаемых пунктах формулы изобретения. Подробное описание изобретения Изобретение будет описано в соответствии с предпочтительным вариантом и со специфическим примером результатов технологии по настоящему изобретению. Способ производства жидкого сахара по настоящему изобретению может включать следующие этапы: получение сахарного раствора из воды для смачивания и сахаросодержащего природного сока; регулирование уровня рН упомянутого сахарного раствора в пределах 1,0-2,0 с получением инвертированного сока; фильтрование упомянутого инвертированного сока; обесцвечивание упомянутого инвертированного сока с получением сахарного сиропа; деминерализация упомянутого сахарного сиропа; выпаривание упомянутого деминерализованного сахарного сиропа и охлаждение упомянутого сахарного сиропа с получением упомянутого жидкого сахара. При этом упомянутый сахаросодержащий природный сок может состоять, по существу, из сока, полученного из сахарного тростника, сахарной свеклы, фруктов или их смеси.-2 015362 Массовое содержание воды в упомянутом сахарном растворе составляет от 25 до 35%. Массовое содержание фруктозы в упомянутом жидком сахаре составляет до 50%, а концентрация твердого сахара составляет до 75 градусов Брикса. Концентрация раствора воды для смачивания и сахаросодержащего природного сока составляет 12-15 градусов Брикса. Этап регулирования выполняют путем нагревания в теплообменнике сахарного раствора до достижения температуры приблизительно от 90 до 100 С с последующим сливом раствора в реактор с непрерывным перемешиванием, изготовленный из нержавеющей стали, и добавлением неорганических или органических кислот или фермента инвертазы на время от 45 до 75 мин. Неорганические кислоты выбираются из группы, состоящей из серной кислоты, фосфорной кислоты и соляной кислоты. Органические кислоты выбираются из группы, состоящей из уксусной кислоты, пропионовой кислоты, винной кислоты, янтарной кислоты и лимонной кислоты. Перед фильтрованием инвертированного сока в нем регулируют уровень рН в диапазоне 5,5-6,5 путем добавления известкового молока при температуре в диапазоне от 90 до 100 С, а затем производят слив сока в непрерывно действующий аппарат для осветления, на дне которого осаждается осадок, который отфильтровывается от сока с помощью вращающегося фильтра на днище аппарата с последующим смешиванием отфильтрованного на днище сока с осветленным соком, который сливается из верхнего сливного конца в уравнительный резервуар, внутри которого температура поддерживается приблизительно на уровне 70-80 С. Этап обесцвечивания выполняют путем подачи отфильтрованного инвертированного сока на вход тандема колонок активированного угля и последующей подачи обесцвеченного сахарного сиропа на вход уравнительного резервуара, в котором температура сиропа снижается приблизительно до 40-50 С. Причем упомянутая колонка активированного угля включает активированный уголь минерального или растительного происхождения. Этап деминерализации выполняют путем подачи сахарного сиропа на тандем колонок деминерализации, в состав которого входит слабоосновная анионная колонка, сильнокислая ионообменная колонка и слабоосновная анионная колонка, контроля рН на выходе в диапазоне от 5,5 до 6,5, и последующего слива деминерализованного сиропа в уравнительный резервуар, температура в котором поднимается приблизительно до 70-80 С. При этом этап деминерализации осуществляется с помощью слабоосновной макросетчатой анионной колонки и слабоосновной микропористой анионной колонки. Этап выпаривания деминерализованного сахарного сиропа выполняют с помощью выпаривателя,работающего при разряжении 26 дюймов ртутного столба при температуре приблизительно 120-130 С. Этап охлаждения выпаренного сиропа выполняют с помощью теплообменника с получением жидкого сахара. Сахарный сироп хранится в бак-хранилище из нержавеющей стали санитарного класса при давлении инертного газа приблизительно от 0,05 до 0,1 атм, при этом инертный газ содержит газ, выбранный из группы, состоящей из азота, углекислого газа или их смеси. Способ производства жидкого сахара из сахарного тростника по настоящему изобретению включает следующие этапы: измельчение сахарного тростника с помощью дробилки, снабженной по крайней мере режущей пластиной, вращающейся со скоростью приблизительно от 400 до 500 об./мин, чтобы разбить кору тростника и уменьшить его размер; смешивание измельченного тростника с водой для смачивания массой от 25 до 35% внутри диффузионно-экстракционного аппарата, в состав которого входит пятиэтапная измельчающая установка, рассчитанная на четыре массы, внутри которой измельченный тростник смешивается с противотоком воды для смачивания при температуре от 60 до 75 С, и получение сахарного раствора; экстракция сока тростника из сахарного раствора осуществляется с помощью экстракционного аппарата, производящего давление от 120 до 150 кгс/см 2, получая, таким образом, сахарный раствор сока тростника концентрацией от 12 до 15 градусов Брикса, смешанного с водой для смачивания; регулирование уровня рН упомянутого сахарного раствора путем нагрева сахарного раствора до достижения температуры приблизительно от 90 до 100 С с