Хранение и переработка сахарной свеклы

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 20.09.2024

М.А. СМИРНОВ ,

Одновременно появился вопрос: какими способами и методами можно минимизировать потери массы корнеплодов и сахара, связанные с временным полевым хранением свёклы. Особо остро данный вопрос стоит в годы с неблагоприятными погодными условиями, а также при высоких урожаях корнеплодов [1, 2, 5-7].

Изучение проблем полевого хранения корнеплодов свёклы было начато М.З. Хелемским, И.В. Якушкиным и Б.А. Рубиным, а в последующем продолжено в работах Н.Н. Горбунова, А.В. Пивоварова, Н.М. Сапронова и других отечественных учёных. В результате этих работ было установлено, что различные способы и методы хранения сахарной свёклы в поле не только вызывают различные по величине потери, но и оказывают большое влияние на дальнейшее её хранение в заводских условиях. Кроме того, размеры потерь свекломассы и сахара за время полевого хранения зависят от технологии уборки, способа размещения кагатов, вида укрытий, метеорологических условий хранения и исходного качественного состава корнеплодов.

Согласно схеме опыта, кагаты были сформированы в дни уборки культуры с разрывом во времени 3-4 дня, размещены на краю поля вблизи грунтовой дороги со строгой ориентацией с севера на юг. Размеры кагата: ширина основания - 2,0 м, высота - 2,5, длина - 30 м. Общая ёмкость каждого кагата составила 90 т. Продолжительность полевого хранения 40 сут.

Потери массы свёклы, а также изменение качественных показателей при полевом хранении изучали методом укладки в кагаты сеточных проб корнеплодов. Сформированные пробы этикетировали, взвешивали и анализировали с целью определения исходных количественных и качественных показателей кагатируемой свёклы. Другую часть проб укладывали в кагаты при их формировании в колодцы. По истечению срока хранения сетки извлекали из кагатов и определяли те же показатели, что и при закладке.

Рис. 1. Интенсивность развития кагатной гнили корнеплодов после 40 сут хранения, 2011-2013 гг.:  - загнившие корнеплоды, %;  - масса гнили, %

Результаты исследований показали, что обработка фунгицидом Кагатник оказалась эффективной в борьбе с возбудителями кагатной гнили (рис. 1).

Несмотря на большое количество пораженных корнеплодов патогенами внесение Кагатника в дозе 2 л/га за 4 недели до уборки свёклы способствовало меньшему их развитию по отношению к контролю (85,55%) на 33,64% в абсолютном выражении (абс.) и не уступала эталонному варианту (54,44%). Как следствие, масса гнили была в 2 раза меньше, чем на контроле.

Хороший результат был получен и в варианте с внесением Кагатника в дозе 2 л/га за 2 недели до уборки урожая. При использовании препарата количество загнивших корнеплодов снизилось по отношению к контролю до 59,72%, или на 25,83% абс., а масса гнили - до 3,23%, или в 1,4 раза.

Рис. 2. Потери массы свёклы после 40 сут хранения, 2011-2013 гг.:  - общие, %;  - среднесуточные, %

На рис. 2 приведены общие и среднесуточные потери массы свёклы при различных обработках Кагатником.

В среднем за три года исследований после 40 сут хранения ежегодно терялось от 6 до 9% всей массы свёклы. Применение Кагатника в норме расхода препарата 2 л/га за 4 и 2 недели до уборки, в сравнении с контролем (без обработки), снизило потери массы корнеплодов при хранении на 2,8 и 1,1% абс., или в 1,4 и 1,1 раза соответственно.

Среднесуточные потери массы корнеплодами в полевых кагатах без применения Кагатника достигали 0,227%. Внесение фунгицида в дозе 2 л/га за 4 недели уменьшало потери, в сравнении с контролем, в среднем на 0,07% абс. Обработка Кагатником за 2 недели до уборки урожая оказалась менее эффективна и способствовала сокращению потерь на 0,03% абс.

