Способ очистки сока, способ получения сахара из сока и сахар

Способ очистки сока, способ получения сахара из сока и сахар

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу очистки сахаросодержащего сока, полученного из растительного материала, такого как сахарный тростник, сахарная свекла или сахарное сорго, а также к получению сахара из этого сока.

Традиционным способом извлечения сока из растительного материала считается диффузионный способ. Сахарную свеклу можно нарезать на тонкие полоски, именуемые "стружкой", которые затем можно вводить в один конец диффузионного аппарата, в то время как с другого конца поступает жидкость, такая как горячая вода. При такой противоточной обработке из стружки сахарной свеклы можно извлечь около 98% сахарозы. Получаемую в результате сахаросодержащую жидкость часто называют "диффузионным соком". Свекольная стружка, выгружаемая из диффузионного аппарата, может быть все еще очень влажной, а сок, содержащийся в ней, на 88-92% представляет собой воду, но может все еще содержать некоторое количество сахарозы. Следовательно, свекольную стружку можно отжимать на шнековом прессе или прессе другого типа, извлекая как можно больше сока. Такой сок может иметь рН около 5 и в некоторых случаях его могут возвращать в диффузионный аппарат. Остающийся в результате жом может содержать около 75% воды. Добавление к подаваемому на пресс материалу катионсодержащих добавок для улучшения отжима может снизить содержание воды в жоме примерно на 1,5-2%. С помощью диффузионного способа также можно извлекать сахарозу из стеблей сахарного тростника. Один из диффузионных способов переработки сахарного тростника использует движущийся слой мелкоизмельченных кусков сахарного тростника, который пропускают через диффузионный аппарат, позволяя сахарозе экстрагироваться из сахарного тростника.

В результате диффузионного процесса, процесса измельчения, других процессов, с помощью которых извлекают сок из растительного материала или переводят растительный сок в водный раствор, получают сахаросодержащий сок, несахара и воду. Композиция несахаров и их содержание в соке, получаемом в упомянутых процессах, могут быть различными, при этом несахара могут включать в себя все виды веществ растений, а также веществ нерастительного происхождения. Несахара (т.е. вещества, не являющиеся сахарозой) включают, без ограничения перечисленным, нерастворимый материал, такой как растительное волокно или частицы почвы; растворимые материалы, такие как удобрения, сахариды, отличающиеся от сахарозы, органические и неорганические несахара, органические кислоты, растворенные газы, белки, неорганические кислоты, органические кислоты, фосфаты, ионы металлов (например, ионы железа, алюминия или магния), пектины, окрашенные материалы, сапонины, воски, жиры или камеди, их фрагменты или производные.

Такие несахара зачастую сильно окрашены, термически нестабильны или иным образом мешают определенным стадиям переработки или оказывают неблагоприятное воздействие на качество или количество сахаросодержащего продукта, получаемого в процессе очистки. Полагают, что одна весовая часть несахаров сокращает количество сахаросодержащего продукта, получаемого в процессе очистки, в среднем на полторы весовые части. Может быть желательным отделять от сока все такие несахара или их часть, или извлекать их из сока, полученного в результате диффузии, измельчения или других процессов, используемых для извлечения сока из растительного материала. С помощью надлежащего диффузионного процесса можно удалить из сока 25-30% имеющихся в нем примесей. Рециркулирование в диффузионный аппарат сатурированной жомопрессовой воды или жома может понизить это значение до 17-20%, однако это является все еще экономически приемлемым благодаря регенерации тепла, экономии подпиточной воды, повышению выхода сахара, а также и уменьшения загрязнения окружающей среды сточными водами.

Традиционные технологические процессы используют остающийся растительный материал или соки, полученные диффузией, измельчением или другими способами извлечения сока из растительного материала, такими как способы, описанные в патентах США №6051075; 592842; 5480490, каждый из которых включен здесь путем ссылки, или такими способами, как описано в публикациях "Sugar Technology, Beet and Cane Sugar Manufacture", P.W. van der Poel и др. (1998); "Beet-Sugar Technology" под редакцией R.A. McGinnis, третье издание (1982), или "Cane Sugar Handbook: A Manual for Cane Sugar Manufacturers and Their Chemists", James C.P. Chen, Chung Chi Chou, 12-е издание (1993), каждая из которых включена сюда путем ссылки, для получения различных типов жидкостей и твердых материалов, получаемых в этих процессах.

