Вплив умов зберігання цукрових буряків на вилучення та втрати цукру, чистоту соку

 

Цукровий буряк (Beta vulgaris L.) — друга цукроносна культура в світі після тростини. Важливість цукрових буряків у сільському господарстві не обмежується лише виробництвом цукру, але й також стосується виробництва побічної продукції. Світове виробництво цукру збільшилося приблизно з 10 млн т у 2008/2009 МР до 181 млн т у 2018/2019 МР (статистика USDA, 2019 рік).

Цукровий буряк відіграє важливу роль у харчуванні людини та є сировиною для виробництва цукру. Зростаючий промисловий попит на цукровий буряк забезпечує вищу ціну, стимулюючи багатьох фермерів збільшувати виробництво буряків. Концентрація цукру в буряках досягає 13-18%, перевищуючи 11% вміст цукру в тростині.

У більшості районів-виробників цукрових буряків періоди збирання врожаю короткі, а, отже, виникає необхідність у зберіганні зібраних коренеплодів. Основними проблемами зберігання цукрових буряків є погіршення якості та зниження вмісту цукру, що відбувається внаслідок дихання та активації деяких ферментів, які викликають зниження фізичних та технологічних характеристик буряків. Вихід цукру та формування якості — дуже складні процеси, що включають безліч факторів. Деякі вчені повідомляли, що продовження вегетаційного періоду навесні до 13 днів викликає збільшення врожайності цукрових буряків на 10,9%.

За матеріалами статті на тему «Вплив умов зберігання на вилучення цукру, втрату цукру у відходах та чистоту соку під час переробки цукрових буряків» («Effect of Storage Conditions on the Sugar Recovery, Sucrose Loss in Wastes and Juice Purity during Sugar Beet Manufacture») міжнародного журналу про наукові досягнення «Журнал про харчові науки» («Journal of Food Sciences»), 6 (1) 2019 р.

Цукрові буряки можуть зберігатися до 160 днів, дозволяючи погоді (насамперед температурі та вологості) та мікробам негативно впливати на вміст цукру, який накопичується в коренях, а також на нормальне дихання та накопичення домішок. На втрати цукру також можуть впливати й інші фактори, такі як незвично висока або низька температура.

За даними дослідників, втрати цукру в бурякоцукровому виробництві можуть відбуватися через три причини. Перша — псування коренів, викликане активністю мікроорганізмів, тобто цукор втрачається при диханні та виробництві ферментів, які перетворюють сахарозу в інвертний цукор. Другим істотним джерелом втрат цукру є безпосереднє дихання зібраних буряків. Втрати цукру при прямому диханні становлять 0,5 фунтів цукру на тонну буряків на добу. Останнім джерелом втрат цукру є біохімічне перетворення сахарози в інвертний цукор, що погіршує кристалізацію та викликає труднощі в переробці цукрового буряка. Серед цих причин втрати цукру в буряках, біохімічному перетворенню, як не дивно, приділяється найменше уваги.

Завданням даної роботи було продовження тривалості зберігання цукрових буряків шляхом застосування різних умов зберігання для збільшення чистоти соку та виходу цукру, а також зменшення втрат цукру у відходах.

Матеріали та методи

Матеріали:

Сорти цукрових буряків (Beta vulgaris L.) Pleno, Top, Kawemira та Ceres poly були отримані для попереднього дослідження протягом 2018/2019 МР з експериментальних полів дослідної станції Саха в губернаторстві Кафр-еш-Шейх, Єгипет. Зразки коренів чотирьох сортів цукрових буряків розділялися на три групи (по 250 коренів) і зберігалися протягом 30 днів за різних умов, як зазначено нижче:

  1. Перша група зберігалася без бадилля (але накрита цим бадиллям) під відкритим небом.
  2. Друга група зберігалася без бадилля (без накриття) на відкритому повітрі.
  3. Третя група зберігалася без бадилля на звичайному сировинному складі.

Умови зберігання досліджуваних сортів цукрових буряків наведені в Таблиці 1.

Таблиця 1. Умови зберігання зібраних сортів цукрових буряків

Аналіз проводився через 1, 10, 20 і 30 днів зберігання.

Методи та аналізи:

Хімічний склад:

Загальну кількість розчинних твердих речовин (TSS) у свіжих коренях визначали механічним рефрактометром Carl Zeiss Jena DDR783295 (AOAC, 2012). Відсоток сахарози визначали за допомогою сахарометра на основі свинцю згідно з процедурою Delta Sugar Company. Альфа-аміно азот, натрій та калій визначалися згідно з процедурою Delta sugar Co. з використанням автоаналізатора типу ZIG venma, Automation BV Analyzer IIG-16-12-99, 9716JP / Groningen / Holland. Температура 18-30°C, вологість навколишнього середовища макс. 70% за Брауном та Лілланом. Результати розраховані у мілі еквівалентах/100 г буряка.

Визначення виходу цукру (SR) (білий цукор):

Відсоток виходу цукру (SR%) визначався згідно з процедурою Delta sugar company.

Втрати цукру у відходах та чистота:

Втрати цукру (D) у відсотках відходів та чистота соку також визначалися згідно з процедурою компанії Delta Sugar Company.

