Микробиология сахарного производства.

Сырьем для производства сахара в нашей стране служит сахарная свекла (Betae vulgaris - двулетнее растение из семейства маревых). Химический состав сахарной свеклы: около 20-25% сухих веществ и 75-80% воды. Основным технологическим показателем свеклы является содержание в ней сахарозы, которое в нормальном зрелом корнеплоде достигает 17,5-18,0% и более. Свекла представляет собой естественный субстрат, благоприятный для развития микроорганизмов, которые вы­зывают порчу корня. Различают болезни свеклы в процессе ее вегетации и во время хранения в кагатах. Болезни свеклы во время ее роста вызываются фитопатогенными грибами, которые по отношению к растению являются паразитами, так как они живут, питаясь соками и тканями растения-хозяина. В результате их деятельности в корне нарушается углеводный обмен веществ, усиливается процесс дыхания, что приводит к расходу сахарозы и накоплению продуктов обмена, подавляющих разви­тие корня. Характер и глубина биохимических процессов зависят от естественной устойчивости растения, от условий внешней среды и степени вирулентности парази­тирующего микроорганизма. Свекла, заболевшая в период вегетации, теряет естественную сопротивляемость к болезням и легко подвергается порче при хране­нии. Наиболее часто свекла подвергается порче при хранении в кагатах. Основными возбудителями кагатной гнили являются разные виды мицелиальных (плесневых) грибов, как из числа сапрофитов, так и полупаразитов - Botryis, Phoma betae, Sclerotinia, Fusarium и другие. Также весьма распространены и бактериозы свеклы, их возбудители - виды бактерий, обладающие активными пектолитическими свойст­вами, способные сбраживать сахара с образованием кислот, спирта и др. Наиболее опасным является слизистый бактериоз. Бактерии, вызывающие это заболевание, хорошо развиваются как при наличии кислорода в среде, так и в его отсутствие. Проникая внутрь корневой ткани, они ослизняют содержимое клеток, растворяя пектиновые вещества. Свекловичный корень размягчается, при надавли­вании из тканей выделяется прозрачная или мутная слизь. Свекла приобретает неприятный запах. Слизистый бактериоз вызывают бактерии Bact. betae viscosum и Bact. betae flavum. При слизистом бактериозе часто обнаруживаются дрожжи рода Saccharomyces. Дрожжи расщепляют сахарозу с образованием этилового спирта и С0₂. Слизистым бактериозом поражается подвяленная и подмороженная свекла. При обработке свеклы известковым молоком ионы Са не препятствуют развитию бактерий. Значительное количество микроорганизмов попадает в сахарное произ­водство с речной или прудовой водой, источником инфекции могут быть также транспортерно-моечные и плохо обработанные жомопрессовые воды.

Технологический процесс извлечения сахара из свеклы и превращения его в кристаллический продукт - сахарный песок, прессованный сахар-рафинад представ­ляет собой многостадийный и сложный физико-химический процесс. Сахарную свек­лу, очищенную от посторонних примесей и вымытую, взвешивают и измельчают в тон­кую стружку. Из стружки извлекают сахар горячей водой методом диффузии. Диф­фузионный сок, содержащий кроме Сахаров, еще и другие растворимые вещества свеклы (несахара), очищают от примесей известью, углекислым газом и фильтрацией через фильтрпрессы или вакуум-фильтры. После этого сок выпаривают и обесцвечивают путем обработки его сернистым газом (S0₂), затем снова фильтру­ют и уваривают под вакуумом. Получается утфель первой кристаллизации -первый продукт, это - перенасыщенный раствор, содержащий большое количество кристаллов сахарозы. Для отделения этих кристаллов утфель первой кристаллиза­ции поступает в мешалку-утфелераспределитель, затем на центрифуги, где происхо­дит также и отбеливание сахара. Полученный сахар высушивают в барабанных сушилках, упаковывают и направляют на склад готовой продукции. Маточный рас­твор, из которого отделены кристаллы сахара, - зеленую патоку снова направляют для уваривания и получают утфель второй кристаллизации. Этот утфель также направляют в приемник для размешивания, а затем на центрифуги. В результате получают желтый сахар и кормовую патоку - мелассу, из которой обычными способа­ми сахар уже не извлекается. Желтый сахар идет на повторную обработку, а патока поступает в специальный резервуар (она является отходом производства). По­сле откачки зеленой патоки в результате промывки сахара водой (пробелки) получают белую патоку, которую направляют для уваривания в утфель первого продукта.