Традиционные технологические процессы, в частности, включают стадии, на которых все более осветляют, очищают или рафинируют соки, полученные диффузией, измельчением или другими способами извлечения сока из растительного материала. Обычно часть нерастворимого материала можно отделить, например, с помощью процеживания через сито. Сок, полученный после процеживания, если это сок сахарной свеклы, может, например, содержать около 82%-85 вес.% воды, около 13-15 вес.% сахарозы, около 2,0-3,0 вес.% растворенных несахаров или примесей и некоторое количество нерастворимых остатков.

Сок или сахаросодержащие соки, которые могут производиться со скоростью 1000-2500 галлонов в минуту, можно обрабатывать путем постепенного добавления щелочи для повышения рН сока. В некоторых традиционных технологических процессах рН сока можно повысить от уровня приблизительно 5,5-6,5 рН до уровня приблизительно 11,5-11,8 рН, чтобы некоторые несахара, содержащиеся в таких соках, достигли своих изоэлектрических точек. Такая стадия часто упоминается как "преддефекация". Однако этот термин, используемый ниже, не ограничивает добавление щелочи к соку или к сахаросодержащим сокам только теми технологическими процессами, в которых такое добавление щелочи используют в качестве "преддефекации". В различных традиционных технологических процессах переработки соков сначала может потребоваться добавление щелочи для повышения рН сока перед последующей стадией способа, такой как стадия фильтрации, как описано в патентах США 4432806, 5759283 или т.п.; стадия ионного обмена, как описано в GB1043102, или в патентах США3618589, 3785863, 4140541, 4331483, 5466294 или т.п.; стадия хроматографии, как описано в патентах США 5466294, 4312678, 2985589, 4182633, 4412866 или 5102553 и т.п.; или стадия ультрафильтрации, как описано в патенте США 4432806 или т.п.; разделения фаз, как описано в патенте США 6051075 или т.п.; или технологические процессы, при которых в сатуратор при окончательной сатурации добавляют активные материалы, как описано в патенте США 4045242, что может служить альтернативой стадиям щелочной дефекации и сатурации традиционного способа переработки соков, при этом каждая из ссылок включена сюда путем ссылки.

Использование термина "щелочь" включает использование материалов, которые способны повышать рН сока, включая, без ограничения, использование извести или осадка из процессов, в которых применяется известь. Термин "известь" обычно включает использование негашеной извести или оксидов кальция, образующихся при нагревании кальция (обычно в форме известняка) в кислороде для получения оксида кальция. Во многих технологических процессах обработки соков предпочтительно используют известковое молоко, которое состоит из суспензии гидроксида кальция (Са(ОН)₂), согласно следующей реакции:

CaO+H₂O=Ca(ОН)₂+15,5 кал.

Термин "изоэлектрическая точка" означает рН, при котором растворенные или коллоидные материалы, такие как белки, находящиеся в соке, имеют нулевой электрический потенциал. Когда такие растворенные или коллоидные материалы достигают своих определенных изоэлектрических точек, они могут образовывать множество частиц или хлопьев (флоккулятов).

Флоккуляцию (образование частиц или хлопьев) можно дополнительно усилить путем добавления к соку материалов на основе карбоната кальция, функция которых состоит в образовании центра или субстрата, с которым связываются частицы. Такой способ повышает размер, массу или плотность частиц, тем самым облегчая фильтрацию или осаждение таких частиц и их извлечение из сока.