Результати та обговорення

Відсоток вилучення білого цукру:

Відсоток сахарози у виході цукру чотирьох сортів за різних термінів збирання під впливом періодів та способів зберігання представлено в Таблицях 2, 3 та 4. В умовах зберігання під накриттям (Таблиця 2) сорт Ceres poly мав найвищі середні значення вилучення білого цукру, які коливались від 13,75 до 17,92% після усіх термінів збирання, тоді як сорт pleno мав найнижчі середні значення, зафіксовані під час збирання на 210 день, однак сорт Kawemira зафіксував найнижчі середні значення під час збирання на 180 і 195 дні — 12,33 і 13,58% відповідно.

Таблиця 2. Вплив періоду зберігання під накриттям на відсоток вилучення білого цукру чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Найвищі середні значення вилучення білого цукру мав сорт Top після збирання на 180 та 210 дні, тоді як сорт Pleno зафіксував найнижчі середні значення в більшості випадків збирання під час зберігання під відкритим небом (Таблиця 3). У третіх умовах зберігання при кімнатній температурі сорт Top мав найвищі середні значення після збирання на 210 день (23,04%), тоді як сорт Kawemira зафіксував найнижчі середні значення після збирання на 195 день (13,95%) (Таблиця 4). Збільшення вмісту білого цукру було кращим після більш пізніх термінів збирання, ймовірно, через вищу температуру на пізніших термінах.

Накриття листям сповільнило погіршення стану коренів та зменшило втрати цукру під час зберігання, порівняно зі зберіганням коренів під відкритим небом, які зафіксували найбільший рівень втрат білого цукру. З іншого боку, вміст цукру всіх сортів буряків збільшувався під час всього періоду зберігання — від збирання врожаю до 30 днів зберігання. Відкриті кагати зафіксували найбільший відсоток втрати цукру під час зберігання. Загалом, сорт Top зафіксував найвищий вміст білого цукру після збирання на 210 день під час зберігання під відкритим небом (23,04%) та на сировинному складі (19,36%), тоді як сорт Ceres poly мав найвищий вміст цукру (17,92%) після збирання на 210 день під час зберігання під накриттям. В умовах зберігання під накриттям та на сировинному складі сорт Pleno зафіксував найнижчі середні значення вмісту білого цукру 17,14 та 17,39% відповідно після збирання на 210 день, тоді як сорт Kawemira зафіксував найнижчий відсоток (18,57%) після збирання на 210 день в умовах зберігання під відкритим небом. Вилучення білого цукру (SR) чотирьох сортів, зібраних протягом трьох різних термінів, коливалося від 8,76 до 16,35%.

Таблиця 3. Вплив періоду зберігання в умовах зберігання під відкритим небом на відсоток вилучення білого цукру чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Вилучення цукру залежало від деяких факторів, таких як вміст сахарози, K та α-N. Воно має позитивну кореляцію із вмістом цукру (сахарози) та негативну кореляцію із вмістом Na, K та α-N у буряковому соку.

Таблиця 4. Вплив періоду зберігання в умовах зберігання на сировинному складі на відсоток вилучення білого цукру чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Відсоток втрати цукру у відходах:

Відсоток втрати цукру у відходах чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у три різні терміни, залежно від способу та періоду зберігання, представлений в Таблицях 5, 6 та 7. За будь-яких умов зберігання були виявлені відмінності у відсотках втрати цукру у відходах чотирьох сортів цукрових буряків. В умовах зберігання під накриттям сорт Ceres poly зафіксував найвищі середні значення (4,47%) втрати цукру, за ним йшов сорт Top (4,11%), а потім сорт Pleno (3,97%), тоді як сорт Ceres poly зафіксував нижчі значення майже після всіх термінів збирання (Таблиця 5).

Таблиця 5. Вплив періоду зберігання під накриттям на відсоток втрати цукру у відходах чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Сорт Pleno мав найвищі середні значення втрат цукру, які коливались від 4,26 до 4,46% у відходах після всіх термінів збирання, тоді як сорт Ceres poly мав найнижчі середні значення втрат цукру — від 3,59 до 4,00% після всіх термінів збирання під час зберігання під відкритим небом (Таблиця 6). Цей сорт мав найвищі середні значення втрат цукру у відходах майже після всіх термінів збирання, тоді як сорт Ceres poly зафіксував найнижчі середні значення після всіх термінів збирання під час зберігання на сировинному складі.

Таблиця 6. Вплив періоду зберігання в умовах зберігання під відкритим небом на відсоток втрат цукру у відходах чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Таблиця 7. Вплив періоду зберігання в сировинному складі на відсоток втрат цукру у відходах чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

За даними Таблиць 5, 6 та 7 можна сказати, що зменшення втрат цукру у відходах стимулює збільшення виробництва білого цукру. Різні методи зберігання цукрових буряків показали різний вплив на втрати цукру у відходах. Зберігання коренів на відкритому повітрі (без накриття) викликало зменшення виробництва цукру, порівняно з накриттям бадиллям та листям. Коренеплоди, вкриті бадиллям, зафіксували найменш помітне зменшення втрат цукру у відходах.

