1. Химический состав корнеплодов сахарной свеклы

Химический состав корнеплодов зависит от сорта свеклы, условий выращивания, способа уборки, условий хранения. Содержание сухих веществ в корнеплоде сахарной свеклы колеблется в пределах 20–25 %. Главной составной частью сухих веществ является сахароза (С₁₂Н₂₂О₁₁). Она составляет 66–72 % от массы сухих веществ, или 15– 20 % от массы корнеплода. Практически вся сахароза и некоторая часть несахаров растворены в свекловичном соке.

В различных частях корнеплода содержится неодинаковое количество сахара. В вертикальном направлении максимальное содержание сахара отмечено в средней части корнеплода. В горизонтальном направлении наименьшее количество сахара находится в центре корня и частях, прилегающих к покровным тканям (рис. 1).

Рис. 1. Содержание сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, %

Несахара представлены растворимыми (2,5 %) и нерастворимыми (5 %) веществами. Растворимые несахара включают азотистые органические вещества (1,5 %): белки, аминокислоты, амиды и соли аммония; безазотистые органические вещества (0,7–0,9 %): инвертный сахар, органические кислоты, сапонин, жир и липиды, раффинозу и др.; минеральные вещества (0,5 %): К₂О, МgО, СаО, Nа₂О, фосфаты, сульфаты, силикаты, хлориды и др.

Повышенное содержание в соке фруктозы и глюкозы (инвертный сахар) затрудняет кристаллизацию сахарозы и обусловливает ее потери с патокой.

Нерастворимые вещества образуют мякоть свеклы и представлены целлюлозой, гемицеллюлозой, протеином, белком, лигнином, золой и сапонином. При переработке корнеплодов нерастворимую обессахаренную свекловичную массу в виде жома используют на корм скоту.

Растворимые несахара при очистке диффузионного сока и на последующих операциях удаляются только частично. Они затрудняют проведение технологических процессов и способствуют увеличению потерь сахарозы с мелассой.

В последние годы в связи с увеличением количества вносимых в почву минеральных удобрений, механизацией производства без ручной доочистки корнеплодов химический состав и технологические качества сахарной свеклы ухудшились. В свекловичном соке увеличилось количество редуцирующих и растворимых азотистых веществ, зольных элементов, снизилась концентрация калия, натрия и фосфора, уменьшилась чистота сока. В результате натуральная щелочность сока, равная примерно 0,02–0,025 % СаО, в некоторых районах стала достигать отрицательных значений.

Корнеплоды должны быть правильной грушевидной формы с гладкой поверхностью, без разветвлений. Мякоть корнеплода должна быть белая, структура мякоти – однородная. Масса корнеплода – 0,6–1 кг. Сок хороших корнеплодов обычно имеет плотность 1,06–1,07. Очень богатые сахаром корнеплоды дают сок плотностью 1,07–1,08, что обеспечивает 14%-ный выход белого сахара.

Самый важный показатель качества сахарной свеклы – базисная сахаристость. Ее определяют как среднее арифметическое при приеме за предыдущие пять лет по данному сахарозаводу. Качество клеточного сока сахарной свеклы характеризуется доброкачественностью. Под доброкачественностью сока понимают содержание в соке сахарозы, отнесенное к общему содержанию сухих веществ, выраженное в процентах. Доброкачественность должна быть в пределах 80–90 %. Чем больше несахаров содержится в соке, тем ниже его доброкачественность.

2. Процессы, происходящие в корнеплодах сахарной свеклы при хранении

При хранении в корнеплодах сахарной свеклы проходят сложные физиологические и биохимические процессы. Для поддержания жизнедеятельности расходуется сахароза. При хранении происходят процессы гидролитического распада и наблюдаются естественные изменения в химическом составе корнеплодов. Увеличивается содержание трисахаридов (раффиноза, кестоза). В результате гидролиза белков в свекловичном соке появляются пептиды и аминосоединения.

Происходит дезаминирование аминокислот и амидов с образованием аммонийных солей. В небольших количествах в раствор переходят пектиновые вещества и гемицеллюлозы. Общее содержание минеральных веществ в корнеплодах при хранении почти не изменяется, но доля растворимой золы в соке увеличивается. Все это приводит к ухудшению технологических качеств свеклы, снижению содержания сахарозы и накоплению несахаров.

Гидролитический распад сахарозы в корнеплодах свеклы при хранении обусловлен необходимостью расходования образующихся при гидролизе моносахаридов при дыхании и прорастании. Если дыхание является обязательным физиологическим процессом, то прорастание можно исключить или резко ограничить.

Дыхание. При хранении неповрежденных, с правильно обрезанной головкой корнеплодов в оптимальных условиях величина потерь сахарозы на дыхание незначительна. Однако в сутки за счет дыхания теряется 0,012 % сахарозы. При хранении механически поврежденных корнеплодов с большим количеством земли, ботвы и других примесей интенсивность дыхания резко возрастает и потери сахара увеличиваются.

