E‑book – Wademekum technologii produkcji produktów spożywczych
ROL.05. Organizacja i prowadzenie przedsiębiorstwa w agrobiznesie – technik agrobiznesu 331402
Technologie stosowane w przemyśle cukrowniczym
Cukrownictwo to dział przemysłu, w którym produkuje się cukier z buraków lub trzciny cukrowej. W Polsce klimat sprzyja bardziej uprawie buraka cukrowego, dlatego jest to główny surowiec cukrowniczy. W branży cukrowniczej procesy technologiczne można podzielić na kilka grup – oddziałów produkcyjnych:
oddział wstępnego przygotowania buraków do przerobu,
oddział otrzymywania i oczyszczania soków cukrowniczych,
oddział zatężania soków,
oddział krystalizacji i wydzielania cukru,
oddział produkcji rafinady,
oddział przetwórstwa wysłodków,
oddział przygotowania wapna i gazu saturacyjnego.
Proces technologiczny otrzymywania cukru z buraków
Buraki przeznaczone do produkcji cukru gromadzone są w specjalnych składowiskach fabrycznych wyposażonych w kanał spławny. Ich budowa umożliwia wyładunek i transport wodny buraków. W ten sposób oczyszcza się wstępnie korzenie. Za pomocą łapaczy usuwane są kamienie, ziemia i inne zanieczyszczenia, m.in. liście i słoma. Wstępnie oczyszczone buraki są transportowane do płuczki, gdzie są myte i odsączone z wody. Następnie są rozdrabniane. Czynność ta polega na wytworzeniu z nich za pomocą specjalnej krajalnicy krajanki, która zapewnia optymalny przebieg dyfuzji i ekstrakcji cukru. Nie powinna być ani zbyt drobna (miazga), ani za gruba (mniejsza niż 1 mm).
Krajanka trafia do dyfuzora i tu zachodzi proces ługowania (rodzaj ekstrakcji prostej) cukru za pomocą wody o temperaturze 75–85 °C. Aby podnieść wydajność tego procesu, jest on przeprowadzany w przeciwprądzie, to znaczy, że krajankę transportuje się od dołu do góry dyfuzora, a gorąca woda spływa w dół. Gorąca woda pozyskiwana jest ze skroplin powstających z wyparki i wody odzyskanej z wysłodków za pomocą prasy. Krajalnica i dyfuzor są połączone transporterem taśmowym z wbudowaną wagą, która automatycznie waży krajankę. Dyfuzor opuszczają wysłodki, czyli wyekstrahowana krajanka, oraz sok surowy, będący roztworem wodnym cukru (o stężeniu około 15%) i substancji stanowiących składniki soku komórkowego (niecukry).
W celu usunięcia niecukrów, które zaburzają proces krystalizacji, sok surowy przechodzi proces nawapniania wstępnego. Polega on na zmieszaniu go z mlekiem wapiennym (zawiesina wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 w wodzie) w celu zalkalizowania środowiska (pH ≈ 11). Zalkalizowany sok surowy ogrzewa się w temperaturze 85–90°C – jest to nawapnianie główne. Następuje wówczas koagulacja niecukrów koloidalnych w postaci zawiesiny.
Nawapniony sok przechodzi saturację dwutlenkiem węgla (CO2), w czasie której zostaje zneutralizowany nadmiar Ca(OH)2 i wytrąca się węglan wapnia. Ta ostatnia substancja adsorbuje na swojej powierzchni zanieczyszczenia koloidalne (niecukry) i substancje barwne soku, co pozwala na ich usunięcie. Następnie sok jest ponownie filtrowany na gorąco i otrzymujemy roztwór (półprodukt) określany jako sok rzadki. Zostaje on wprowadzony do błotniarki, która składa się ze zbiornika i prasy. Tu następuje odciśnięcie z roztworu osadu niecukrów i węglanu wapnia. Powstaje w ten sposób osad defekosaturacyjny (błoto saturacyjne), które może być wykorzystane jako nawóz.
Warunkiem wykrystalizowania cukru jest doprowadzenie soku rzadkiego do stanu przesycenia, dlatego roztwór należy wstępnie zagęścić. Proces ten zachodzi w wyparkach, gdzie odparowuje się wodę z soku i otrzymuje roztwór o stężeniu około 65%, nazywany sokiem gęstym. Roztwór kierowany jest do warnika, gdzie zagęszcza się go przez gotowanie. W ten sposób uzyskuje się mieszaninę kryształów cukru i cukrzycę, czyli syrop międzykryształowy, którą wprowadza się do wirówki. Tam za pomocą wirowania oddziela się i oczyszcza kryształy cukru od roztworu macierzystego (odcieku). Wilgotne kryształy cukru są suszone i transportowane do magazynowania luzem w silosach, względnie po zapakowaniu do magazynu.
Produkty uboczne produkcji cukru
Melasa
Pozostały po krystalizacji syrop to melasa (melas). Jest to nasycony roztwór cukru (ok. 52%) i wielu różnorodnych substancji organicznych oraz mineralnych. Ten cenny surowiec wykorzystuje się w przemyśle fermentacyjnym jako podstawową pożywkę rozwoju drobnoustrojów wykorzystywanych przy produkcji drożdży, kwasów organicznych i etanolu.
Błonnik pokarmowy
Innym produktem ubocznym produkcji cukru są wysłodki. Wykorzystuje się je do produkcji wysokoenergetycznych pasz dla zwierząt w stanie świeżym lub przetworzonym na susz lub kiszonki. Niemniej ważną działalnością jest wykorzystanie wysłodków w przemyśle spożywczym do produkcji pektyny spożywczej, kleju pektynowego, kwasu mlekowego i błonnika dietetycznego.
Wysłodki buraczane w suchej masie zawierają:
35–37% celulozy,
20–23 % pektyn,
18–20% lignin,
10–12% związków azotowych,
4–5% związków mineralnych.
Błonnik pokarmowy uzyskuje się po usunięciu z wysłodków buraczanych w procesie ekstrakcji charakterystycznych dla nich substancji zapachowych i smakowych.
Etapy uproszczonego procesu technologicznego otrzymywania błonnika pokarmowego
Punkt pierwszy. Świeże wysłodki trafiają do ekstraktora przeciwprądowego i poddawane są ekstrakcji roztworem kwasu siarkawego (pH = 4,5) o temp. 60°C.
Punkt drugi. Odsączona krajanka transportowana jest do dezintegratora lub szarpaka, gdzie rozdrabnia się ją na miazgę.
Punkt trzeci. Miazga zostaje rozcieńczona gorącą wodą i po wymieszaniu zawiesina trafia do prasy ślimakowej lub filtra w celu maksymalnego oddzielenia ekstraktu.
Punkt czwarty. Wyciśnięta miazga ponownie transportowana jest do ekstraktora, a następnie do drugiej prasy i tam oddziela się drugi ekstrakt.
Punkt piąty. Mokra miazga jest mieszana w mieszalniku z suszem i w postaci wilgotnego proszku trafia do suszarki fluidyzacyjnej, pneumatycznej lub bębnowej, gdzie suszy się do zawartości wody około 10%.
Punkt szósty. Wysuszony proszek transportowany jest do młynka bijakowego. Zmielony proszek jest dzielony na odsiewaczu na dwie frakcje, które są pakowane oddzielnie i kierowane do magazynu.