Таким образом, обработка Кагатником в дозе 2 л/га за 4 и 2 недели до уборки урожая оказывает положительное влияние на фитопатологические показатели сохранности корнеплодов. Лучшая сохранность достигается при более ранних сроках внесения препарата. Эффективность Кагатника обусловлена его препаративной формой - бензойная кислота оказывает угнетающее действие на плесневые грибы, бактерии и дрожжи. Помимо дезинфицирующих свойств, вещество тормозит физиологические процессы, в частности, интенсивность дыхания и прорастание корнеплодов за счёт суберинизации паренхимных тканей [4].

При полевом хранении свёклы в корнеплодах протекают биофизические, биохимические и физиологические процессы, с которыми связаны соответствующие изменения её технологических качеств.

Период продолжительности хранения свеклосахарного сырья завит от эффективности инженерных систем, предназначенных для отведения избыточной теплоты от корнеплодов. Приведен обзор технических решений, применяемых для хранения сахарной свёклы. Акцентировано внимание на работе инженерных систем, предназначенных для создания условий хранения сырья навалом без ограждающих конструкций. Установлено, что в решении задач обеспечения потребностей производства важная роль принадлежит инженерным системам активной вентиляции насыпи корнеплодов. Выявлены особенности хранения сахарной свёклы и представлены задачи, решение которых способствует повышению эффективности хранения сырья. Проведен анализ величин аэродинамического сопротивления насыпи для свёклы из нормативных документов, который подтвердил недостаточность справочных данных для проектирования систем активной вентиляции. Предложен диапазон допустимых скоростей воздуха в межкорневом пространстве сахарной свёклы с учетом влияния окружающей среды и отсутствия ограждающих конструкций. Представлены рекомендации для конструирования систем активной вентиляции. Рассмотрены типы ограждающих конструкций сооружений для хранения корнеплодов, получившие наибольшее распространение в свеклосахарном производстве в настоящее время. Предложен принцип работы инженерных систем охлаждения насыпи для овощехранилищ, основанный на среднесуточном колебании температур. Систематизированы существующие решения и представлены задачи, требующие решения при проектировании инженерных систем свеклохранилищ.

В сахарной промышленности актуальны задачи увеличения продолжительности цикла работы сахарного завода и повышения эффективности переработки свеклосахарного сырья.

Период продолжительности работы сахарного завода в Российской Федерации составляет 110…140 дней в год, при этом в ряде государств продолжительность работы заводов составляет 170…200 дней. Разрыв образовался в двадцатом веке из-за того, что для советского свеклосахарного производства первостепенной задачей являлось увеличение мощности завода, а хранение сырья являлось второстепенной, поэтому данный вопрос и сейчас недостаточно изучен. Сегодня основным направлением исследований является разработка химических веществ для обработки корнеплодов и изучение их влияния на свёклу. При этом эффективность обработки насыпи во многом зависит от аппаратной части системы активной вентиляции сырья, которая является слабым звеном всей технологической цепочки хранения корнеплодов. Под активным вентилированием подразумевается принудительная подача атмосферного воздуха через неподвижную насыпь сырья в овощехранилищах и на открытых площадках.

Ограниченность периода хранения заготовленного сырья не позволяет увеличить цикл работы завода, а нарушение условий хранения способствует уменьшению периода сохранности и снижению качества сырья. При переработке качественного сырья из ста тонн получают от четырнадцати до семнадцати тонн сахара, а при нарушении режимов хранения корнеплодов – от шести тонн сахара. Таким образом, в сахарной промышленности актуальной задачей является увеличение продолжительности цикла работы сахарного завода и повышение эффективности переработки свеклосахарного сырья.

Исходя из вышесказанного, необходимо систематизировать знания для разработки алгоритма проектирования инженерных систем, учитывающих рекомендации хранения овощей валовым способом, с учетом равномерного тепломассообмена по всему объему насыпи при минимизации энергозатрат.

Период поступления сельскохозяйственного сырья на площадки хранения начинается с сентября. Во время хранения в сахарной свёкле протекают химические реакции, сопровождающиеся выделением теплоты, влаги, приводящие к потере сахаристости. Интенсивность биохимических реакций зависит от температуры внутри корнеплодов, а также температуры, скорости и газового состава воздуха в межкорневом пространстве. На рис. 1 приведен график зависимости суточных потерь сахара свёклой от температуры насыпи.