На интенсивность дыхания корнеплодов сахарной свеклы влияют температура, относительная влажность и газовый состав окружающей среды, размер корнеплодов и удельная площадь их поверхности, степень спелости, физическое состояние корнеплодов, наличие повреждений, загрязненность, химический состав корнеплодов, высота среза головки, срок хранения и другие факторы.

Увядание. При хранении корнеплодов в кагатах без укрытия особенно в теплое время года происходят значительные потери влаги. Из-за высокого водного дефицита нарушается стабильное состояние ферментов в корнеплодах и активизируется их деятельность, что вызывает усиление дыхания и увеличивает потери сахаров.

При интенсивном увядании корнеплодов потеря каждого процента влаги может привести к увеличению потерь сахарозы на 0,005–0,01 % к массе свеклы. При увеличении степени увядания корнеплодов снижается чистота свекловичного сока. Увядание приводит к снижению упругости, изменяются и другие физические и химические показатели.

Прорастание. Особенно склонны к прорастанию корнеплоды, убранные комбайнами без доочистки. В верхней части кагата корнеплоды прорастают в два раза быстрее. Интенсивнее прорастают корнеплоды в невентилируемых кагатах, и в первую очередь те, у которых осталась верхушечная почка. Корнеплоды с необрезанной головкой хранятся лучше, поэтому при длительном хранении целесообразно удалять только верхушечную почку, не трогая головку. Недоспелая свекла прорастает быстрее, чем спелая. Скорость прорастания зависитот сорта и спелости, степени обрезки головок, но главным фактором является температура.

Суберинизация – это способность корнеплодов образовывать на месте механических повреждений новую ткань – раневую перидерму, препятствующую проникновению в корнеплод инфекции. Интенсивность образования перидермы зависит от характера повреждения корнеплодов, их физического состояния, сорта, температурно-влажностного режима. На подвяленных корнеплодах раневая перидерма образуется значительно медленнее. Активное вентилирование кагатов способствует ускорению образования раневой перидермы.

Подмораживание. Подмороженные корнеплоды не пригодны для длительного хранения, так как при оттаивании они быстро загнивают, их трудно перерабатывать. Наиболее часто подмораживаются выкопанные корнеплоды, оставшиеся на поле без укрытия.

Развитие микроорганизмов. При оптимальных условиях хранения спелые и неповрежденные корнеплоды хорошо сопротивляются развитию микроорганизмов. Микроорганизмы развиваются в первую очередь на отмерших клетках, механически поврежденных, подмороженных и увядающих участках корнеплодов, а затем начинают поражаться живые клетки. Загнивание корнеплодов в кагатах является одной из главных причин потери массы и снижения выхода сахара.

Болезни, вызываемые грибами, чаще наблюдаются осенью. Этому благоприятствует высокая влажность воздуха при недостаточно высокой температуре. Один из наиболее активных и распространенных возбудителей кагатной гнили при хранении свеклы – гриб Phoma betae Frank. Бактериальная микрофлора наиболее активно развивается весной, когда сопротивляемость свеклы после длительного хранения ослабевает.

3. Способы хранения сахарной свеклы

Сразу после уборки корнеплоды сахарной свеклы желательно отправить на завод. При невозможности отправления корнеплодов сахарной свеклы одновременно с уборкой организуют кратковременное хранение в полевых кагатах. Их устраивают возле дорог на ровных с небольшим уклоном участках. Примерные размеры полевых кагатов следующие: ширина основания – 6 м, высота – 1,5–1,75, ширина верхней площадки – 2,5–3, длина – не менее 10 м. Боковые стороны кагатов при необходимости можно укрывать землей, верхнюю площадку – соломой или синтетическими материалами.

Корнеплоды, поступившие на приемные пункты сахарных заводов, хранят в крупных кагатах (рис. 2). Свекла в крупных кагатах укладывается с помощью мобильных свеклоукладчиков. В поступающей с полей свекле кроме земли содержится много травы, ботвы и свекловичного боя.

Свеклоукладчики с установленными на них серийными очистителями отделяют до 15 % примесей, остальные примеси попадают в кагат и заполняют межкорнеплодное пространство, препятствуя свободному прохождению воздуха.

а

б

Рис. 2. Хранение сахарной свеклы: а – в полевых условиях; б – на кагатных площадках сахарных заводов

Для длительного хранения свеклу укладывают в кагаты с примерными размерами: высота – 4–6 м, ширина основания – 18–25, ширина верхней площадки – 6–8 м. Свеклу кратковременного срока хранения укладывают в кагаты меньших размеров: ширина у основания – 12–16, высота – 2–3 м. При укладке свеклы с общей загрязненностью более 15 % размеры кагатов уменьшают на 10–20 %. Чем больше загрязненность, тем меньше размеры формируемых кагатов.

