Produkcja cukru - podstawy

W strefie klimatu umiarkowanego, w tym również w Polsce, do produkcji cukru wykorzystuje się buraki cukrowe. Wytwarzanie cukru jest procesem długim, składającym się z bardzo wielu etapów. Opublikowano wiele grubych książek naukowych, tylko na temat produkcji cukru co uzmysławia jak wiele zagadnień technologicznych, niesie ze sobą CUKROWNICTWO. Tutaj postaram się jak najbardziej skrótowo opisać krok po kroku proces wytwarzania cukru z buraków cukrowych.

Etapy produkcji cukru:

1. Zbiór składowanie i mycie buraków

Buraki są kontraktowane przez cukrownie w III i IV kwartale na następny rok i skupowane od września do końca listopada. Część ogólnej masy buraków dostarczana jest przez plantatorów lub zwożona bezpośrednio z pól wynajętymi środkami transportu.
Gdy są one dostarczane do cukrowni, to zawierają dużo zanieczyszczeń w postaci: kamieni, ziemi, cienkich korzeni, liści, chwastów itp. Dlatego, gdy buraki są przywożone do cukrowni to pobierana jest tzw. reprezentatywna próbka ok. 20-25kg, w której oznacza się zawartość zanieczyszczeń.
Następnie buraki są składowane na placach buraczanych i kierowane do spławów buraczanych, gdzie odbywa się tzw. „mokry transport” buraków.  W trakcie tego transportu, dzięki specjalnym urządzeniom jak łapacze kamieni i łapacze zanieczyszczeń lekkich, usuwane są kamienie i liście.

2. Krojenie buraków

Krojenie buraków, jest czynnością nieodzowną, bez której niemożliwe byłoby wydobycie soku z buraków na następnej stacji cukrowni (ekstraktorze). Im cieńsza jest krajanka, tym krótsza droga dyfundowania cukru z głębi tkanki, do soku opływającego krajankę. Oczywiście nie można pokroić buraków za cienko, ponieważ zrobiłaby się z nich miazga. Należy przy tym zachować tzw. UMIAR TECHNOLOGICZNY i przyjmuje się tylko, żeby grubość krajanki nie przekraczała 1mm.

3. Ekstrakcja

Następnym etapem produkcji cukru jest ekstrakcja. Jest to proces złożony z różnych zjawisk fizykochemicznych, przy czym głównym zjawiskiem jest dyfuzja (samorzutne wyrównywanie stężenia cukru i niecukrów między sokiem komórkowym buraków a wodą i sokiem wysadzającym. Woda wysładzająca u krajanka poruszają się w przeciwprądzie. Czas ekstrakcji to około  70-80 minut, temperatura ok. 70ºC. Po ekstrakcji uzyskuje się sok surowy, który zawiera 14-16% cukru

4. Defekacja wstępna i główna soku surowego (nawapnianie).

Ze względu na dużą zawartość niecukrów w soku surowym, bezpośrednie wykrystalizowanie z niego cukru nie byłoby możliwe. Ponadto sok surowy jest kwaśny i wymaga zalkalizowania, gdyż przy jego ograniu wystąpiłaby inwersja cukru. Wapno dodane do soku surowego powoduje wydzielenie się części niecukrów w postaci zawiesiny, która później jest zatrzymywana na filtrach.
Cele nawapniania wstępnego:
- wydzielenie z soku niecukrów, tworzących z wapnem nierozpuszczalne osady;
- stworzenie warunków, w których niecukry koloidowe wypadają z roztworu w postaci kłaczkowatego lub galaretowatego osadu, tzw. koagulatu;
- zalkalizowanie soku surowego, aby powstrzymać inwersję cukru i rozwój drobnoustrojów w soku przez zwiększenie pH soku do ok. 11,0.
Cele nawapniania głównego:
- rozkład: amidów kwasowych, białek, pektyn i inwertu.

5. Saturacja 1 i filtracja 1.

Sok po nawapnianiu i odfiltrowaniu zawiera jeszcze sporo soli wapiennych. Żeby lepiej oczyścić sok nasyca się go gazowym dwutlenkiem węgla, co powoduje powstanie dużej ilości krystalicznego osadu węglanu wapna, który znacznie polepsza właściwości filtracyjne mieszaniny. Osad węglanu wapna absorbuje na swojej powierzchni zanieczyszczenia, po czym zostaje odfiltrowany.

6. Saturacja 2 i filtracja 2.

Saturacja 2 ma na celu dalsze obniżenie alkaliczności i pH soku oraz wytrącenie do osadu jak największej ilości jonów wapniowych. Maksymalne usunięcie jonów wapniowych uzyskuję przy tzw. „alkaliczności optymalnej”. Po przeprowadzeniu wszystkich procesów defekcji i saturacji otrzymuje się sok rzadki.

7. Zagęszczanie soku rzadkiego.

W celu wykrystalizowania cukru z soku oczyszczonego konieczne jest uprzednie zagęszczenie go do stanu przesycenia cukrem. W cukrowniach sok oczyszczony zagęszcza się przez odparowanie wody do około 65% suchej substancji otrzymując sok gęsty, który nie jest jeszcze nasyconym roztworem cukru. Zagęszczanie cukru odbywa się w aparatach wyparnych (wyparkach) o działaniu ciągłym, zestawionych w stację wyparną.

8. Krystalizacja cukru i gotowanie cukrzycy.

Sok surowy, po wypłynięciu z wyparki ma stężenie 60-65% ss oraz temperaturę 85-90ºC. W takich warunkach jest nienasycony, a cukier w nim zawarty nie może wykrystalizować. Przez dalsze odparowanie wody sok coraz bardziej nasyca się aż osiąga stan nasycenia. Żeby cukier krystalizował niezbędne jest dodanie odpowiednich zarodków krystalicznych i mieszanie roztworu.

9. Oddzielenie kryształów.

Po gotowaniu cukrzycy otrzymujemy mieszaninę gotowych, wyrośniętych kryształów cukru i syropu międzykryształowego. W celu otrzymania cukru konsumpcyjnego, niezbędne jest bardzo dokładne oddzielenie syropu od kryształów. Uzyskuje się to w specjalnych wirówkach, w których wykorzystywana jest siła odśrodkowa.

10. Suszenie, segregowanie i magazynowanie cukru białego.

Po oddzieleniu kryształów cukru, należy je wysuszyć do zawartości ok. 0,03-0,05% wilgotności. Tak uzyskany cukier pakuje się w opakowania detaliczne i hurtowe. Na koniec pozostaje tylko tylko magazynowanie i sprzedaż.


------

Zachęcam do obejrzenia filmików na temat produkcji cukru:

Sonda - Jednostka Słodyczy cz.1 i 2

How It's Made - Beet Sugar (Jak to jest zrobione - cukier buraczany)