Исследовательская работа: "Исследование влияния продолжительности хранения сахарной свеклы на ее технологические качества"

XV ОБЛАСТНОЙ КОНКУРС ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

ОБУЧАЮЩИХСЯ «ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКУ»

________________________________________________

Направление науки: естественнонаучное

Номинация: Химия

Тема: Исследование влияния продолжительности хранения сахарной свеклы на ее технологические качества

Автор: Посысаева Анастасия, студентка группы 3ТА

Добротворская Софья, группа 2та

                                   Руководитель: Насонова Ольга Сергеевна, преподаватель

Образовательная организация: ТОГБПОУ «Жердевский

колледж сахарной промышленности»

2022 год

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Вопросы повышения эффективности деятельности свеклосахарного подкомплекса в настоящее время приобретают все большую актуальность. Связано это, в первую очередь, с необходимостью эффективного использования имеющегося в нашей стране огромного почвенно-климатического потенциала для возделывания сахарной свеклы и производственного потенциала для ее переработки.

 С другой стороны, усложняющаяся внешнеполитическая ситуация, обусловленная введением в отношении России рядом зарубежных стран различных санкций, подталкивает к скорейшим решениям в области повышения продовольственной безопасности России, в том числе по такой важной позиции, как сахар. Сейчас требуется поиск и разработка конкретных механизмов повышения эффективности всего свеклосахарного подкомплекса как на федеральном, так и на региональном уровне [2, с.54].

Актуальность работы. Одним из резервов дополнительного получения сахара является сокращение его потерь при хранении свеклы в заводских кагатах. Анализ производственных данных показал, что ежегодные потери свекломассы в свеклосахарном производстве России составляют свыше 1 млн. т. При этом расход сахарной свеклы на выработку 1 т сахара за последнее десятилетие увеличился более чем на 30%, а коэффициент извлечения сахара из единицы сырья снизился до 60-62%.

Решение проблем, связанных с обеспечением длительного хранения растительного сырья, является одним из стратегических направлений обеспечения продовольственной безопасности страны. Потери растительного сырья и снижение его качества в процессе хранения приводят к экономическому ущербу.

В связи с этим актуальна разработка новых и совершенствование существующих технологий хранения сахарной свеклы.

 Обеспечение сохранности корнеплодов в период хранения в кагатах является сложной и важной задачей, так как потери здесь могут быть весьма значительными, причем не только под влиянием естественных биохимических реакций дыхания клеток корнеплодов, но и погодных условий, применяемых агротехнических технологий и фитосанитарного состояния выращенных корнеплодов [1, c.37-39]. 

Цель работы. Целью данной работы стало исследование влияния продолжительности хранения сахарной свеклы на ее технологические качества.

Для достижения цели были сформулированы и решались следующие задачи:

-изучить химический состав сахарной свеклы и основные процессы, протекающие в свекле при хранении;

-провести анализ влияния продолжительности хранения свеклы на содержание сахарозы, редуцирующих веществ и азотистых веществ;

-провести анализ влияния продолжительности хранения свеклы содержание сухих веществ в ней.

Данная работа носит прикладной характер. Исследования проводились в условиях призаводского свеклопункта ООО «Русагро-Тамбов» -филиал «Жердевский».

 Результаты исследования могут быть использованы при организации хранения сахарной свеклы на свеклосахарных заводах и позволят повысить выход сахара, и тем самым обеспечить высокие технико-экономические показатели работы заводов.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Характеристика свеклы и условия ее хранения

Сахарная свёкла — важнейшая техническая культура, сырьё для сахарной промышленности.

Производство сахара из свеклы является сложным физико-химическим процессом. Для получения сахара высокого качества, свекла должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 52647-2006 «Свекла сахарная. Технические условия». Корнеплоды сахарной свёклы должны быть с типичным для ботанического вида формой и окраской, с удаленными листьями и черешками, неувядшими, наличие мумифицированных и загнивших корнеплодов не допускается.  

Выход кристаллического сахара - главный критерий для оценки экономической эффективности сахарного производства. На выход сахара в значительной степени влияет способ хранения корнеплодов.