Результати показали, що за всіх умов зберігання відсоток втрат цукру у відходах збільшувався через подовження тривалості зберігання з 1 до 30 днів. Цукрові буряки, що зберігалися під листяним накриттям, зафіксували найнижчі показники погіршення їх якості під час різних термінів зберігання. Як правило, цукрові буряки, збирання яких проводилося пізніше, фіксували менші втрати цукру під час зберігання. Підвищення відсоткового вмісту цукру у відходах може бути зумовлене збільшенням втрат води в результаті процесів дихання буряків.

Чистота бурякового соку:

Вплив умов зберігання на зміни чистоти бурякового соку наведено в Таблицях 8, 9 та 10. Результати показали збільшення чистоти соку чотирьох сортів цукрових буряків під час різних умов зберігання.

В умовах зберігання під накриттям (Таблиця 8) сорт Top, збираний на 180 та 210 дні, мав найвищі середні значення чистоти соку 78,27 та 84,74%, тоді як сорт Ceres poly, збираний на 195 день, мав найвищу чистоту соку — 85,37%. З іншого боку, сорт Kawemira, зібраний на 195 день, виявив найнижчі середні значення (74,82%), за яким слідував сорт Ceres poly (75,34%), зібраний на 180 день, потім сорт Pleno (80,30%), зібраний на 210 день.

В умовах зберігання під відкритим небом (Таблиця 9) сорт Top зафіксував найвищі середні значення чистоти соку після більшості термінів збирання, тоді як сорт Ceres poly мав найнижче середнє значення чистоти соку 75,13%, за яким слідував сорт Pleno (75,91%), а потім сорт Kawemira (79,33%).

В умовах сировинного складу (Таблиця 10) сорт Ceres poly, зібраний на 195 день, мав найвище середнє значення чистоти соку (84,86%), а зібраний на 180 день він зафіксував найнижче середнє значення чистоти соку (75,71%).

Результати показали, що в різних умовах зберігання чистота соку збільшувалася через подовження терміну зберігання до 30 днів після збирання врожаю. Цукрові буряки, що зберігалися без накриття (під відкритим небом), зафіксували вищі значення чистоти соку, ніж ті, що зберігалися під накриттям.

Таблиця 8. Вплив періоду зберігання під накриттям на відсоток чистоти соку чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Таблиця 9. Вплив періоду зберігання під відкритим небом на відсоток чистоти соку чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Таблиця 10. Вплив періоду зберігання в умовах сировинного складу на відсоток чистоти соку чотирьох сортів цукрових буряків, зібраних у різний час

Як правило, відсоток чистоти соку був вищим у буряків, які зберігалися під відкритим небом, ніж під накриттям. Це було пов’язано з великими втратами води у відкритому середовищі, що спричинило збільшення концентрації загальних розчинних твердих речовин і, відповідно, відсотка сахарози. Можна стверджувати, що основною метою цукрового заводу є відокремлення нецукрів від цукру для поліпшення чистоти бурякового соку для виробництва цукру зі 100% чистотою. Крім того, краща чистота соку робить переробку цукрових буряків набагато швидшою та легшою.

За даними Таблиць 8, 9 та 10 можна чітко визначити, що якість буряків залежить від стану коренеплодів — здорові чи пошкоджені. У разі виникнення лужної реакції (вміст K і Na) та збільшення вмісту азоту якість буряків починає погіршуватися.

Висновки

Метою проведеної роботи було збільшення термінів зберігання цукрових буряків шляхом застосування різних умов зберігання для збільшення чистоти соку та виходу цукру, а також зменшення втрат цукру у відходах. Дане дослідження було проведено для вивчення впливу трьох різних режимів зберігання чотирьох різних сортів цукрових буряків (Pleno, Top, Kawemira та Ceres poly), зібраних у різні періоди (на 180, 195 та 210 день), а також виробництва білого цукру, втрат цукру в кінцевих відходах та чистоти бурякового соку. Сорт Ceres poly показав найвищий коефіцієнт вилучення білого цукру за різних режимів зберігання, який коливався від 13,75 до 17,92%. Однак сорт Pleno показав найбільші втрати цукру практично під час всіх термінів збирання, тоді як Ceres poly зафіксував найнижчий відсоток цукру у відходах практично під час всіх термінів збирання. Сорт Top мав найвищу чистоту соку під час переробки, особливо після збирання на 180 і 210 дні та зберігання під накриттям (78,27 та 84,74%) та під відкритим небом (83,86 та 84,85%). На всі результати, отримані в цьому дослідженні, впливають певні фактори, такі як вміст сахарози, K та α-N у коренях цукрових буряків, а чистота бурякового соку, який зберігався на сировинному складі, була значно вищою, порівняно з іншими способами зберігання.

З отриманих даних можна зробити висновок, що зберігання цукрових буряків під відкритим небом було кращим у контексті вилучення цукру, після якого слідує зберігання на сировинному складі. Чистота соку цукрових буряків, що зберігалися на сировинному складі, була значно вищою, порівняно з іншими способами зберігання.


1900