последующим сливом раствора в сосуд и добавлением по крайней мере одной кислоты для получения уровня рН в диапазоне от 1,0 до 2,0 и образования инвертированного сока; фильтрование упомянутого инвертированного сока путем регулирования уровня рН инвертированного сока в диапазоне 5,5-6,5 при температуре в диапазоне от 90 до 100 С, а затем слива сока в фильтр,где осадок отфильтровывается от сока, осветленный инвертированный сок из фильтра собирается и поддерживается при температуре на уровне 70-80 С; обесцвечивание упомянутого инвертированного сока с получением сахарного сиропа путем подачи инвертированного сока на вход тандема колонок активированного угля и последующей подачи обесцвеченного сиропа на вход резервуара, в котором температура сиропа снижается приблизительно до 4050 С; деминерализация упомянутого сахарного сиропа путем подачи сахарного сиропа на анионную колонку, контроля рН на выходе в диапазоне от 5,5 до 6,5, и последующего увеличения температуры деми-3 015362 нерализованного сахарного сиропа приблизительно до 70-80 С; выпаривание упомянутого деминерализованного сахарного сиропа с помощью выпаривателя, работающего при разрежении и при температуре приблизительно 120-130 С; и охлаждение упомянутого сахарного сиропа с получением упомянутого жидкого сахара. Бак-хранилище должен изготавливаться из нержавеющей стали санитарного класса с давлением инертного газа приблизительно от 0,05 до 0,1 атм. В качестве инертного газа может использоваться азот,углекислый газ или их смесь. При этом диффузионно-экстракционный аппарат содержит пятиэтапную измельчающую установку рассчитанную на четыре массы. Этап экстракции экстрагирует более 98% всего содержания сахара в тростнике. Пример. С целью иллюстрации и для получения сравнительных характеристик способа производства жидкого сахара по настоящему изобретению представлена следующая информация по рабочим характеристикам традиционного производителя сахарорафинадного завода "План де Аяла (Plan de Ayala), расположенного в Cd. Valles S.L.P., Мексика, из "Руководства по сахару в Мексике (Manual Azucarero Mexicano) 2000 г., которая отражает сравнительные параметры получения тонны рафинированного сахара на тонну жидкого сахара концентрацией 75 градусов по Бриксу. Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалистам при знакомстве с описанием и практикой применения раскрытого здесь изобретения. Предполагается, что описание и примеры даются только в качестве иллюстрации, в то время как реальный объем и сущность настоящего изобретения отражены только в пунктах формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ производства жидкого сахара из сахаросодержащего растительного сырья, включающий следующие этапы: получение сахарного раствора из сахаросодержащего природного сока данного сырья и воды для смачивания; регулирование уровня рН указанного сахарного раствора в пределах 1,0-2,0 с получением инвертированного сока; фильтрование указанного инвертированного сока; обесцвечивание инвертированного сока с получением сахарного сиропа; деминерализация сахарного сиропа; выпаривание деминерализованного сахарного сиропа и охлаждение указанного сахарного сиропа с получением жидкого сахара. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сахаросодержащий природный сок представляет собой сок из сахарного тростника, сахарной свеклы, фруктов или их смеси. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое содержание воды в указанном сахарном растворе составляет от 25 до 35%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое содержание фруктозы в указанном жидком сахаре составляет до 50%, а концентрация твердого сахара составляет до 75 градусов Брикса. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный сахарный сироп охлаждают до температуры от 30 до 35 С при получении жидкого сахара.-4 015362 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкий сахар хранят в емкости из нержавеющей стали в среде инертного газа. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что жидкий сахар хранят в среде инертного газа при давлении приблизительно 0,05-0,1 атм. 8. Способ по п.2, отличающийся тем, что сахарный раствор получают путем измельчения сахарного тростника с помощью дробилки, снабженной по крайней мере одной режущей пластиной, вращающейся со скоростью приблизительно от 400 до 500 об/мин, разбивающей кору тростника для получения измельченного тростника; смешивания измельченного тростника с водой для смачивания, используемой в количестве от 25 до 35 мас.% внутри диффузионно-экстракционного аппарата, в котором измельченный тростник смешивают с противотоком воды для смачивания при температуре от 60 до 75 С и под давлением от 120 до 150 кгс/см 2 с получением сахарного раствора с концентрацией от 12 до 15 градусов Брикса. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация сахарного раствора составляет 12-15 градусов Брикса. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап регулирования рН выполняют путем нагревания в теплообменнике сахарного раствора до достижения температуры приблизительно от 90 до 100 С с последующим сливом раствора в реактор с непрерывным перемешиванием, изготовленный из нержавеющей стали, и добавлением неорганических или органических кислот или фермента инвертазы на время от 45 до 75 мин. