PostHeaderIcon История производства сахара

Сахар — пищевой продукт, занимающий важное место в рационе человека, так как энергия, которую человек затрачивает, восполняется в том числе и за счет Сахаров.

В настоящее время сахар получают главным образом из сахарного тростника и сахарной свеклы. Выпускается в виде сахарного песка и сахара рафинада.

Когда-то сахар делали только из сахарного тростника, который растет в Индии, Китае, на Кубе и других странах, где климат достаточно теплый и влажный для этого растения. Поэтому сахар был очень дорогой диковинкой. Во многих странах вместо него употребляли мед, сладкий сок клена, березы, липы.

Примерно половина энергии, расходуемой человеком, восполняется углеводами, из них 1/3 — сахаром. Основное сырье для промышленного производства сахара (сахарозы) — сахарный тростник и сахарная свекла. Из 120...124 млн. т. мирового производства сахара в год около 60 % вырабатывается из сахарного тростника, 40 % — из сахарной свеклы.

В мире насчитывается свыше 1500 тростниково-сахарных и около 1000 свеклосахарных заводов, из них более 800 заводов в Европе. Число заводов постоянно меняется: строятся новые крупные предприятия, закрываются устаревшие, малопроизводительные. Наблюдается тенденция к некоторому сокращению общего числа предприятий и росту их среднесуточной производственной мощности. Например, на территории бывшей ГДР вместо 42 сахарных заводов, имевших среднюю производственную мощность 1,7 тыс. т. переработки свеклы в сутки, построено 9 новых со средней производственной мощностью 7,2 тыс. т. переработки свеклы в сутки.

Промышленное производство сахара стало возможным с конца XVIII в., когда появились паровые машины. Например, первые вакуум-аппараты были созданы в 1813г., мешочные фильтры — в 1824 г., выпарные аппараты, работающие под разрежением, и фильтр-прессы — в 1850г., диффузионная батарея — в 1864 г., центрифуги — в 186,7 г., сушилки для сахара — в 1878 г., упаковочные машины — в 1891 г.

В 1747 г. немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф выступил в Прусской академии наук, где сообщил, что обнаружил в белой свекле сахар, аналогичный сахару в сахарном тростнике. Но из-за недостаточной сахаристости свеклы, которая не превышала 1,5%, и низкого уровня развития производительных сил того времени это открытие практического применения не нашло. После смерти Маргграфа его ученик химик Франц Карл Ахард в 1784 г. начал культивировать кормовую белую свеклу; а к 1799 г. получил из нее первый сахар. Образец сахара вместе с трактатом «О получении сахара из свеклы» он вручил 11 января 1799 г. королю Фридриху Вильгельму 111. На ссуду, выданную королем, Ахард купил в Нижней Силезии (местечко Кунерн) имение и построил первый в мире свеклосахарный завод. В марте 1802 г., он приступил к переработке 250т свеклы из урожая 1801 г. Свеклу вначале промывали в деревянных решетчатых ящиках и измельчали на терках. Из кашки отжимали сок и очищали его серной кислотой, древесной золой и жженой известью. В 1807 г. завод был уничтожен пожаром.

Первое упоминание в исторических документах о появлении на Руси кристаллического сахара, ввозившегося с «заморскими товарами», появилось в 1273 г. Из-за высокой цены сахар много лет был предметом роскоши и одно время его продавали в аптеках эквивалентно массе серебра. Спрос на него сильно возрос с середины XVIII в., когда в России начали употреблять чай, который быстро стал национальным напитком. В 1718 г. купец Павел Вестов получил от царя Петра I разрешение на строительство заводов по переработке привозного тростникового сахара-сырца. П. Вестову было поручено вырабатывать сахар, качество которого не должно было уступать заграничному, и продавать по цене не выше рыночной.