Полученную смесь сока, остатка извести, избытка карбоната кальция, частиц или хлопьев, можно затем подвергнуть последующим стадиям способа, описанным выше. В частности, что касается технологического процесса осветления, очистки или рафинирования соков, получаемых предварительной переработкой сахарной свеклы, смесь можно сначала подвергнуть стадии холодной основной дефекации для стабилизации твердых веществ, образованных на стадии преддефекации. Стадия холодной основной дефекации может включать добавление еще одной порции извести, около 0,3-0,7% от веса преддефекованного сока (или более, в зависимости от качества предварительно дефекованного сока), проводимое при температуре от около 30°C до около 40°C.

Сок, подвергнутый холодной основной дефекации, можно затем подвергнуть горячей основной дефекации для дополнительной деструкции инвертного сахара и других компонентов, которые нестабильны на указанной стадии. Горячая основная дефекация может включать дополнительное добавление извести, чтобы повысить рН дефекованного сока до уровня от около 12 до 12,5 рН. Это приводит к разложению части растворимых несахаров, на которые предшествующее добавление щелочи или извести не оказало действия. В частности, с помощью горячей основной дефекации дефекованного сока можно достичь термостабильности путем частичного разложения инвертного сахара, аминокислот, амидов и других растворенных несахаров.

После холодной или горячей основной дефекации дефекованный сок можно подвергнуть сначала стадии сатурации, на которой дефекованный сок обрабатывают газообразным диоксидом углерода. Газообразный диоксид углерода взаимодействует с остаточной известью в дефекованном соке с образованием карбоната кальция в форме осадка. С помощью указанной процедуры можно не только удалять остаточную известь (обычно около 95% по весу остаточной извести), поскольку осаждаемый поверхностно-активный карбонат кальция может также захватывать значительные количества остающихся растворенных несахаров. Кроме того, осадок карбоната кальция может действовать как средство улучшения фильтрования при отделении твердых материалов от дефекованного и сатурированного сока.

Продукт из осветленного сока, полученный на стадии первой сатурации, можно затем подвергнуть стадиям (дополнительной) дефекации, стадиям нагревания, стадиям сатурации, стадиям фильтрования, стадиям мембранной ультрафильтрации, стадиям хроматографического разделения или стадиям ионного обмена, как описано выше, или их комбинациям, перестановкам или производным от них стадиям для дополнительного осветления или очищения сока, полученного на стадии первой сатурации, получая в результате осветленный или очищенный сок.

Такой осветленный или очищенный сок можно сгущать путем выпаривания части содержащейся воды, получая при этом продукт, традиционно называемый "сиропом". Выпаривание части содержащейся воды можно осуществлять в многоступенчатом выпарном аппарате. В таком аппарате пар используется эффективным образом, кроме того, этот аппарат также позволяет создавать низкотемпературный пар, который можно использовать, если требуется, для проведения следующего за выпариванием процесса кристаллизации.

Концентрированный осветленный сок или "сироп" может быть направлен в емкость, обычно вмещающую 60 тонн сока или более. В этой емкости продолжают удалять воду выпариванием, пока концентрация сиропа не станет подходящей для роста кристаллов сахарозы. Так как рост кристаллов сахарозы может быть затруднен, для инициирования кристаллизации добавляют затравочные кристаллы сахарозы. После того как рост кристаллов приведет к получению смеси кристаллов (утфеля), остающийся сок (оттек) можно отделить. Для разделения утфеля на сахар и оттек обычно используют центрифуги. Отделенные кристаллы сахара затем, перед тем как упаковать, отправить на склад, перевозить или дополнительно рафинировать или т.п., сушат до требуемого содержания влаги. Например, сахар-сырец можно рафинировать только его после доставки в страну использования.

Рынок продуктов, производимых из растительных материалов и сахаросодержащих соков, столь велик, что даже незначительное снижение стоимости отдельной стадии технологического процесса может привести к значительной и желаемой экономии денежных средств. Таким образом, для снижения себестоимости производимого продукта, в сахарной промышленности существует значительная потребность в исследованиях в области технологий переработки сока с целью удешевления производства сахара, проводимых независимыми исследователями и дистрибьюторами, которые могли бы оплатить новые реактивы и оборудование для создаваемых технологий, а в некоторых случаях создавали дополнительный стимул в виде процентного отчисления от снижения себестоимости продукта для выплат за усовершенствование способа.