Кроме двухпродуктовой схемы на некоторых заводах применяют трехпродукто-вую схему, по которой получают еще и утфель третьего продукта. Последняя схема более сложная, но при работе по этой схеме продукт получается более высокого качества и в кормовой патоке остается меньше сахара, т. е. снижаются потери его.

В процессе получения сахара из свеклы микроорганизмы играют только отрица­тельную роль. Основная их масса попадает в производство при переработке недоб­рокачественной (гнилой) свеклы с остатками почвы на корнях, из аппаратуры и других объектов (первичная инфекция). При использовании в производстве возврат­ных вод, изобилующих микроорганизмами, неизбежно возникает вторичная инфек­ция. Чтобы стружка была по возможности освобождена от микроорганизмов, корни свеклы должны быть тщательно отмыты от остатков земли и сорняков. Так как измельченная стружка имеет большую поверхность, то она легко подвергается ин­фицированию из воздуха, аппаратуры и других источников. Поэтому ее не следует транспортировать на большие расстояния. Для предупреждения развития инфекции в процессе извлечения сока из стружки необходимо соблюдать точный температур­ный режим: в аппаратах периодического действия температура стружки должна быть не ниже 70-80°С, а в непрерывно действующих - стружку необходимо ошпаривать горячим соком.

Источником инфекции в диффузионных аппаратах является также рециркулирующая вода. Транспортерно-моечную воду хлорируют. Жомпрессовую воду прогре­вают при t = 90°C в течение 5 мин (применять более высокую температуру не рекомендуется, т. к. при этом увеличивается растворимость пектиновых веществ свеклы, вследствие чего качество сока ухудшается). При t = 90°C погибают только вегетативные клетки, споры сохраняются. Поэтому жомпрессовую воду дополнительно хлорируют или обрабатывают сернистым газом.

Для выщелачивания свекловичной стружки обычно применяют барометричес­кую воду. При рециркуляции барометрической воды с t = 40-45°С увеличивается обсемененность ее микрофлорой. Дезинфекцию барометрической воды проводят сульфатацией или формалином.

Микрофлора диффузионного сока представлена, главным образом, разными видами бактерий и дрожжей. Общее количество микроорганизмов в 1 мл диффузи­онного сока колеблется в очень широких пределах (от тысяч до десятков миллио­нов). В аппаратах непрерывного действия благодаря более высоким температурам микроорганизмов меньше, чем в диффузорах периодического типа. В результате деятельности микрофлоры в процессе диффузии возникают потери сахара, кото­рые иногда достигают от 0,5 до 1,0% от массы перерабатываемой свеклы. Кроме прямых потерь сахара, в диффузионном соке накапливаются продукты метаболиз­ма микробов, препятствующие нормальному ходу дальнейшего технологического процесса - ухудшаются процессы фильтрации сока, кристаллизации сахара, возрас­тает обсемененность готового сахара микроорганизмами и др.