Первый завод начал работать в 1719 г. в Санкт-Петербурге на Выборгской стороне. В этот год было получено 600 пудов сахара-рафинада (1 пуд = 16,38 кг), а уже в 1779 г. пять заводов Санкт-Петербурга произвели 77 150 пудов белого сахара. К концу XVIII в. в Санкт-Петербурге, Москве и вблизи этих городов работали десятки сахарных заводов. Однако расходы на покупку дорогостоящего импортного сахара-сырца тяжелым бременем ложились на бюджет государства, поэтому в России усиленно вели поиски местных источников для получения сахара. Первое указание на возможность использования белой свеклы как сырья для получения кристаллического сахара встречается в книге «Описание растений Российского государства с их изображением», изданной в 1786 г. Белая свекла была издавна известна русским людям как огородная и кормовая культура.

В 1792 г. профессор кафедры фармацевтической химии Московского университета Иоган Я. Биндгейм издал брошюру, где писал о том, что из белой свеклы при помощи спирта им получено "Несколько граммов кристаллического сахара. В 1798 г. из свеклы, выращенной под Москвой, удалось получить его значительно больше. Весной 1799 г. И.Я.Биндгейм вместе с докладной запиской послал на имя царя Павла I три образца сахара собственного изготовления: в виде сахарной головы, белого сахара-песка и сахара-сырца.

В том же 1799 г. Медицинская коллегия независимо от Биндгейма по результатам своих исследований различных сахароносов, в том числе и белой свеклы, издала книгу «Способ заменить иностранный сахар домашними произведениями», которую разослали во все губернии России: «...дабы сделать известными первые попытки получения свекловичного сахара». В сентябре 1800 г. был издан указ об отведении свободных земель на юге России желающим заниматься свеклосеянием без обложения налогом. Это послужило толчком для развития сырьевой базы.

В России важную роль в создании технологии и промышленного производства свекловичного сахара сыграл Яков Степанович Есипов. В 1799—1801 гг. он в своем имении в селе Никольском Подольской округи Московской губернии разработал оригинальную технологию получения сахара из свеклы с очисткой свекловичного сока известью. В начале 1802 г. Я. С. Есипов сообщил, что получил 82 кг белого сахара из 250 кг сахара-сырца, выработанного из свеклы. Так был получен первый русский кристаллический сахар.

В ноябре 1802 г. начал работать первый в России свеклосахарно-спиртовой завод, построенный Я. С. Есиповым при участии Е. И. Бланкеннагеля в селе Алябьеве Чернского уезда Тульской губернии. В производственный 1802-1803 г. на заводе было получено 4,9 т. сахара-сырца из свеклы, убранной с 11 десятин посевов (1 десятина = 1,09 га). Чистота сахара-сырца была примерно 85 %. Отходы сахарного производства (меласса, промой и др.) перерабатывали в этиловый спирт. С 1807 г. на заводе начало действовать сахарорафинадное отделение.

К осени 1802 г. Я. С. Есипов построил в селе Никольском: второй, более совершенный свеклосахарный завод с сахарорафинадным отделением. В 1803-1804 г. на нем вырабатывали не только сахар-сырец, но и белый сахар, спирт, ликер. Жом использовали на корм скоту. По расчетам Я. С. Есипова, выход сахара-сырца из свеклы составлял 3,1 % к массе свеклы. В 1809 г. в селе Верхи Брянского уезда Орловской губернии И. А. Мальцевым был построен третий в России свеклосахарный завод для выработки сахара-сырца, полностью оснащенный отечественным оборудованием, изготовленным на Брянском машиностостроительном заводе. Получаемый сахар-сырец отправляли на рафинирование на Алябьевский завод. Ежегодно публикуя отчеты о работе своего завода, Мальцев развернул активную пропаганду свеклосахарного производства.

Научной основой создания известкового (щелочного) способа очистки свекловичного сока, использованного на первом отечественном свеклосахарном заводе, послужили разработки академика Российской академии наук Т.Е.Ловица который установил, что сахароза в водных растворах весьма устойчива к действию щелочей и высокой температуры, а редуцирующие сахара быстро разлагаются в щелочной среде.

Кислотный же способ очистки сока, разработанный Ф. К.Ахардом и получивший распространение на сахарных заводах Европы и Северной Америки, имел серьезные недостатки. Под действием серной кислоты значительная часть сахарозы подвергалась инвертированию, образуя редуцирующие сахара, которые при последующем разложении давали большое количество продуктов распада, в том числе красящих веществ, сильно затрудняющих проведение технологических процессов. Выход товарного сахара из свеклы при кислотном способе очистки ее сока был меньше, чем при щелочном, а чистота сахара-сырца — ниже (58...62 %). Кислотный способ очистки свекловичного сока просуществовал до 30-х годов XIX в.

