CUKRY

(sacharydy)

SACHARYDY

[gr. sákchar = cukier]. W skład tych związków

wchodzą trzy pierwiastki: węgiel, wodór i tlen, przy czym ogólny
stosunek wodoru do tlenu jest podobny jak w wodzie, tzn. 2:1.
Stąd pochodzi nazwa węglowodany.

Cukry powstają w zielonych częściach rośli z dwutlenku

węgla i wody jako produkt końcowy fotosyntezy. Stanowią one
główne źródło pożywienia dla organizmów zwierzęcych nie
mających zdolności wykorzystania energii słonecznej do syntezy
związków chemicznych.

Pod względem budowy chemicznej dzielimy je na cukry:

- proste (jednocukry, monosacharydy)

- złożone: dwucukry (disacharydy) i wielocukry (polisacharydy)

CUKRY PROSTE

Monosacharydy [gr. mónos = jedyny + sákchar = cukier] –

są to sacharydy, które zawierają tylko dwie grupy funkcyjne:

- karbonylową (aldehydową lub ketonową)

- grupy hydroksylowe (zazwyczaj jest ich kilka)

Są hydroksyaldehydami lub hydroksyketonami.

Monosacharydy zawierające grupę aldehydową (-CHO) – aldozy
monosacharydy zawierające grupę ketonową (-CO) - ketozy.

Cząsteczki monosacharydów zbudowane są najczęściej z 3-

7 atomów węgla, a najpowszechniej występujące w przyrodzie
zawierają 5-6 atomów węgla.

W zależności od ilości atomów węgla w związku

monosacharydy dzielimy na: triozy, tetrozy, pentozy, heksozy.

TRIOZY

KETOTRIOZ
A

ALDOTRIOZ
A

DIHYDROKSYACETON

D-ALDEHYD
GLICERYNOWY

TETROZY

KETOTETRO
ZA

ALDOTETROZ
A

D-ERYTRULOZA

D-TREOZA

PENTOZY

D-RYBOZA

D-ARABIONZA

D-RYBULOZA

HEKSOZY

D-GLUKOZA

D-ALLOZA

D-MANNOZA

HEKSOZY

D-GALAKTOZA

D-FRUKTOZA

HEKSOZY

D-PSIKOZA

D-SORBOZA

GLUKOZA

D-GLUKOZA

α-D-

GLUKOPIRANOZA

β-D-

GLUKOPIRANOZA

WŁAŚCIWOŚCI GLUKOZY

- Słodka, krystaliczna i bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie

- Ulega fermentacji alkoholowej

- Daje pozytywne wyniki w próbie Trommera i w próbie Tollensa
(wykazuje własności redukujące wynikające z obecności grupy –
CHO )

WŁAŚCIWOŚCI GLUKOZY

- Inne łagodne utleniacze utleniają glukozę analogiczniej (np.
woda bromowa)

- Silny ulteniacz (np. HNO

) utlenia glukozę do kwasu

glukarowego)

- Tworzy estry (np. z H

)

WŁAŚCIWOŚCI GLUKOZY

- Ulega redukcji wodorem w obecności katalizatora palladowego

FRUKTOZA

Zwana także cukrem owocowym, w stanie wolnym występuje w
wielu owocach (łac. Fructus – owoc) oraz w miodzie. W stanie
związanym występuje np. w cukrze buraczanym i niektórych
wielocukrach. Jest to substancja bezbarwna, znacznie słodsza od
glukozy i bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie.

α-D-FRUKTOZA

β-D-FRUKTOZA

DWUCUKRY

Disacharydy [gr. dis = podwójnie, sákchar = cukier]. Są

węglowodanami składającymi się z dwóch jednostek
monosacharydowych. Hydroliza cząsteczki dwucukru prowadzi do
utworzenia dwóch cząsteczek cukru prostego.

Wyróżniamy cztery najważniejsze disacharydy:

- maltoza (cukier słodowy)

- celobioza

- laktoza (cukier występujący w mleku)

- sacharoza (cukier występujący w trzcinie cukrowej i burakach
cukrowych)

WŁAŚCIWOŚCI DWUCUKRÓW

- Stałe, krystaliczne, słodkie, dobrze rozpuszczalne w wodzie

- W środowisku kwaśnym, lub obecności enzymów ulegają
hydrolizie

- Dwucukry, w których glikozydowa grupa –OH jest zablokowana
(sacharoza, trehaloza) nie wykazują własności redukujących, inne
dają pozytywne wyniki w próbie Trommera lub w próbie Tollensa

- Dwucukry redukujące wykazują mutarotację, tworzą również
glikozydy, dwucukry nieredukujące takich cech nie posiadają

PRODUKCJA CUKRU

1. Przywóz buraków do cukrowni

W Polsce ze względu na klimat i dużą ilość opadów buraki
cukrowe mają zapewnione bardzo dobre warunki wzrostu,
objawia się to w postaci dużej masy samych roślin. Są to
rośliny, które wymagają wielu zabiegów pielęgnacyjnych
podczas ich uprawy i specjalistycznej wiedzy. Czasem zbiorów
buraków z pola jest jesień, wtedy w cukrowniach zaczynają się
kampanie cukrownicze trwające zazwyczaj 3-4 miesiące. Na
plac do cukrowni trafiają tylko korzenie roślin. Liście pozostają
na polu i stanowią cenny nawóz.