В составе микрофлоры диффузионного сока наиболее часто обнаруживаются следующие виды бактерий и дрожжевых грибов: Lactobaclllus breve, Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc dextranicus, Bacterium viscosum, Clostridium gelati-nosum, Bacillus subtilis, представители кишечной группы и другие. Среди дрожжей преобладают виды Sacch. cerevisiae, Candida и другие. В диффузионном соке созда­ются особенно благоприятные условия для развития молочнокислых бактерий -Lactobacillus breve, Leuconostoc. Они ослизняют сок, образуя из сахарозы декстра-ны, продуцируют органические кислоты и газы. При этом повышается кислотность диффузионного сока, он становится вязким, малоподвижным. Ослизнение сока так­же вызывают другие микроорганизмы - Bact. viscosum, Bact. pediculatum, Clostridium gelatinicum, Вас. subtilis. Так Вас. subtilis образует из сахарозы полиса­харид леван, затрудняющий, как и декстран, процесс фильтрации сока. Споры неко­торых видов бацилл (Вас. subtilis и др.) сохраняются в полупродуктах на протяжении всего технологического процесса производства и попадают в готовый сахар. В диф­фузионном соке обнаружены представители кишечной группы: Escherichia coli, Aerobacter liquefaciens и другие виды, сбраживающие сахар с образованием орга­нических кислот и газов. Большое скопление газов может привести к взрыву диффу­зионных аппаратов.

При сравнительно низких температурах диффузионного сока (30-32°С) в нем размножаются дрожжевые грибы вида Sacch. cerevisiae, Sacch. fragilis и др. Они вызывают спиртовое брожение с выделением спирта и газа, которое приводит к потерям сахара и скоплению углекислого газа в диффузорах. В соке с высокой температурой (50-70°С) в непрерывно действующих аппаратах создаются условия для развития термофильных видов микроорганизмов. Наиболее изучены термо­фильные бактерии вида Bacillus stearothermophilus.OHH представляют собой аэ­робную, спорогенную, подвижную палочку длиной 3-4 мкм и диаметром 1 мкм. Споры имеют овальную форму, выдерживают температуру 120 °С в течение 75 мин. Термофилы биохимически весьма активны - они вызывают существенные измене­ния в среде обитания за короткий промежуток времени. Вас. stearothermophilus образует до 90% молочной кислоты от количества сброженного сахара. Активная кислотность диффузионного сока резко повышается. Количество инвертного са­хара резко возрастает. В диффузионном соке встречаются и другие виды термо­фильных микроорганизмов, например, Вас. coagulans и некоторые актиномицеты, растущие при температурах 50-60°С. Таким образом, замена периодической диф­фузионной батареи на аппаратуру непрерывного действия, хотя и снижает потери сахара, вызываемые микроорганизмами, но не обеспечивает стерильности диф­фузионного сока. Профилактические меры на диффузионной станции - контроль качества стружки, соблюдение температурного режима, своевременное введение антисептиков.

Наиболее быстрым методом контроля является определение активной кислотно­сти сока. При нормальной диффузии среднее значение активной кислотности диффузионного сока колеблется от 6,2 до 6,4 рН. Снижение величины рН свидетельст­вует о развитии в соке кислотообразующих бактерий. Пробы диффузионного сока отбирают стерильно из аппаратов непрерывного действия из разных секций по всей его длине или из каждого диффузора периодической диффузии. До взятия проб проверяют и записывают температуру всей диффузионной установки. Величину рН измеряют через каждые 2 часа. Полученные данные выражают графически. Если величина рН не изменяется, то на графике будет прямая линия. При накоплении кислот получаются кривые, по характеру которых судят о наличии микрофлоры. При минимальном значении рН среды в соке находится максимальное количество бактерий. Кроме определения величины рН сока, рекомендуется следить за нарас­танием общей кислотности.

Микроскопирование препаратов диффузионного сока производят при увеличе­нии микроскопа в 400-900 раз. Количество бактерий в поле зрения не должно пре­вышать одну-две. Данные микроскопирования показывают в какой секции аппарата или в каком диффузоре сок наиболее инфицирован.

Определение количества бактерий в 1 мл диффузионного сока производят методом прямого счета бактерий в счетной камере. Относительное увеличение числа бактерий в определенном диффузоре или секции непрерывно действующего аппарата свидетельствует о развитии инфекции.