Однако, хотя технологические процессы очистки соков из некоторых растительных сахаросодержащих материалов, в частности из сахарной свеклы, создавались и усовершенствовались в течение, по меньшей мере, 1000 лет, а промышленные технологии существуют уже более 100 лет, и даже несмотря на то, что имеется большой стимул для усовершенствований, в данной области существуют значительные проблемы.

Значительной проблемой в традиционных технологиях производства сахара могут быть расходы, связанные с получением и использованием щелочи, такой как оксид кальция, для повышения рН сахаросодержащих жидкостей или соков, получаемых из растительных материалов. Как обсуждалось выше, оксид кальция или гидроксид кальция можно добавлять к соку для повышения рН, чтобы способствовать удалению из раствора некоторых растворенных материалов в виде частиц или хлопьев. Оксид кальция обычно получают путем кальцинирования известняка, т.е. способа, при котором известняк нагревают в обжиговой печи в присутствии кислорода, пока не высвободится диоксид углерода, получая при этом оксид кальция.

Как показано на фиг.5, кальцинирование может быть дорогостоящим, так как оно требует приобретения обжиговой печи (40), известняка (41) и горючего материала (42), такого как газ, нефтепродукты, уголь, кокс или т.п., которые можно сжигать для нагревания обжиговой печи до температуры, достаточной для высвобождения из известняка (41) диоксида углерода (43). Также должно быть обеспечено вспомогательное оборудование для транспортировки известняка и горючего материала для обжиговой печи и для извлечения из обжиговой печи полученного оксида кальция, наряду с оборудованием для промывки некоторых газов из обжиговой печи и для удаления частиц из воздуха, отработанного в обжиговой печи во время кальцинирования известняка. Разумеется, для управления и ухода за оборудованием должна быть обеспечена рабочая сила, а также контроль качества полученного кальцинированного известняка, а также контроль очистки газов и макрочастиц, высвобождаемых во время работы обжиговой печи.

Кроме того, для применения в обычных технологических системах переработки сока оксид кальция, получаемый кальцинированием, должен быть превращен в гидроксид кальция. Для этого в свою очередь требуется приобретение оборудования для уменьшения размера частиц оксида кальция до подходящего размера и смешивания указанных частиц с водой для образования гидроксида кальция. Опять же для управления и ухода за указанным оборудованием должна быть обеспечена рабочая сила.

В конечном счете, инвестиции в оборудование и рабочую силу, связанные с применением оксидов кальция, увеличиваются вследствие повышения затрат. Они могут включать возрастающие расходы на дополнительную рабочую силу для смешивания дополнительных количеств гидроксида кальция с соком или они могут включать возрастающие расходы на применение оборудования с большей грузоподъемностью или с большей мощностью, или т.п.

Еще одной важной проблемой, связанной с получением и применением щелочи в традиционных технологических системах, может быть удаление избытка щелочи или продуктов, образованных во время взаимодействия щелочи с органическими кислотами или неорганическими кислотами, растворенными в соке. Например, когда в технологической системе для осветления или очистки сока применяется одна или более стадий сатурации, количество карбоната кальция или других образующихся солей, часто упоминаемых как "отработанная известь", будет пропорционально количеству извести, добавляемой к соку. Легко оценить, что большее количество извести, добавляемой к соку, обычно приводит к большему количеству осадков, образующихся на стадии сатурации. Можно позволить "сатурационной извести" оседать на дно сатурационного аппарата с образованием некоторых количеств осадка, упоминаемого как "известковый фильтрационный осадок". Известковый фильтрационный осадок можно отделять на ротационном вакуум-фильтре или рамном фильтр-прессе. Образовавшийся продукт далее именуется как "дефекационно-сатурационный осадок". Дефекационно-сатурационный осадок или известковый фильтрационный осадок в значительной степени может представлять собой осадок карбоната кальция, однако может также содержать сахара, другие органические или неорганические вещества или воду. Такие выделяемые осадки почти всегда перерабатывают отдельно от других отходов, образующихся в технологической системе, их можно, например, суспендировать в воде и перекачивать в отстойники или в хранилища или отправлять на свалку.