Цель хранения - максимальное сохранение технологических качеств свеклы, чтобы обеспечить рентабельность переработки ее на сахар. Существует всего два метода хранения сахарной свеклы - это хранение в буртах и кагатах. В буртах, на краях полей, хранят свеклу для того, чтобы полностью обеспечить сезонную эксплуатацию уборочной техники и сахарных заводов. Хранение это промежуточное, но оно необходимо. В кагаты свеклу загружают на длительное зимнее хранение [13, с 36]. 

На хранение укладывают только спелые, здоровые, неподвяленные, чистые корнеплоды свеклы с минимальными механическими повреждениями.

Оптимальными условиями при хранении свеклы считаются: температура 0...2 °С, относительная влажность воздуха 90...95 %, содержание углекислого газа 0,18...0,20 % и кислорода 18...20 %.

1.2 Химический состав свеклы

Важнейшими физиологическими процессами при хранении сахарной свеклы в естественном состоянии являются дыхание и прорастание корней. При этих процессах имеют место потери сахарозы, уменьшение удельного веса сахарозы в общем количестве сухих веществ свекловичного корня, а следовательно, и снижение технологических качеств свеклы. Происходят и другие превращения в корне, биохимической природой которых является обмен веществ. Эти превращения при нормальных условиях хранения имеют определенно направленный характер и вносят существенные изменения в исходные технологические качества свеклы [10, с.40-42]. 

Химические и физические превращения в свекловичном корне при хранении сопровождаются уменьшением или увеличением исходных показателей. Однако скорости этих превращений изменяются по отдельным срокам хранения и в значительной мере определяются температурно-влажностными условиями в этот период. Обычно скорости превращений бывают большими в. первый период хранения при относительно высоких температурах наружного воздуха, к зиме они уменьшаются, а весной вновь возрастают, и притом еще в большей мере, чем осенью.

На рисунке 1 представлен химический состав свеклы [20, с.36]. 

Рисунок 1 – Химический состав сахарной свеклы

Как видно из рисунка 1, основными компонентами сахарной свеклы являются углеводы, и в первую очередь сахароза. Превращения, происходящие в углеводном комплексе свеклы, сказываются на технологических качествах свеклы в большей степени, чем превращения в любом другом комплексе.

Из большого числа углеводов, известных в растениях, в сахарном производстве играют важную роль следующие.

Сахароза. Из углеводов наибольшее значение для свеклосахарного производства имеет сахароза, относящаяся к классу олигосахаридов. При хранении свеклы содержание сахарозы в ней непрерывно уменьшается в результате дыхания, прорастания, биохимических превращений и гидролитического расщепления. Степень убывания сахарозы в свекле при хранении зависит главным образом от продолжительности и условий хранения и в большой мере от исходного физического состояния свеклы. Здоровые корни с нормальным тургором при прочих равных условиях теряют меньше сахара при хранении, чем подвяленные и тем более подмороженные — оттаявшие и пораженные кагатной гнилью. По данным некоторых исследователей, чем выше исходная сахаристость свеклы, тем выше потери ее при хранении [6, с. 12 ]. 

Моносахариды. В состав углеводного комплекса сахарной свеклы входят моносахариды, или полиоксикарбонильные соединения.

Из моносахаридов, находящихся в свекле, наибольшее значение имеют глюкоза и фруктоза.

Глюкоза и фруктоза могут находиться в свекле самостоятельно или как продукты инверсии сахарозы свеклы в инвертный сахар. В связи с неодинаковым содержанием глюкозы и фруктозы (больше глюкозы) эту смесь правильнее было бы называть редуцирующими веществами, способными восстанавливать фелингову жидкость.

В зависимости от характера дыхания свеклы часть сахарозы распадается с образованием промежуточных продуктов в виде моносахаридов. Конечными продуктами такого распада являются вода и углекислота. При этом повышается, как было указано, активность инвертазы.

Вследствие этого содержание глюкозы и фруктозы в свекле по мере ее хранения непрерывно нарастает. Даже при весьма благоприятных условиях хранения свеклы и хорошем исходном ее качестве содержание редуцирующих веществ в свекле нарастает, хотя и незначительно по сравнению с их содержанием при укладке кагата [18, с. 21]. 

Азотсодержащие вещества.  Азотсодержащие вещества существенно влияют на ход технологических процессов при переработке свеклы. В 2,5 кг несахаров, приходящихся на 100 кг свеклы, содержится 1,1 кг азотсодержащих органических веществ. В связи с этим качественный состав и количество азотистых веществ являются существенными критериями для оценки технологических качеств свеклы.