В диффузионном соке также рекомендуется определять инвертный сахар (методом, принятым в общем контроле производства). Нарастание количества инвертного сахара свидетельствует о развитии кислотообразующих бактерий. Если в результате микробиологического контроля на диффузионной станции обнаруже­но инфицирование, то следует ввести формалин в барометрическую воду, поступа­ющую в аппараты, причем при наличии в диффузном соке термофильных бактерий количество формалина должно быть увеличено в 1,5-2 раза.

В сокоочистительном отделении развитие микроорганизмов ограничено высоки­ми температурами. После сатурации и фильтрации сахарный сок освобождается от микроорганизмов. Но в продуктовом отделении утфель, клеровка, сахар-сырец и другие полупродукты подвергаются вторичному инфицированию. Если фильтрация сока замедлена, то на фильтрпрессной станции могут развиваться бактерии. Чаше всего при этом обнаруживают сахарный клек, слизь забивает поры холста, в резуль­тате чего фильтрпрессы выходят из строя и их необходимо стерилизовать и очищать.

В сахарном сиропе найдены некоторые виды бацилл. Кроме бактерий, в полу­продуктах обнаружены осмофильные дрожжи и плесневые грибы. Оттеки и клеров­ка обсеменены микроорганизмами больше, чем сироп. Поэтому возврат этих про­дуктов в производство увеличивает опасность его инфицирования. Перед подачей оттеков и клеровки в сироп их необходимо прогревать до температуры 80-90°С. Из полупродуктов сахарного завода наиболее обсеменен утфель. В утфеле обнаруже­ны термофильные бактерии, осмофильные дрожжевые и плесневые грибы.

Микрофлора белого сахара вызвана возможным попаданием в готовый сахар микроорганизмов в процессе его отбеливания, сушки, упаковки и хранения. После промывки сахара в центрифугах количество микроорганизмов в нем невелико. На трясучках и в силосах количество микрофлоры в сахаре возрастает. Микробы зано­сятся из воздуха вместе с сахарной пылью.

В белом сахаре обнаружены виды бактерий Leuc. mesenteroides, Вас. subtilis, анаэробные термофилы, образующие газы - сероводород и водород, осмофильные плесневые и дрожжевые грибы. Желтый сахар обсеменен в большей степени. Об­щее число микроорганизмов в 1 г сахара с влажностью 0,15% (стандарт) составля­ет от 10 до 1000 клеток. При хранении сахара с влажностью, не превышающей 0,15-0,18%, большинство микроорганизмов в нем не развивается. По мере повыше­ния влаги в сахаре количество микрофлоры резко увеличивается. При w = 1,3% их число составляет 10 000.

Сахар - гигроскопичен, слеживается в комки и глыбы. Сахар следует хранить в сухом помещении, в силосах необходимо поддерживать относительную влажность воздуха в пределах 50-65% и температуру 15-20°С. Стенки силосов, стены и полы помещения нужно дезинфицировать 0,8% -ым раствором смеси крезола и сер­ной кислоты. Для дезинфекции воздуха и оборудования (ленточного транспортера) эффективно применять облучение УФ-лучами. При транспортировке сахара в джутовой, конопляной и другой мешковой таре он подвергается вторичному инфицированию, чтобы предотвратить это, необходимо применять вкладыши из современных синтетических материалов.

Наличие бактериальной микрофлоры в сахаре представляет большую опасность для пищевой промышленности, использующей сахар (консервной, кондитерской, безалкогольной). Например, сахарный клек (Leuconostoc) вызывает ослизнение безалкогольных напитков. В кондитерской промышленности газообразующие бактерии и дрожжи приводят к вспучиванию и растрескиванию конфет. При консер­вировании плодов, ягод, особенно вязких пюреобразных продуктов, в т. ч. для дет­ского и диетического питания, наиболее опасны содержащиеся в сахаре термофиль­ные споровые бактерии, как газообразующие, так и способные вызывать "плоское" скисание продуктов. При использовании сахара в указанных отраслях необходим его контроль на выявление термофилов, для чего разработана специальная методи­ка и установлены нормативы.