С другой стороны, сатурационную известь, известковый фильтрационный осадок или дефекационно-сатурационный осадок можно повторно кальцинировать. Однако стоимость обжиговой печи для повторного кальцинирования и периферийного оборудования для повторного кальцинирования отработанной извести может быть существенно более высокой, чем стоимость обжиговой печи для кальцинирования известняка. Кроме того, качество повторно кальцинированной "сатурационной извести" может отличаться от качества кальцинированного известняка. Чистота кальцинированного известняка по сравнению с повторно кальцинированной сатурационной известью может составлять, в качестве примера, 92% по сравнению с 77%. По существу, количество повторно кальцинированной извести, необходимое для нейтрализации такого же количества иона гидроксония в соке, может быть соответственно выше. Содержание в отработанной извести диоксида углерода также может быть гораздо выше, чем в известняке. По существу, повторно кальцинированная известь может быть не только дорогостоящей для получения, для нее может потребоваться также применение существенно большего газопровода и оборудования для транспортировки CO₂, полученного из повторно кальцинированной отработанной извести, более грузоподъемного транспортного оборудования для транспортировки повторно кальцинированной извести, более крупных сатураторов или т.п.

Также независимо от того, удаляется ли отработанная известь в отстойники, на свалки или рециркулируется, большее количество утилизируемой извести в отдельной технологической системе обычно приводит к более высоким расходам на удаление отработанной извести.

Еще одной существенной проблемой, связанной с традиционными технологиями производства сахара, может являться возрастающее снижение пропускной способности технологической системы, соответствующее возрастающему увеличению количества извести, применяемой для переработки сока. Один из аспектов указанной проблемы может касаться ограничения количества или скорости, с которой известь может быть произведена или подана на стадии обработки сока. Как обсуждалось выше, для получения оксида кальция перед его использованием в качестве щелочи в технологических системах переработки сока следует кальцинировать известняк. Количество производимой извести может быть ограничено доступностью известняка, функциональными возможностями обжиговой печи, доступностью горючего материала или т.п. Скорость, с которой можно поставлять известь для технологической системы переработки сока, может варьировать, исходя из размера, вида или количества оборудования для производства извести, доступной рабочей силы или т.п. Еще один аспект указанной проблемы может заключаться в том, что количество извести, применяемой в технологической системе, может пропорционально сокращать объем, доступный в технологической системе для сока. Увеличенное применение щелочи, такой как известь, для поддержания пропускной способности при получении того же самого объема сока может также потребовать применения более значительных локализованных площадей, трубопроводов или т.п.

Еще одной существенной проблемой, связанной с традиционными технологиями производства сахара, может являться избыток кислот в растительном материале, образующийся перед экстракцией растительного сока. В кислотно-щелочном балансе растительной клетки органические кислоты действуют в качестве буферной системы для поддержания в растительной ткани требуемого уровня рН. Источник происхождения указанных кислот можно разделить на две группы, к первой относятся кислоты, которые растение поглощает из почвы во время своего роста, а ко второй относятся кислоты, образующиеся при биохимических или микробных процессах. Когда поглощение кислот из почвы происходит в недостаточном количестве, растения могут синтезировать органические кислоты, главным образом щавелевую кислоту, лимонную кислоту и яблочную кислоту, для поддержания благоприятного значения рН растительного клеточного сока. Таким образом, сок, экстрагируемый из растительной ткани, будет содержать некоторое количество различных органических кислот.

В добавление к этому, встречающемуся в природе количеству органических кислот кислоты могут образовываться в растительной ткани во время хранения, главным образом благодаря микробным процессам. При очень сильном ухудшении растительного материала могут образовываться большие количества органических кислот, главным образом молочной, уксусной кислоты, а также лимонной кислоты. При некоторых обстоятельствах суммарное содержание кислот в растительной ткани может повышаться в три раза или более.