Рис. 1. Зависимость от температуры в насыпи: 1 – суточных потерь сахара свёклой, % от массы свеклы; 2 – количества выделяемого тепла на 1 т свёклы, ккал

При хранении овощей учитывают три основных параметра воздуха: температура, влажность, скорость движения воздуха в насыпи. Диапазон изменения температуры и влажности для каждой культуры берется из справочников теплофизических характеристик пищевых продуктов. Скорость движения воздуха в овощехранилищах составляет 0,12… 0,5 м/с. Оптимальная температура хранения сахарной свёклы – 0. +2 °С при относительной влажности 85…95 %.

Рис. 2 – Внешний вид насыпи для краткосрочного хранения без использования инженерных систем: 1 – насыпь сахарной свёклы, 2 – водяной пар

Рис. 3. Внешний вид вентиляционного оборудования: а) вентиляционных каналов для картофелехранилища; б) вентиляционных агрегатов для сахарной свёклы

Рис. 5. Хранение сырья без ограждающих конструкций: 1 – насыпь сахарной свёклы, 2 – воздуховод, 3 – рама вентиляционного агрегата

Таким образом, установлено, что при проектировании инженерных систем необходимо решить следующие задачи:

˗ рассчитать расход подаваемого воздуха для охлаждения насыпи при допустимой скорости воздушного потока;

˗ подобрать диаметр трубы и толщины стенки для воздуховода;

˗ выбрать форму выпускных отверстий;

˗ рассчитать шаг между выпускными отверстиями для достижения равномерного распределения воздуха по всей длине воздуховода;

˗ подготовить площадку для хранения сырья;

˗ подобрать технику для транспортировки воздуховодов и вентиляционных агрегатов;

˗ выбрать способ укладки воздуховодов и установки вентиляционных агрегатов;

˗ установить систему автоматизации и контроля температуры внутри насыпи.

Скорость воздуха на выходе из воздухораздающих отверстий в объем хранимой продукции авторами рекомендуется принимать 1…2 м/с. Эта скорость выше, чем в справочной литературе, вследствие увеличения высоты насыпи сырья, которая составляет от 6 до 8 метров, а также для уменьшения периода охлаждения сырья. На сегодняшний день имеются исследования, посвященные потерям веса корнеплодов от скорости воздуха в межкорневом пространстве. В справочной литературе предлагается использовать диапазон скоростей воздуха, рекомендованный для овощехранилищ, который составляет от 0,1 до 0,5 м/с. При этом не учитывается отсутствие ограждающих конструкций и влияние окружающей среды при хранении на открытых площадках, а также отсутствуют исследования экономической эффективности скорости охлаждения при изменении климатических условий. Наличие ограждающих конструкций позволяет снизить влияние суточных колебаний температур и атмосферных осадков.

Таблица. Аэродинамическое сопротивление насыпи свеклы, Па

Данные в табл. приведены для свёклы обыкновенной (столовой), которая имеет меньший размер, чем сахарная. При проведении лабораторного опыта для определения аэродинамического сопротивления насыпи автором были получены результаты, которые отличаются от приведенных в табл. Чтобы подтвердить достоверность проведенного опыта, требуется проведение дополнительных исследований. Наличие спроса на хранение описанной выше конфигурации насыпи (высотой 6…7 метров) и отсутствие справочных данных приводит к необходимости проведения соответствующих исследований и разработки рекомендаций для расчета активной вентиляции.

Подбор диаметра воздуховода должен производиться из расчета необходимой подачи воздуха. Толщина стенки воздуховода должна быть достаточной для восприятия нагрузки, создаваемой сахарной свёклой, а также иметь прочностной запас на воздействие механических воздействий при монтаже и демонтаже системы. Рекомендуемая расчетная скорость движения воздуха в поперечном сечении воздуховода не должна превышать 10 м/с во избежание повышенного аэродинамического сопротивления.

Шаг выпускных отверстий рассчитывается из условия сегментного распределения воздуха по длине насыпи. Необходимо учитывать, что слой, находящийся вблизи сторон насыпи, меньше подвержен эффекту самосогревания. Форма выпускных отверстий подбирается из условия необходимой пропускной способности сечения и сохранения прочностных свойств воздуховода.