Совершенствованию технологии очистки сахарсодержащих растворов и повышению их кристаллизационных свойств способствовало также открытие адсорбционных свойств древесного угля, сделанное российским академиком Т.Е.Ловицем еще в 1786 г., которое он применил позднее для обесцвечивания свекловичных соков и сиропа. Первые свеклосахарные заводы строились в центральных районах России ближе к промышленным центрам, но вскоре подавляющее их большинство сосредоточилось на Украине и в Центрально-Черноземном районе России, где почвенно-климатические условия благоприятствовали культивированию свеклы.

В 1825 г. в России действовали семь свеклосахарных заводов, вырабатывавших 240 т. сахара в год, а в 1860 г. 380 заводов, которые выпускали свыше 64 тыс. т. сахара в год. Но это были мелкие предприятия с примитивной технологией. Число их постепенно уменьшалось, а производственная мощность увеличиваюсь, совершенствовались техника и технология.

Вначале корнеплоды свеклы размягчали паром и отжимали из них сок на винтовых прессах, а в 1834 г. Д. А. Давыдов заменил этот способ новым, вымачивая гребешки свеклы в холодной воде. В 1841 г. Н. П. Шишков вымачивал гребешки горячим способом, что явилось началом перехода от прессового к диффузионному способу сокодобывания. В 1864 г. появилась непрерывно действующая диффузионная батарея чеха Ю. Роберту которая была испытана в России в 1866 г.

В 1850 г. русский академик Г. Гесс применил угольную кислоту для осаждения избытка извести из дефекованного сока, а в 1863г. М. А. Толпыгин предложил двухступенчатую сатурацию диффузионного сока угольной кислотой.

В 1851 г. мастера Балаклеевского сахарного завода А. И. Федосеев и И. А. Фоменко впервые в мире сварили сахарный утфель в вакуум-аппарате «на кристалл». До этого сироп сгущали в вакуум-аппаратах до пробы «на волос» и спускали в открытые сосуды с двойными обогреваемыми стенками. При медленном охлаждении в перенасыщенном сиропе самопроизвольно зарождались и наращивались кристаллы сахара.

Смесь кристаллов и межкристального раствора (утфель) выгружали в конусообразные формы для продолжения кристаллизации сахарозы из сиропа. Излишки межкристального раствора вытекали через нижнее отверстие в форме. Непробеленный сахар вынимали из формы и межкристальную жидкость отделяли от кристаллов через салфетку на прессах. Полученный сахар-сырец подвергали рафинированию: растворяли до сиропа, очищали активным углем от несахаров и кристаллизовали. Производственный цикл длился несколько недель. Центрифуги на заводах стали применять с 1850 г.

Стремясь упростить технологию и ликвидировать стадию рафинирования сахара-сырца в общем цикле получения белого сахара, инженер М. А. Толпыгин в 1854 г. в конце цикла центрифугирования первого утфеля применил пробеливание паром и получил белый сахар. Этот способ назвали в Европе «русской паровой пробелкой».

Уваривание утфеля «на кристалл» и центрифугирование его с паровым пробеливанием кристаллов сахара завершили формирование оригинальной технологии получения белого сахара, минуя промежуточную стадию сахара-сырца.

Сульфитацию очищенного сока в России стали применять с 1873 г. Позднее, в 1897г., К. Ф. Абрагам, В. В. Ярошевский и К. Р. Закс создали и внедрили способ переработки оттеков первого утфеля путем уваривания их в вакуум-аппарате «на кристалл» с последующим обессахариванием межкристальной жидкости в мешалках-кристаллизаторах при охлаждении. До этого оттеки первого утфеля уваривали в вакуум-аппарате до пробы «на волос», а затем сироп выгружали в емкости и сахар выкристаллизовывали охлаждением («в покое»).