PRODUKCJA CUKRU

2. Mycie

Przygotowanie buraków do dalszej
obróbki na cukier polega przede
wszystkim na ich umyciu i oddzieleniu
od kamieni i innych zanieczyszczeń.
Maszyny, które wykonują te czynności
to tzw. „łapacze”. Są ich dwa rodzaje:
ciężkie, które zbierają kamienie i piasek
oraz lekkie do wychwytywania liści i
chwastów. Po usunięcie tych
zanieczyszczeń buraki są jeszcze raz
dokładnie myte wodą.

PRODUKCJA CUKRU

3. Krojenie

Warunkiem dalszej części procesu technologicznego produkcji
cukru jest skrojenie buraków na tzw. krajankę. Krajanka ma w
przekroju kształt daszkowaty, który jest optymalny dla
najlepszego przebiegu następnego procesu – ekstrakcji.

PRODUKCJA CUKRU

4. Ekstrakcja - dyfuzja

Sacharoza, a więc cukier, zawarta jest w
komórkach buraków cukrowych stanowiąc
dla tej rośliny substancję zapasową.
Zadaniem cukrowników jest wydobycie
cukru z buraków. Aby to wykonać należy
zaparzyć najpierw krajankę w celu
uzyskania efektu denaturacji, a więc
naruszenia struktury żywej tkanki buraków.
Następnym etapem jest przeprowadzanie
ekstrakcji przeciwprądowej polegającej na
przepuszczeniu przez krajankę odpowiednio
przygotowanej wody ekstrakcyjnej, do której
przenikają składniki soku komórkowego, w
tym głównie cukier. W procesie ekstrakcji
otrzymuje się tzw. sok surowy, który zawiera
13-15% cukru (przy 14,5-16,5% suchej
substancji).

PRODUKCJA CUKRU

5. Defekacja czyli oczyszczanie soku

surowego

Mleko wapienne i gaz saturacyjny
uzyskujemy przez wypalenie kamienia
wapiennego. W wyniku termicznego
rozkładu węglanu wapnia CaCO

uzyskuje

się wapno CaO oraz gaz saturacyjny. Wapno
następnie jest gaszone wodą i powstaje
mleko wapienne, które wykorzystuje się do
oczyszczania soku surowego. Dolanie mleka
wapiennego powoduje alkalizację soku i
koagulację koloidów. W wyniku ogrzewania
soku i poddania nawapnieniu głównemu (do
pH 12–12,5) następuje rozkład związków
przeszkadzających w uzyskaniu dobrej
jakości cukru.

PRODUKCJA CUKRU

6. Saturacja

Po defekacji głównej sok poddawany jest
węglanowaniu (saturacji) w aparacie
zwanym saturatorem, w którym przez słup
soku przepuszcza się gaz saturacyjny. W
soku tworzy się wówczas drobnokrystaliczna
zawiesina węglanu wapniowego, który jest
doskonałym pochłaniaczem dla niecukrów.
Saturacja wiąże się z obniżeniem odczynu
pH do wartości około 10,8-11,2.

PRODUKCJA CUKRU

7. Filtrowanie

Wytworzoną zawiesinę (osad) węglanu
wapniowe-go wraz z zaadsorbowanymi
niecukrami filtruje się na różnego typu
urządzeniach. Najczęściej stosowane jest
najpierw zagęszczanie osadu w
dekantatorach (urządzeniach do
sedymentacji osadu) następnie filtracja na
prasach filtracyjnych lub filtrach
próżniowych. Tak oczyszczony sok nazywa
się sokiem rzadkim. Zawiera on ok. 14,5-
16% suchej substancji (w tym 13,5-15%
cukru). Odfiltrowany osad, zwany wapnem
defekosaturacyjnym, jest jednym z
produktów ubocznych przemysłu
cukrowniczego i jest stosowany w rolnictwie
jako doskonały nawóz wapniowy do
odkwaszania gleby.

PRODUKCJA CUKRU

8. Zagęszczanie soków

Sok rzadki poddaje się zagęszczaniu w
aparatach wyparnych zwanych wyparkami.
Zagęszczanie prowadzi się w temperaturach
wrzenia, jest to proces prowadzony
kilkukrotnie. W pierwszym dziale wyparki
temp. osiąga 131°C, w końcowym ok. 85 °C
(dział ten pracuje pod ciśnieniem niższym
od atmosferycznego, stąd tak niska temp.
wrzenia). Wyparkę opuszcza tzw. sok gęsty,
który ma ok. 73-76% suchej substancji, w
tym ok. 68-71% cukru.