Кроме того, из-за разрушения природной щелочности сока в растительных тканях может образовываться диоксид углерода (CO₂). В этом процессе бикарбонат-ион и карбонат-ион превращаются в диоксид углерода. Полученный диоксид углерода при перенесении его остатков в раствор образует угольную кислоту, которая обеспечивает источник иона гидроксония. Органические кислоты, содержащиеся в растительном клеточном соке, в целом или частично остаются в соке, получаемом из растительного материала. Таким образом, для повышения рН сока указанные органические и неорганические кислоты следует нейтрализовать основанием. Более высокой концентрации органических кислот или неорганических кислот в соке соответствует более значительное количество щелочи, которое потребуется для повышения рН сока до желаемого значения.

Еще одна существенная проблема, связанная с традиционными технологиями производства сахара, может заключаться в том, что растительные материалы или сок(и), обработанные антимикробными химическими веществами, могут иметь более высокое содержание кислот, чем необработанные растительные материалы или соки. Например, непрерывно или с интервалами можно добавлять диоксид серы (SO₂) или бисульфит аммония (NН₄НSО₃), чтобы подавить микробиальный рост или загрязнение. Количество добавляемого SO₂ зависит от степени опасности микробиального роста или загрязнения. Для определения степени опасности этого роста или загрязнения можно контролировать или отслеживать содержания молочной кислоты и нитритов. Для обеззараживания или обработки инфицированной системы можно применять SO₂ в концентрации до около 1000 ч./млн. Для обеззараживания, SO₂ можно подавать непрерывно в концентрации вплоть до 400-500 ч/млн. Добавление SO₂ или NH₄HSO₃ для антимикробной защиты может снизить рН и щелочность сока. Уменьшение щелочности может быть обусловлено превращением природных бикарбонат-ионов в СO₂ и угольную кислоту.

Еще одной существенной проблемой, связанной с традиционными технологиями производства сахара, может являться образование накипи в отдельных аппаратах, таких как выпарные аппараты или оборудование для кристаллизации сахара. Основной компонент накипи часто образуется из кальциевой соли щавелевой кислоты. Этот оксалат имеет низкую растворимость в растворе и его растворимость может уменьшаться, если количество кальция в растворе увеличивается. Даже после очистки сока до "очищенного" сока или "сиропа" в растворе может находиться достаточное количество кальция, чтобы выводить оксалат из раствора. Способ удаления накипи с поверхностей оборудования может потребовать больших затрат, включая, однако не ограничиваясь перечисленным, издержки, обусловленные снижением темпов производства и падением эффективности или уменьшением срока эксплуатации оборудования.

Еще одной существенной проблемой, связанной с традиционными технологиями производства сахара, может являться отсутствие понимания того, что оборудование для экстракции сока или способы, применяемые для получения сока из растительного материала, могут изменять или понижать рН экстрагируемого сока. Что касается диффузионных аппаратов, применяемых для экстракции сока из материала сахарной свеклы, может существовать недостаточное понимание того, что во время проведения диффузионного способа рН сока сахарной свеклы может изменяться или снижаться. Еще одна проблема может заключаться в том, что может существовать недостаточное понимание того, что различные аппараты и способы для диффузии сока из сахарной свеклы по-разному изменяют или понижают рН полученного сока. Поскольку усовершенствование диффузионной технологии обычно приводит к все более низким рН полученного сока, такие устройства или способы далеко отстоят от растворов, получаемых в настоящем изобретении.