С учетом натурных исследований авторами предлагаются следующие рекомендации по конструированию вентиляционной системы:

˗ для выпускных отверстий использовать форму ромба, овала, линзы и др.;

˗ длина выпускного отверстия должна быть перпендикулярна центральной оси воздуховода;

˗ отверстия размещаются с обеих сторон относительно центральной оси воздуховода вблизи поверхности соприкосновения вентиляционного канала с площадкой;

˗ минимальное расстояние между соседними отверстиями не должно быть меньше 4-х размеров, равных ширине выпускного отверстия. При необходимости большего количества отверстий на участке воздуховода необходимо расположить следующий ряд выше предыдущего на расстояние, равное не менее одной длины выпускного отверстия (ряды располагаются в шахматном порядке) (рис. 6).

Вентилятор подбирается по результатам аэродинамического расчета воздуховода с учетом сопротивления насыпи сахарной свёклы. Следует учитывать рабочее положение вентилятора. Несмотря на заявление производителей, что вентиляторы возможно эксплуатировать вертикально, оборудование не имеет упорного подшипника на валу, что приводит к быстрому износу и выходу из строя. При заказе вентиляторов для вертикального рабочего положения необходимо требовать у завода-изготовителя вносить соответствующие дополнения в конструкцию электродвигателя.

Рис. 6. Воздуховод системы активной вентиляции: 1 – платформа регулировки высоты воздуховода, 2 – выпускное отверстие, 3 – насыпь сахарной свёклы

Для монтажа системы активной вентиляции необходимо иметь подготовленную бетонную или асфальтированную площадку. На данный момент появились разработки, позволяющие формировать насыпь на грунтовой поверхности, что расширяет возможности внедрения системы активной вентиляции. Монтаж инженерной системы на площадке производится на период хранения сырья. Отсутствие оснастки для транспортировки и монтажа системы вентиляции приводит к удорожанию проекта, так как помимо закупки аппаратной части требуется приобретение боковых погрузчиков типа Combilift (Ирландия). Разработка шасси для транспортировки воздуховодов позволяет работать на штатном оборудовании завода: вилочные погрузчики, ковшовые погрузчики и др.

Для обеспечения минимальных энергозатрат управление работой вентиляционных установок должно осуществляться с помощью систем автоматизации. Контроль за температурой корнеплодов при этом производится в режиме реального времени и каждый час производится запись в журнал.

Авторами предлагаются следующие условия включения системы активной вентиляции в автоматическом режиме:

- температура сырья выше уставки, задаваемой оператором
- температура окружающего воздуха ниже температуры сырья
- температура окружающего воздуха выше -3 °С
Последнее условие включения системы необходимо для снижения воздействия негативного влияния на продукцию, а именно предотвращения образования трещин на корнеплодах вследствие большой разницы между температурой окружающего воздуха и температурой сырья.

Уставка выбирается в пределах от 0 до +3 °С. Вышеприведенные условия включения вентиляции можно представить в виде системы:

Каждый сезон свеклопереработчики стремятся растянуть уборочную кампанию и вместе с ней продлить период переработки сахарной свеклы, а свекловоды – продать свой урожай по лучшей цене. И тем, и другим будут интересны рекомендации экспертов.

С каждым годом объемы сохраняемых в полях или на площадках сахарных заводов корнеплодов увеличиваются, удлиняются сроки хранения сахарной свеклы, а в то же время растут и риски потерь. В убранных корнеплодах продолжаются процессы жизнедеятельности, на которые затрачивается энергия. Расходуется она и на заживление травм, полученных при копке, и на борьбу с патогенами, и на выброс молодых побегов. В целях сокращения потерь некоторые влияющие на них факторы можно оптимизировать (табл.).