PRODUKCJA CUKRU

9. Krystalizacja

Kryształy cukru uzyskuje się przez
prowadzenie krystalizacji w warnikach przez
dalsza zagęszcza-nie syropu czyli soku
gęstego i odparowywanie wody w
warunkach stanu przesycenia. Przesycenie
roztworu jest warunkiem krystalizacji, czyli
wytrącania cukru w postaci kryształów.
Krystali-zacja jest to proces kształtowania
się i osadzania kryształów na obecnych w
roztworze drobinach zwanych ośrodkami
krystalizacji, w ten sposób powstaje tzw.
cukrzyca, czyli zawiesina kryształów cukru i
syropu.

PRODUKCJA CUKRU

10. Wirowanie

Wirowanie stosuje się w cukrownictwie do
oddzielenia kryształów cukru od syropu
między-kryształowego z cukrzyc. W procesie
wirowania ciągłego stosuje się bębny
stożkowe o stożku rozszerzającym się ku
górze. Cukrzyca jest poda-wana na dół
bębna i dzięki sile odśrodkowej przesuwa się
ku jego górze. Syrop międzykryszta-łowy
(tzw. odciek) przechodzi przez sito, w
którym jest wyłożony bęben wirówki i jest
odlewany, natomiast kryształy cukru
odsypuje się w dolnej części bębna.

PRODUKCJA CUKRU

11. Suszenie i chłodzenie

Cukier biały, który opuszcza wirówki, musi być poddany
dalszej obróbce, aby mógł być przechowywany przez długi
czas. Pierwszym zabiegiem jest suszenie gorącym powietrzem
w różnego rodzaju suszarkach. Następnie musi być schłodzony
do temp. ok. 20-25°C i posegregowany według wielkości
kryształów.

PRODUKCJA CUKRU

12. Pakowanie cukru

Sposób pakowania cukru zależy od potrzeb klientów. Część
wyprodukowanego cukru jest przerabiana na różnego rodzaju
asorty-menty w cukrowniach, np.. Cukier żelujący, cukier
puder, cukier w kostkach.

PRODUKCJA CUKRU

POLISACHARYDY

Polisacharydy (wielocukry) zbudowane są z

monosacharydów (w formie cyklicznej) połączonych ze sobą
wiązaniami glikozydowymi, tworząc łańcuchy proste lub
rozgałęzione.

WŁAŚCIWOŚCI POLISACHARYDÓW

- Bezpostaciowe, nie krystalizują się, nie są słodkie, w wodzie
przeważnie nierozpuszczalne, niektóre z nich tworzą roztwory
koloidowe

- Nie wykazują własności redukujących

- Pod wpływem hydrolizy kwaśnej lub enzymatycznej można
rozłożyć je na cukry proste

- Niektóre polisacharydy składają się wyłącznie z cukrów prostych,
inne zawierają dodatkowe składniki w postaci kwasów uronowych
(polihydroksyaldehydokwasy)

SKROBIA

- Występuje w postaci granulek, których rozmiar i kształt jest
charaktery-styczny dla rośliny, z której skrobię otrzymano.

- Granulki skrobi w naturalnej postaci nie rozpuszczają się w
zimnej wodzie, natomiast w przypadku, gdy zewnętrzna błona
zostanie rozerwana w wyniku rozcierania, pęcznieją w niej i tworzą
żel.

- Gdy granulkę skrobi w naturalnej postaci podda się działaniu
gorącej wody, wówczas rozpuszczalna część skrobi przenika przez
ściankę granulki.

- W gorącej wodzie granulki pęcznieją do takiej wielkości, że
pękają

SKROBIA

- Zazwyczaj skrobia składa się w ok. 20% z frakcji rozpuszczalnej
w wodzie, zwanej amylozą:

i w 80% z frakcji nierozpuszczalnej w wodzie, zwanej
amylopektyną

CELULOZA

- Jest składnikiem ścian komórek roślinnych; drewno zawiera ok.
50% celulozy, bawełna 87-92% (celulozie w roślinach towarzyszy
jeszcze kilka pokrewnych jej związków

- Ma postać białych, przeświecających, elastycznych włokienek,
nierozpuszczalnych w wodzie

- Budowę chemiczną celulozy stanowią liniowe łańcuchy β-D-
glukopiranozy z wiązaniami β-1,4-glikozydowymi

WŁAŚCIWOŚCI CELULOZY

- Nie wykazuje własności redukujących

- Nieznaczne zmiany celulozy wywołują stężone ługi, np. 20%
roztwór NaOH wywołuje zjawisko merceryzacji (kurczenie się
niektórych włókien)

- Gotowana z dodatkiem stężonego H2SO4 ulega hydrolizie
poprzez celubiozą do β-D-glukopiranozy

- Oddzielenie celulozy od towarzyszących jej składników opiera się
na odporności celulozy na działanie różnych związków
chemicznych – do miazgi drzewnej dodaje się roztworu, np..
Ca(HSO

) pod zwiększonym ciśnieniem w temp. 120-160°C i w

tych warunkach, substancje towarzyszące celulozie ulegają
rozpuszczeniu, celuloza natomiast nie rozpuszcza się