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что неорганические кислоты выбраны из группы, состоящей из серной кислоты, фосфорной кислоты и соляной кислоты. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что органические кислоты выбраны из группы, состоящей из уксусной кислоты, пропионовой кислоты, винной кислоты, янтарной кислоты и лимонной кислоты. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед фильтрованием инвертированного сока в нем регулируют уровень рН в диапазоне 5,5-6,5 путем добавления известкового молока при температуре в диапазоне от 90 до 100 С, а затем производят слив сока в непрерывно действующий аппарат для осветления,на дне которого осаждается осадок, который отфильтровывается от сока с помощью вращающегося фильтра на днище аппарата, с последующим смешиванием отфильтрованного на днище сока с осветленным соком, который сливается из верхнего сливного конца в уравнительный резервуар, внутри которого температура поддерживается приблизительно на уровне 70-80 С. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап обесцвечивания выполняют путем подачи отфильтрованного инвертированного сока на вход тандема колонок активированного угля и последующей подачи обесцвеченного сахарного сиропа на вход уравнительного резервуара, в котором температура сиропа снижается приблизительно до 40-50 С. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап деминерализации выполняют путем подачи сахарного сиропа на тандем колонок деминерализации, в состав которого входит слабоосновная анионная колонка, сильнокислая ионообменная колонка и слабоосновная анионная колонка контроля рН на выходе в диапазоне от 5,5 до 6,5 и последующего слива деминерализованного сиропа в уравнительный резервуар,температура в котором поднимается приблизительно до 70-80 С. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап выпаривания деминерализованного сахарного сиропа выполняют с помощью выпаривателя, работающего при разрежении 26 дюймов ртутного столба при температуре приблизительно 120-130 С. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап охлаждения выпаренного сиропа выполняют с помощью теплообменника с получением жидкого сахара. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что сахарный сироп может храниться в баке-хранилище из нержавеющей стали санитарного класса при давлении инертного газа приблизительно от 0,05 до 0,1 атм. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что инертный газ выбран из группы, состоящей из азота,углекислого газа или их смеси. 20. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанный диффузионно-экстракционный аппарат представляет собой пятиэтапную измельчающую установку, рассчитанную на четыре массы. 21. Способ по п.8, отличающийся тем, что в диффузионно-экстракционном аппарате извлекается с соком более 98% всего содержащегося в тростнике сахара. 22. Способ по п.14, отличающийся тем, что колонка активированного угля содержит активированный уголь минерального или растительного происхождения. 23. Способ по п.15, отличающийся тем, что указанный этап деминерализации сахарного сиропа осуществляют с помощью слабоосновной макросетчатой анионной колонки. 24. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутый этап деминерализации осуществляется с помощью слабоосновной микропористой анионной колонки. 25. Способ производства жидкого сахара из сахарного тростника, включающий следующие этапы: получение сахарного раствора из сока сахарного тростника и воды для смачивания путем измельчения тростника и смешивания измельченного тростника с водой для смачивания, используемой в количестве от 25 до 35 мас.% при температуре от 60 до 75 С с получением сахарного раствора концентрацией-5 015362 от 12 до 15 градусов Брикса; регулирование уровня рН сахарного раствора путем его нагревания до достижения температуры приблизительно от 90 до 100 С с последующим сливом раствора в реактор и добавлением по крайней мере одной кислоты для получения уровня рН в диапазоне от 1,0 до 2,0 с получением инвертированного сока; регулирование уровня рН инвертированного сока в диапазоне 5,5-6,5 перед фильтрованием при нагревании до температуры в диапазоне от 90 до 100 С и последующего слива сока в фильтровальный аппарат, где осадок отфильтровывается от сока, а осветленный инвертированный сок собирают и поддерживают при температуре 70-80 С; обесцвечивание отфильтрованного инвертированного сока с получением сахарного сиропа путем подачи инвертированного сока на вход тандема колонок активированного угля и отвода полученного обесцвеченного сиропа на вход резервуара, в котором температуру сиропа снижают приблизительно до 40-50 С; деминерализация указанного сиропа путем его подачи на анионную колонку; контроль рН на выходе в диапазоне от 5,5 до 6,5 и последующее увеличение температуры деминерализованного сиропа приблизительно до 70-80 С; выпаривание деминерализованного сиропа с помощью выпаривателя, работающего при разрежении и при температуре приблизительно 120-130C, и охлаждение сиропа с получением жидкого сахара.