Перед первой мировой войной (1914 г.) на территории России действовало 235 свеклосахарных заводов. Эти заводы могли перерабатывать до 137 тыс. т. свеклы в сутки. Среднесуточная мощность одного завода составляла 0,57 тыс. т. свеклы. В производственный сезон 1914-1915 г. эти сахарные заводы выработали 1,71 млн. т. сахара.

За время первой мировой и гражданской войн большинство сахарных заводов было разрушено, и в 1921-1922 гг. годовое производство сахара уменьшилось до 51 тыс. т. Начиная с 1922 г., выработка сахара-песка стала увеличиваться и сахарная промышленность твердо встала на путь восстановления. Уже в 1930 г. производство сахара превысило наибольший довоенный уровень: в сезон 1930-31 г. было выработано 1,78 млн. т. сахара-песка.

Перед второй мировой войной (1940 г.) отечественная сахарная промышленность выработала 2,17 млн. т. сахара-песка. Во время войны она понесла громадный урон. Большинство предприятий пострадало так, что их пришлось отстраивать заново. К 1950 г. сахарные заводы в границах бывшего СССР были полностью восстановлены.

В 1991 г. в СССР действовало 318 свеклосахарных заводов общей производственной мощностью более 840 тыс. т. переработки свеклы в сутки. В 1990-1991 г. было выработано 12,3 млн. т. сахара-песка, из них 3,8 млн. т. из импортного тростникового сахара-сырца. Общая площадь посевов сахарной свеклы составляло 3,5 млн. га.

В настоящее время в Российской Федерации действует 95 свеклосахарных заводов. Средняя производственная мощность Одного завода составляет 2,84 тыс. т переработки свеклы в сутки. Посевные площади под свеклой снизились до 1,5 млн. га. В 1997 г. было заготовлено 15 млн т сахарной свеклы и выработано из нее около 15 млн. т. сахара-песка. Коэффициент извлечения сахара из свеклы был 72 %.

Сахарорафинадное производство, как упоминалось ранее, возникло в России в начале XVIII в., заводы работали на привозном тростниковом сахаре-сырце, а после создания своей сахарной промышленности стали получать сахар-рафинад из свекловичного сахара-песка. Первые заводы имели производственную мощность около 0,5 т/сут. литого сахара-рафинада, а в 1914г. максимальная годовая выработка литого сахара-рафинада достигла 937 тыс. т., и средняя производственная мощность завода составляла уже 90 т/сут.

В 1938 г. был разработан способ получения прессованного сахара-рафинада, который по качеству соответствовал литому сахару-рафинаду. При этом резко повысились производительность труда и степень механизации производства.

В настоящее время в России действуют 3 самостоятельных сахарорафинадных завода и 8 сахарорафинадных отделений при свеклосахарных заводах.

В ближайшие годы предусмотрено расширение производства сахара. Постановлением Правительства Российской Федерации 1 марта 1997 г. утверждена федеральная целевая программа «Сахар» на 1997-2005 гг., в которой предусматривается довести объем заготовок сахарной свеклы к 2005 г. до 38 млн. т, а производство сахара — до 4 млн. т. Намечается строительство 17 новых, реконструкция 54 действующих сахарных заводов, обеспечивающих увеличение производственных мощностей на 154 тыс. т. переработки свеклы в сутки и сокращение производственного сезона до 100 сут.

За рубежом благодаря внедрению прогрессивной технологии выращивания сахарной свеклы и получению стабильных урожаев (40—60 т/га), а также развитой структуре транспортных коммуникаций наблюдается увеличение единичной мощности свеклосахарных заводов до 6... 12 тыс. т. переработки свеклы в сутки и сокращение их числа.

Самый большой в мире завод по переработке сахарной свеклы «Соnnatrе» производственной мощностью 25 тыс. т. переработки свеклы в сутки находится во Франции. В ФРГ мощность завода «Рlating» доведена до 15 тыс. т. переработки свеклы в сутки. В Таиланде в 1992 г. сдан в эксплуатацию сахарный завод  производственной мощностью 26 тыс. т. переработки тростникового сахара-сырца в сутки. На заводе работают 12 тыс. человек в две смены по 10 ч.