ЧТО ПРОИСХОДИТ В БУРТЕ

Корнеплод сахарной свеклы для поддержания жизненных процессов и после уборки продолжает потреблять энергию. Она образуется в результате ферментативного расщепления накопленного в процессе роста сахара до глюкозы или фруктозы (рис. 1). Эти продукты расщепления называют инвертным сахаром. Его часть расходуется на дыхание, что ведет к прямым потерям сахара, а также к высвобождению необходимой энергии. Реакция проходит с выделением углекислого газа, воды и тепла. Оставшаяся часть накапливается в виде инвертного сахара в клетках свеклы. Этот сахар при переработке на сахарном заводе может привести к огромным проблемам в производстве, поскольку способствует снижению уровня pH и изменению цвета сахарного сока. Это, в свою очередь, ведет к увеличению потребления энергии и расхода средств производства при переработке свеклы, снижает выход белого сахара.

Рис. 1. Процессы преобразования сахара в сахарной свекле при хранении

Процессы ферментативного преобразования сахаров зависят от температур. Чем выше температуры и чем продолжительнее период хранения, тем выше в последующем потери сахара и накопление инвертных сахаров (рис. 2).

Рис. 2. Влияние длительности хранения и температур на потери сахарной свеклы

Ранней осенью довольно высокие температуры – не редкость. Поэтому сроки уборки целесообразно назначать на как можно более поздние периоды: так можно будет избежать потерь, зависящих от температур и длительности хранения. Однако при планировании уборочной кампании не следует упускать из виду, что при более поздних сроках условия уборки из-за растущей влажности (осадки) и угрозы заморозков будут все хуже.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УРОВЕНЬ ПОТЕРЬ

Для поддержания температурного режима в бурте очень важен хороший воздухообмен, добиться которого можно, сформировав бурт правильных размеров (насыпь буквой А шириной примерно 1 м и высотой 2,5 м) и обеспечив минимальное присутствие в нем сорняков, остатков ботвы и почвы.

В процессе хранения не только высокие температуры, но и заморозки способны привести к существенным проблемам при последующей переработке сахарной свеклы, а именно: если дело доходит до оттаивания корнеплодов. В данном случае из пострадавших от мороза клеток выделяются содержащие сахар клеточные соки, а это провоцирует поражение корнеплодов патогенной микрофлорой и бактериями. Обменные процессы в свекле протекают интенсивнее. Вдобавок ко всему в пострадавших корнеплодах образуется декстран – полисахарид, способный забивать фильтры на сахзаводах и препятствовать теплообмену, в результате чего производительность на переработке снижается.

Не только высокие температуры, но и заморозки могут привести к существенным потерям при хранении. Важно правильно расположить и сформировать бурт и, по возможности, укрыть его ветрозащитным материалом

Чтобы защитить свеклу от морозов, необходимо основательно подойти к вопросу оптимального расположения бурта и его своевременного укрытия флисом или ветрозащитным материалом. Важно, чтобы бурт не был расположен своей широкой стороной перпендикулярно основному направлению ветра.

Следующая причина потерь при хранении – поражение свеклы грибами и бактериями. С увеличением периода хранения и повышением температуры возрастает угроза поражения гнилями и плесенью, а вместе с этим активнее идут процессы преобразования сахара. Повреждения поверхности корнеплода, а также слишком глубокий срез головки при удалении ботвы и обломанный кончик дают старт процессам заживления, повышают риски поражения патогенной микрофлорой, обусловливают активизацию обменных преобразований во время хранения.

ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОПРЕДЕЛЯЕТ УСПЕХ ХРАНЕНИЯ

Предпосылки для хорошей сохранности сахарной свеклы создаются еще в процессе ее выращивания. На величину потерь при хранении большое влияние оказывают место возделывания и погодные условия. Известно, что стресс от засухи и жары, перенесенный вегетирующим растением, способствует увеличению потерь при хранении. Хотя повлиять на эти факторы можно лишь в некоторой степени, стоит следовать цели обеспечения оптимального развития посевов и в свете аспектов сохранности урожая. Решающей является однородность всходов, которая определяет равномерность развития и созревания свеклы. Только на гомогенно развитых растениях можно удалить ботву оптимально и обеспечить копку с минимальным травмированием корнеплодов. Посевы должны быть свободными от сорной растительности. Ее распространение на поздних этапах развития культуры в дальнейшем препятствует воздухообмену в бурте и способствует увеличению потерь при хранении.