В процессе хранения имеет место перегруппировка компонентов азотистого комплекса свеклы с накоплением форм, более вредных для сахарного производства.

В состав азотистых веществ свеклы входят белки (около 60% всего состава), аминокислоты, амиды, аммиак, азотистые основания и соли азотной кислоты. Их можно классифицировать как общий азот, белковый (остающийся в основном в жоме), растворимый (переходящий в сок) и вредный (не удаляемый в процессе производства и переходящий в мелассу). В состав вредного азота входят в основном бетаин и аминокислоты.

        1.3 Процессы, протекающие в свекле при хранении

Обычно сахарную свеклу хранят в естественном состоянии. Однако жизнедеятельность свекловичных корней проявляется в ряде биологических и энергетических процессов, существенно влияющих на исходные технологические качества этого сырья.

Как правило, биологические и энергетические процессы (дыхание, прорастание, раневые реакции и др.), протекающие в свекле при ее хранении, обусловливают снижение ее технологических качеств. Очень важно регулировать жизнедеятельность свеклы при хранении так, чтобы указанные процессы протекали со скоростями, обеспечивающими минимальное снижение исходных технологических качеств свеклы [3, с.52]. 

Рассмотрим кратко сущность важнейших процессов, связанных с жизнедеятельностью свеклы при хранении, и влияние этих процессов на ее исходные технологические качества. Изменения в составе свеклы и интенсивность процессов будем рассматривать по трем характерным периодам хранения: первый период- до января, второй период — январь-февраль и третий — после февраля.

 Дыхание свеклы. Одним из наиболее существенных факторов, вызывающих частичный распад сахарозы в свекле при хранении, и как следствие, изменение ее технологических качеств, является дыхание. Дыхание свеклы всегда связано с частичным распадом содержащейся в ней сахарозы. Чем выше температура окружающей среды, тем выше интенсивность дыхания, следовательно, и потери сахара. Минимальная интенсивность дыхания свеклы имеет место в зимний период хранения, когда температура бывает наиболее низкой), в поздние сроки хранения интенсивность дыхания, как и в наиболее ранние периоды хранения, выше [5, с. 77]. 

Прорастание корней. Кроме дыхания на убыль сахарозы и ухудшение технологических качеств свеклы существенное отрицательное влияние оказывает прорастание корней при хранении [14, с.560-562]. Потери сахара у проросших корней в 1,5—2 раза выше, чем у не проросших. При прорастании свекловичных корней имеет место не только разложение сахарозы, но и превращения других компонентов сухих веществ. И. И. Дохленко, в частности, обнаружил у проросшей свеклы более высокое накопление вредного азота [16, с.34-35]. 

2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в условиях призаводского свеклопункта ООО «Русагро-Тамбов» -филиал «Жердевский». Для определения потерь сахарозы при хранении, изменения содержания редуцирующих, азотистых веществ и сухих веществ в кагаты свеклы при их укладке закладывались контрольные сетки. Определяли указанные выше показатели при укладке свеклы и при заборе в производство по следующим методикам:

содержание азотистых веществ методом Кьельдаля;

содержание сухих веществ рефрактометрическим методом;

содержание сахарозы - по ГОСТ Р 53036-2008 Свекла сахарная. Методы испытаний (поляриметрическим методом);

содержание редуцирующих веществ по ГОСТ 12575-2001 Сахар. Методы определения редуцирующих веществ (с применением реактива Мюллера)

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1 Исследование влияния сроков хранения сахарной свеклы

на величину потерь сахарозы

На первом этапе работы были проведены исследования влияния сроков хранения сахарной свеклы на величину потерь сахарозы.

В том случае, когда было весьма высокое исходное качество свеклы и хорошо выполнялись рекомендованные правила хранения, потери сахара были сравнительно невелики (таблица 1).

Таблица 1 Содержание сахарозы в свёкле в зависимости от сроков и соблюдения правил хранения  

Нарастание общих потерь сахара в свекле по мере удлинения сроков хранения, определенное опытным путем, показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Нарастание общих потерь саxapa в процессе хранения свеклы

Нарастание общих потерь сахара сочетается, естественно, с ростом суточных потерь, которые, как известно, вычисляют делением общих потерь на число суток хранения.