Еще одна существенная проблема, связанная с традиционными технологиями производства сахара, может заключаться в том, что в традиционном способе очистки сахара органические вещества, растворенные газы или другие материалы, растворенные в экстрагированном, извлеченном или полученном диффузией из сахарной свеклы соке (например, такие как СO₂ или SO₂), или добавляемые к экстрагированному или диффузионному соку, перед стадиями преддефекации могут не смещаться к равновесию или не уравновеситься с парциальными давлениями атмосферных газов или с парциальными давлениями выбранной газовой смеси. Так, растворенные материалы, которые могли бы переноситься из экстрагированного, извлеченного или диффузионного сока в атмосферу или в другую выбранную смесь газов вследствие пониженных парциальных давлений или концентрации таких растворенных в диффузионном соке материалов, остаются, чтобы при сочетании с другими процессами напрямую или косвенно участвовать в регулировании рН сока, что приводит к снижению рН диффузионного сока перед проведением стадии (стадий) преддефекации, первоначальной дефекации, добавления извести или во время их проведения. При достижении требуемого рН сока более низкий рН может привести к применению дополнительной извести, как описано выше.

Один из аспектов этой проблемы традиционной диффузионной переработки свекольной стружки (или других традиционных способов извлечения или экстракции сока и других веществ из растительного материала) может заключаться в том, что традиционное диффузионное оборудование (или другое традиционное оборудование для извлечения или экстракции сока или других материалов из растительного материала) не обеспечивает желаемой поверхности контакта между диффузионным соком или жидкостью, содержащей экстрагированные материалы, и атмосферой или другой выбранной или желаемой смесью газов, так чтобы материалы, растворенные в диффузионном соке или жидкости, смещались к равновесию, что существенно уменьшило бы концентрацию таких материалов в указанном соке или жидкости.

Другой аспект этой проблемы может заключаться в том, что традиционные диффузионные способы и аппараты для переработки сахарной свеклы (или другое традиционное оборудование для извлечения или экстракции сока и других веществ из растительных материалов) не обеспечивают достаточную рециркуляцию атмосферных газов или других выбранных газов в оборудовании, чтобы поддерживать разность парциальных давлений между концентрацией растворенного материала в соке или другой жидкости, содержащей экстрагированный или извлеченный растительный материал, и концентрацией, которая потенциально может уравновешиваться с парциальными давлениями газов на границе контакта газ-жидкость, для эффективного достижения требуемого, потенциального или возможного уменьшения количества снижающих рН материалов в диффузионном соке или другой жидкости, содержащей экстрагированный или извлеченный растительный материал. Частичное или полное равновесие, установившееся между парциальным давлением газа на границе жидкости и парциальным давлением газа в растворе, соответственно замедляет или останавливает дальнейшее уменьшение в диффузионном соке концентрации материалов, соединений или газов, снижающих рН.

Третий аспект указанной проблемы может заключаться в том, что в традиционных диффузионных способах или оборудовании для переработки сахарной свеклы (или другом традиционном оборудовании или способах для извлечения или экстракции сока или других материалов из растительного материала), диффузионный сок(и), возможно, недостаточно перемешивается, чтобы позволить всему объему или достаточному объему диффузионного сока или жидкости, содержащей экстрагированные или извлеченные растительные материалы, способствующие снижению рН, прийти в равновесие с атмосферными газами или другой смесью газов на границе контакта жидкость-газ.

Четвертый аспект указанной проблемы может заключаться в том, что в традиционных диффузионных способах или оборудовании для переработки сахарной свеклы (или другом традиционном оборудовании, используемом для извлечения или экстракции сока или других материалов из растительного материала) не применяется нагревание диффузионного сока или других жидкостей, содержащих экстрагированный или извлеченный растительный материал(ы), до температуры, при которой растворимость в диффузионном соке или других жидкостях, содержащих экстрагированый или извлеченный растительный материал(ы), уменьшается в достаточной степени, чтобы концентрации материалов, снижающих рН, смещались к равновесию или уравновешивались с концентрацией, соответствующей парциальным давлениям газов на границе контакта жидкость-газ, или пришли к такой точке равновесия, при которой концентрацию материалов, снижающих рН, можно уменьшить до требуемой, потенциальной или возможной концентрации, или смещались к равновесию или уравновешивались с парциальным давлением газов на границе контакта газ-жидкость с требуемой скоростью или с потенциально возможной или вероятной скоростью достижения равновесия, которая может быть желательной или которой можно достичь.