Перед укладкой свеклы подкагатные земляные площадки выравнивают, поливают водой и для дезинфекции обрабатывают известковым молоком плотностью 1,03–1,05 г/см³ с нормой расхода 5 л/м² или обрабатывают известью-пушонкой из расчета 200 г/м².

На вновь строящихся сахарных заводах возводят механизированные склады и сплавные площадки. По сравнению с кагатными полями механизированные склады занимают площадь в 3 раза меньше, позволяют повысить производительность труда и на 20–30 % снизить потери.

Для уменьшения интенсивности прорастания корнеплодов свеклу перед укладкой обрабатывают 1%-ным водным раствором гидрозида малеиновой кислоты в количестве 3–4 л/т.

Чтобы приостановить развитие микробиологических процессов при хранении и затормозить прорастание корнеплодов, имеющих механические повреждения, рекомендуется опрыскивать их растворами фенольных соединений – пирокатехина и гидрохинона. Применяют их в виде 0,3%-ного раствора из расчета 3–4 л на 1 т свеклы.

Поверхность сформированных кагатов обрабатывают известковым молоком плотностью 1,03–1,05 г/см³ для образования устойчивого белого покрова, что способствует отражению солнечных лучей и снижению интенсивности увядания корнеплодов.

Для предотвращения увядания и подмораживания корнеплодов свеклы кагаты могут укрываться полиэтиленовой пленкой, соломенными матами, другим теплоизоляционным материалом. Оптимальная температура в кагатах должна находиться в пределах 1–3 °С. Температуру регулируют проветриванием кагатов ночью, активным вентилированием или укрытием теплоизоляционным материалом.

Для регулирования температуры и влажности кагатов важно применять активное вентилирование, так как в больших кагатах затруднена циркуляция воздуха. Активное вентилирование позволяет уменьшить общие потери массы свеклы в 2,5 раза, потери сахара – в 2 раза по сравнению с невентилируемыми кагатами.

Для активного вентилирования на кагатном поле укладывают воздуховоды, углубляя их в землю или размещая по ее поверхности. Активное вентилирование проводят главным образом в теплый осенний период, преимущественно ночью. При температуре наружного воздуха ниже 0 °С вентилирование прекращают, так как это вызовет подмерзание свеклы на входе воздуха в кагат.

Для предупреждения подвяливания корнеплодов сахарной свеклы при активном вентилировании рекомендуется увлажнять воздух, подаваемый вентиляторами в кагаты. Этим достигается более интенсивное снижение температуры в кагатах и поддержание оптимальной (90–95 %) влажности воздуха.

Для регулирования влажности воздуха могут применять орошение боковых поверхностей кагатов водой.

Сахарная свекла при хранении чувствительна к неблагоприятным погодным условиям: резкому изменению температуры окружающего воздуха, сильным ветрам, обильным осадкам и солнечной радиации.

Загрязненность свеклы землей и растительными остатками резко ухудшает условия хранения. В кагате снижается пористость, создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов, что может привести к развитию самосогревания и гниения. Большое количество примесей не только ухудшает условия хранения, но и снижает качество получаемого диффузионного сока.

Для длительного хранения свеклу укладывают лишь после 1 октября; раньше этого срока температура воздуха еще слишком высока и уложенная теплая свекла энергично дышит и плохо сохраняется, поэтому необходимо принимать меры к охлаждению корнеплодов по ночам.

При появлении отдельных очагов самосогревания загнившие корнеплоды немедленно выбирают из кагата и образовавшуюся яму заполняют здоровыми, обработанными известью-пушонкой. Необходимо следить за тем, чтобы температура в кагатах не опускалась ниже 0 °С. Если она понизилась до минусовой температуры, то кагаты дополнительно укрывают матами.

Для определения состояния свеклы в кагатах и очередности сдачи ее в переработку необходимо периодически выполнять химикофитопатологическое обследование кагатов. Первое обследование осуществляют с 1 по 10 ноября, второе – в период инвентаризации свеклы на 1 января и третье – с 20 февраля по 1 марта, если к этому времени остаток свеклы в кагатах превышает 15-дневную производительность сахарного завода. При затруднительном хранении свеклы следует проводить внеочередные обслуживания каждого кагата.

Если свекла в кагате частично подмерзла, то необходимо или весь кагат немедленно направлять в переработку, или выбрать подмороженную свеклу, чтобы переработать ее, или заморозить окончательно и хранить отдельно в замороженном состоянии. Но ни в коем случае нельзя оставлять подмороженную свеклу вместе со свежей, так как в подмороженной свекле при таянии начнется бурное развитие гнилостных микроорганизмов, которое передастся и здоровым корнеплодам, и весь кагат погибнет.

Тщательно наблюдая за состоянием свеклы в кагатах, назначают и очередность ее переработки: в первую очередь на переработку идет менее надежная свекла, которая может легко испортиться; на долговременное хранение оставляют лишь самую здоровую свеклу.