Скорость суточных потерь сахара во всех случаях, независимо от метеорологических условий сезона резко возрастает в поздние периоды хранения (рисунок 3).

Рисунок 3–Суточные потери сахара по отдельным периодам хранения свеклы

В полном соответствии с нарастанием потерь сахара по мере увеличения продолжительности хранения имеет место и снижение сахаристости свеклы, передаваемой на переработку (рисунок 4).

        Рисунок 5 –Изменение сахаристости свеклы в процессе ее хранения

Таким образом, можно сделать вывод, что при хранении свеклы содержание сахарозы в ней непрерывно уменьшается в результате дыхания, прорастания, биохимических превращений и гидролитического расщепления.

Степень убывания сахарозы в свекле при хранении зависит главным образом от продолжительности и условий хранения и в большой мере от исходного физического состояния свеклы. Здоровые корни с нормальным тургором при прочих равных условиях теряют меньше сахара при хранении, чем подвяленные ,и тем более подмороженные — оттаявшие и пораженные кагатной гнилью.

3.2 Исследование влияния продолжительности хранения свеклы на содержание редуцирующих веществ в ней

На втором этапе работы было проведено исследование влияния продолжительности хранения свеклы на содержание редуцирующих веществ

Нарастание редуцирующих веществ в свекле по мере ее хранения в % к первоначальному их содержанию приведено в таблице 2 и на рисунке 6.

Таблица 2 Нарастание редуцирующих веществ в свекле при хранении

Рисунок 6– Динамика содержания редуцирующих веществ в свекле в процессе хранения

Полученные данные наглядно демонстрируют, что с увеличением продолжительности хранения значительно увеличивается и содержание редуцирующих веществ в свекле.  Накопление редуцирующих веществ в свекле по отдельным периодам хранения соответствует степени уменьшения сахарозы (наименьшее в зимний период хранения, несколько выше в осенний и наиболее высокое весной).

3.3 Анализ изменения содержания азотистых веществ в

свекле в процессе хранения

Третьим этапом работы стал анализ изменения содержания азотистых веществ в свекле при хранении.

В ходе исследования выявлено, что по мере хранения свеклы происходит постепенное увеличение количества вредного азота. Данные приведены в таблице 3 и на рисунке 7.

  Таблица 3 Увеличение количества вредного азота при хранении свеклы

Рисунок 7 –Динамика содержания вредного азота в процессе хранения

Величина суточного нарастания вредного азота представлена на рисунке 8

Рисунок 8– Суточное нарастание вредного азота

3.4 Анализ изменения содержания сухих веществ свеклы

при хранении

Завершающим этапом работы стал анализ изменения содержания сухих веществ свеклы при хранении.

Динамика изменения сухих веществ в процессе хранения свеклы приведена в таблице 4 и на рисунке 9.

Таблица 4 Динамика изменения сухих веществ в процессе хранения свеклы

Рисунок 9 –Динамика изменения сухих веществ в процессе хранения свеклы

В конце хранения содержание сухих веществ свеклы составило 95—97% их содержания в октябре.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при хранении свеклы содержание сухих веществ в ней снижается.

ВЫВОДЫ

В ходе выполнения данной работы были изучены химический состав сахарной свеклы и основные процессы, протекающие в свекле при хранении; проведен анализ влияния продолжительности хранения свеклы на содержание сахарозы, редуцирующих веществ и азотистых веществ, а также на содержание сухих веществ в ней.

В результате исследования выявлено, что по мере удлинения сроков хранения происходит нарастание общих потерь сахара в свекле до 1,7-4,8% вследствие процессов дыхания, прорастания, биохимических превращений и др. Скорость суточных потерь сахара резко возрастает в поздние периоды хранения - до 0,025%.

Также установлено, что с увеличением продолжительности хранения значительно увеличивается и содержание редуцирующих веществ в свекле: от 0,6 до 1,89% к массе СВ.

В ходе исследования выявлено, что по мере хранения свеклы происходит постепенное увеличение количества вредного азота от 0,11 до 0,16% к массе свеклы.

Анализ содержания сухих веществ свеклы показал, что при хранении свеклы содержание сухих веществ в ней снижается и в конце хранения составляет 95—97% их содержания в октябре.

 В ходе исследований доказано, что с увеличением продолжительности хранения свеклы содержание сахарозы в ней сокращается и происходит накопление вредных несахаров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования могут быть использованы при организации хранения сахарной свеклы на свеклосахарных заводах и позволят повысить выход сахара, и тем самым обеспечить высокие технико-экономические показатели работы заводов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Апасов, И. В. Эффективность препаратов для повышения сохранности сахарной свеклы при хранении [Текст] / И. В. Апасов, Г. К. Фоменко, Л.Н. Путилина // Технология высоких урожаев. – 2018. - № 4. – С. 37–39.
2. Богомолова И. П. Научно-методические подходы к управлению ресурсосбережением на предприятиях сахарной промышленности: Монография [Текст] / И. П. Богомолова, Н. Г. Кульнева, А. М. Мантулин. - Воронеж, 2020. - 185 с.
3. Бугаенко И.Ф. Анализ потерь сахара в сахарном производстве и пути его снижения. - Курск: АП «Курск»,2019. - 128 с
4. Бугаенко И.Ф. Научные основы технологии сахара [Текст].- Ч.1.- СПб.: ГИОРД, 2014. – 512 с.
5. Загорулько А. Я. Исследование и разработка методов контроля и путей снижения потерь сахара в свеклосахарном производстве [Текст]: автореф. дисс. ... докт. техн. наук.: 05.18.05 / А. Я. Загорулько. - Киев: КТИПП, 2018. - 48 с. 
6. Ионицой Ю.С. Изменение выхода сахара при хранении сахарной свёклы различной селекции [Текст] / Сахар. - 2013. - № 1. – С.31-33.
7. Карпов Б.А. Технология послеуборочной обработки и хранения сахарной свеклы/ Б.А. Карпов -М., 2014. -177 с.
8. Князев В.А. Консервант совмещенного действия для корнеплодов сахарной свёклы [Текст] / Сахарная промышленность - 2015. - С.36-37.
9. Князев В. А. Влияние подмораживания свеклы на результаты ее хранения и переработки [Текст] / В. А. Князев // Сахарная промышленность, 2014. - № 10. - С. 40-42. 
10. Князев В. А. Снижение потерь сахара при промышленном хранении сахарной свеклы за счет снижения интенсивности дыхания [Текст] / В.А. Князев, Н.И. Павлюченко, М.П. Пельц и др. // Сахарная промышленность. -2015. - №. 5. - C. 44. 
11. Красюк Н. А. Современные технологии производства и использования сахарной свѐклы / Н. А. Красюк. – Минск: Агропромиздат, 2015. – 508 с.
12. Крылов М.И. Хранение сахарной свеклы/ М.И.Крылов.-М.: Агропромиздат, 2015.-77 с.
13. Кульнева Н.Г. Повышение эффективности хранения и переработки сахарной свеклы [Текст] / Н.Г. Кульнева, А.И. Шматова // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство»/ Воронеж. гос. ун-т инжен. технол. – Воронеж, 2013. – С. 560-562.
14. Кульнева Н.Г. Проблемы переработки сахарной свеклы [Текст] / Н.Г. Кульнева, А.И. Шматова // Актуальная биотехнология.– 2017.- № 2. – С.32-33.
15. Кучеренко Е.П. Потери сухих веществ в корнеплодах при хранении [Текст] / Сахарная свёкла.-2013.№6. С.34-35.
16. Сапронов Н. М. Хранение сахарной свеклы современных гибридов с применением полифункциональных консервантов [Текст] / Н. М. Сапронов, А. С. Бердников, Г. С. Косулин // Сахар. – 2015. - № 8. – С. 26–28.
17. Сапронов А. Р. Сахарное производство / А. Р. Сапронов. – Москва: Союзроссахар, 2016. – 254 с.
18. Сапронов Н.М., Курасова Л.М., Зубков А.С., Куцакова В.Е., Мурашов С.В., Поливанова Т.В. Улучшение технологических качеств сахарной свёклы и повышение ее устойчивости к хранению на основе использования биотехнологий [Текст] / Сахар. — 2016. — № 5. – С.31-39.
19. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства [Текст]. – 2-е изд., исправл. и доп. – М.: Колос, 2014. – 495 с.
20. Чернявская Л.И. Технологические качества свеклы и эффективность сахарного производства [Текст] / Сахар. - 2013. - № 1. – С.18-21.