Еще одна существенная проблема, связанная с традиционными технологиями производства сахара, может заключаться в том, что парциальное давление экстрагированного или диффузионного сока может уравновешиваться с парциальным давлением атмосферных газов или другой газовой смеси с более высокой концентрацией веществ, понижающих рН, которая может присутствовать у поверхности сока при охлаждении. Когда диффузионный сок или другие жидкости, содержащие экстрагированный или извлеченный растительный материал, охлаждают, растворимость атмосферных газов или другой газовой смеси может повышаться. Так, при охлаждении диффузионного сока концентрация газов или других материалов, способных растворяться в соке (включая, без ограничения, вещества, снижающие рН), может повышаться. В качестве только одного примера, при охлаждении диффузионного сока во время изменения температуры от диапазона приблизительно 55°С-70°С до диапазона приблизительно 20°С-30°С перед стадиями преддефекации или дефекации растворимость атмосферного CO₂ повышается. Длительное пребывание сока при атмосферных парциальных давлениях СO₂ или в любой газовой смеси с достаточным парциальным давлением СO₂, способствующим переносу CO₂ в сок при его охлаждении, повышает концентрацию CO₂ в диффузионном соке по сравнению с количеством СO₂ при более высоких температурах. Повышенная концентрация СO₂ в диффузионном соке может снижать рН сока. По существу, повышенная концентрация CO₂ или других газов в диффузионном соке может потребовать добавления более значительных количеств извести во время последующего добавления извести, преддефекации или других стадий дефекации для достижения желаемого или требуемого рН.

Еще одна важная задача технологий производства сахара состоит в создании парциальных давлений газов на границе контакта газ-жидкость диффузионного сока или других жидкостей, содержащих извлеченные или экстрагированные растительные материалы, способных вызывать градиент концентрации, достаточный для улетучивания, перехода, извлечения или переноса иным образом желательной или требуемой части материалов, растворенных в диффузионном соке или другой жидкости, содержащей извлеченные или экстрагированные растительные материалы, для достаточного повышения рН диффузионного сока или уменьшения концентрации материалов, снижающих рН диффузионного сока.

Настоящее изобретение предоставляет технологическую систему переработки сока, включающую в себя как устройства, так и способы, решающие каждую из вышеперечисленных проблем.

Таким образом, общая задача изобретения состоит в создании технологической системы переработки сока для получения продуктов из жидкостей или сахаросодержащих соков, получаемых из растительного материала. Одним из аспектов указанной общей задачи является созданием альтернативы традиционным технологическим системам переработки сока или производства сахара. Изобретение может обеспечить технологическую систему в целом, включающую в себя как устройство, так и способы получения продуктов из сахаросодержащих жидкостей или соков. Второй аспект указанной общей задачи можно отнести к обеспечению способов, применяемых в технологии переработки сока, совместимых со способами, применяемыми в традиционной технологической системе переработки сока или сахара. Что касается указанной задачи, изобретение обеспечивает стадии способа и устройство, которые можно использовать для добавления, замещения или модификации традиционных способов и устройств для переработки сахаросодержащих жидкостей или сока.

Вторую общую задачу изобретения можно отнести к уменьшению стоимости получения продуктов из жидкостей или сахаросодержащих соков. Одним из аспектов указанной задачи изобретения является повышение производительности процесса переработки сока, которая может в целом или частично ограничиваться доступностью щелочи, такой как пониженная доступность известняка или отсутствие функциональных возможностей для превращения известняка в оксид кальция, или т.п. Еще один аспект указанной задачи касается снижения себестоимости путем уменьшения количества щелочи, такого как известь, используемой в процессе переработки сахаросодержащих жидкостей или сока в пищевые продукты. Третий аспект указанной задачи изобретения касается уменьшения количества получаемых отходов, например, после дефекации.

Третью общую задачу изобретения можно отнести к получению жидкого сахаросодержащего продукта или продукта на основе сока, получаемых по изобретению. Один из аспектов указанной задачи можно отнести к получению продукта на основе сахаросодержащей жидкости или сока, имеющего пониженное содержание или пониженную концентрацию растворенного материала, такого как растворимые в воде кислот