При возделывании сахарной свеклы необходимо обязательно следить за тем, чтобы посевы оставались здоровыми, не было поражений болезнями листа или корневыми гнилями и чтобы культура была обеспечена питательными элементами в соответствии с потребностями. Чем меньше стресс-факторов для свеклы во время возделывания, тем лучше кондиция корнеплодов при поступлении в бурт и тем меньше потерь будет при хранении. Пораженные ризоктониозом (Rhizoctonia solani) корнеплоды демонстрируют существенно большие потери при хранении, нежели здоровые. Только благодаря выбору районированных гибридов с присущими им толерантностями и устойчивостями можно добиться свободного от стрессов развития растений свеклы и вместе с этим максимальной урожайности с хорошими показателями сохранности на весь период хранения.

ЗАДАЧИ СЕЛЕКЦИИ

Известно, что возделываемая в одинаковых условиях сахарная свекла разных сортов при одинаковых условиях ее хранения в течение длительного времени без воздействия низких температур демонстрирует совсем не одинаковые уровни потерь. Отдельные производители семенного материала, например KWS, в рамках национальных и международных исследований ведут селекцию, направленную на повышение лежкости корнеплодов. Однако влияние сортовых особенностей на сохранность урожая по сравнению с такими факторами, как, например, период хранения, температура хранения, повреждения головки корнеплода в процессе уборки относительно мало. Исследования же по хранению сахарной свеклы очень обширны и сопряжены с большими расходами. По этой причине характеристики сохранности свеклы не входят в перечень проверяемых при регистрации сортов и гибридов. Но наука и селекция работают над тем, чтобы выявить косвенные признаки, определяющие лежкость корнеплодов еще до их закладки на хранение, что совершенно необходимо для эффективной и направленной селекции и для официальных сортоиспытаний.

Недавно закончившиеся исследования в НИИ сахарной свеклы в Геттингене в Германии выявили, что генотипы с повышенным содержанием сердцевины продемонстрировали меньшую подверженность поражениям гнилями и плесенью во время хранения. Содержание сердцевины представляет собой нерастворимые сухие вещества (стенки клеток). В дальнейшем устойчивость сахарной свеклы к бактериальным и грибным болезням может быть усилена за счет неспецифической резистентности, базирующейся на повышенной прочности клеточных стенок. Является ли содержание сердцевины надежным критерием, характеризующим лежкость свеклы того или иного гибрида, – необходимо установить в рамках дальнейших исследований. Предположение, что гибриды с высоким содержанием сердцевины отличаются также высокой сахаристостью и вместе с тем характеризуются хорошей лежкостью, в представленных на сегодняшний день исследованиях подтверждений пока не нашло.

С точки зрения селекции, в дальнейшем необходимо проверить, может ли показатель содержания сердцевины стать надежным инструментом в оценке лежкости свеклы различных гибридов. Далее следует подвергнуть проверке взаимосвязь между чистым выходом сахара и лежкостью корнеплодов. Только после этого можно будет говорить об устойчивых характеристиках гибридов, рекомендовать отдельные из них.

Сокращение потерь сахарной свеклы при хранении в перспективе будет иметь особое значение, поскольку продлению сроков уборочной кампании уделяется все большее внимание: возделывание культуры должно оставаться прибыльным для свекловодов и эффективным для промышленности. На уровень потерь при хранении влияют многие факторы. Основополагающими в целях сокращения потерь являются сохранение здоровых посевов, предотвращение травмирования корнеплодов, а также обеспечение их хранения в сухих, прохладных, безморозных условиях. К сожалению, не на все факторы можно оказывать влияние. Стрессы от засухи и жары, поражения корневыми гнилями и болезнями листьев ведут к повышению потерь при хранении. Для того, чтобы их сократить до минимума, рекомендуется более тщательно подходить к выбору районированных гибридов сахарной свеклы.

М.А. СМИРНОВ ,

Рис. 2. Потери массы свёклы после 40 сут хранения, 2011-2013 гг.:  - общие, %;  - среднесуточные, %

На рис. 2 приведены общие и среднесуточные потери массы свёклы при различных обработках Кагатником.

Читайте также: