1. Węglowodany zwane inaczej cukrami lub sacharydami są jednym z podstawowych, energetycznych składników pokarmowych.

Cząsteczka węglowodanu składa się z węgla, wodoru i tlenu. Ze względu na wielkość cząsteczki węglowodany dzielimy na :

-cukru proste monosacharydy

- dwucukry disacharydy

-wielocukry polisacharydy

Węglowodany występujące w produktach spożywczych są zazwyczaj mieszaniną różnych monosacharydów, disacharydów, polisacharydów.

Najwięcej węglowodanów pochodzi z produktów zbożowych, między innymi ze względu na dużą zawartość skrobi. Bogatym źródłem węglowodanów są produkty wyodrębnione z naturalnych artykułów roślinnych, jak: cukier rafinowany, mączka ziemniaczana i ich przetwory (np. sztuczny miód, cukierki, syrop ziemniaczany) oraz miód pszczeli i suszone owoce. Produkty te zawierają od 80 do 100% węglowodanów. Bogate w węglowodany są produkty zbożowe (mąka, kasze, makarony, pieczywo, płatki śniadaniowe), które zawierają od 50 do 80% skrobi, mogą dostarczać znacznych ilości błonnika. Równie dużo węglowodanów (40-70%) występuje w słodyczach i pieczywie cukierniczym, niektórych przetworach owocowych (dżemy, konfitury, syropy) oraz w suchych nasionach strączkowych. Ziemniaki, warzywa okopowe i korzeniowe oraz owoce i napoje zawierają przeciętnie od 10 do 25% węglowodanów.

Rola węglowodanów: Węglowodany pełnią wiele funkcji zależnie od swojej budowy. Cukry proste dostarczają organizmowi przede wszystkim energii. 1 g węglowodanów - 4 kcal.

Służą również do syntezy pochodnych cukrowych, oligosacharydów i wielocukrów oraz dostarczają reszt chemicznych w syntezie białek, tłuszczów czy związków biologicznie czynnych zawierających w swoim składzie cukry. Wielocukry pełnią głównie funkcję cukrów zapasowych ( glikogen, skrobia), strukturalnych i ochronnych ( mukopolisacharydy).

2. Dyfuzja jako podst. Sp. Pozyskiwania cukru z tk. buraczanej: Cukier z buraków jest od dawna pozyskiwany na drodze dyfuzji. Jako materiał zapasowy rośliny dwuletniej znajduje się w tkance korzenia. W korzeniu wyróżnia się, perynchymę, która gromadzi ponad 60% cukru.

Komórki zawierające cukier są otoczone błoną komórkową lipidowo-białkową. Przez błonę tę cukier może się przedostawać tylko w wyniku transportu aktywnego. Oznacza to, że nie jest możliwe pozyskiwanie cukru z komórki przez dyfuzję bez uszkodzenia błony komórkowej. W praktyce przemysłowej część błon komórkowych ulega uszkodzeniu podczas sporządzania krajanki. Natomiast pozostałe są denaturowane w wyniku działania wysokiej temperatury.

W Polsce sacharozę otrzymuje sie z buraków cukrowych. We wszystkich cukrowniach obowiązuje ten sam klasyczny schemat technologiczny, oparty na gorącej ekstrakcji, oczyszczaniu wapnem oraz kilkuetapowej krystalizacji. Jednym z ważniejszych etapów w procesie technologicznym otrzymywania sacharozy jest ekstrakcja, której celem jest wydobycie z tkanki korzeni buraków cukrowych maksymalnej ilości sacharozy, dbając jednoczenie o to, aby otrzymany sok charakteryzował się jak najlepszymi parametrami jakościowymi. Jest to o tyle ważne, ze od procesu ekstrakcji zależy efektywność pozostałych etapów technologicznych, a szczególnie etap oczyszczania i krystalizacji. W klasycznie prowadzonej ekstrakcji sacharoza dyfunduje z tkanki do roztworu ekstrahującego po wcześniejszej termicznej denaturacji białkowych struktur błon komórkowych. Jakkolwiek wysoka temperatura korzystnie wpływa na szybkość dyfuzji, to jej zbyt długie działanie powoduje hydrolizę związków budujących tkankę buraczaną.

Produkty ich hydrolizy razem z sacharozę przedostają się do soku, pogarszając jego czystość, co utrudnia procesy oczyszczania i krystalizacji. Nie bez znaczenia jest również negatywny wpływ wysokiej temperatury i czasu jej działania na pozostające po ekstrakcji wysłodki (wysłodzona krajanka buraczana). Na skutek hydrolizy protopektyn zmniejsza się ich masa oraz odporność mechaniczna, co wpływa niekorzystnie zarówno na efektywność samej ekstrakcji, jak i na późniejsze wyżymanie wysłodków w prasach.

Doświadczalnie określono, że w warunkach przemysłowych, przy ekstrakcji trwającej około 100 min, temp. nie powinna przekraczać 75-80°C, przy czym około 70% całkowitego czasu przebywania krajanki w ekstraktorze powinno przypadać na aktywną dyfuzje. Stosując wówczas wodę wygładzając w ilości około 1:1 na masę buraków otrzymuje się sok o czystości 87-89%, zawierający około 13-14% sacharozy oraz wysłodki o zawartości cukru na poziomie 0,4%.

Ekstrakcją nazywamy dyfuzyjny proces wydzielania składników z mieszaniny przez ich rozpuszczenie w rozpuszczalnikach. W przemyśle spożywczym ekstrakcja znalazła powszechne zastosowanie. Dla przykładu można wymienić, ekstrakcję cukru z buraków. Proces ekstrakcji ciał stałych nazywa się często maceracją lub ługowaniem. Ekstrakcja w układach ciało stale-ciecz lub ciecz-ciecz (niemieszające się) składa się z dwóch etapów; w pierwszym etapie następuje dyfuzja cząsteczkowa wewnątrz ciała ekstrahowanego do granicy faz i w drugim etapie przenikanie ekstrahowanego składnika mieszaniny przez granice faz do rozpuszczalnika. Intensywność procesu ekstrakcji zależy od:

— współczynnika dyfuzji (D),

—warunków wymiany masy na granicy faz (gradient stężenia i temperatury, rodzaj rozpuszczalnika, współprąd, przeciwprąd),

— rozwinięcia powierzchni faz (rozdrobnienie),

— stosunku masowego ciała ekstrahowanego i rozpuszczalnika.

ds/dτ= -DF*(dc/dx) D= kT/μ; s- masa subst. dyfundującej, τ- czas dyfuzji, F- pow. kontaktu, c- stężenie czynnika dyfundującego, x- droga dyfuzji. Współczynnik dyfuzji zależy od szybkości dyfuzji, im wyższa temp. im wyższy współczynnik dyfuzji.

Ekstraktory:

Ekstrakcja może być prowadzona w ekstraktorach o działaniu periodycznym, półciągłym (w bateriach) lub ciągłym. Aparaty o działaniu ciągłym i półciągłym najczęściej i najefektywniej pracują w przeciw prądzie, chociaż zdarzają się również takie sytuacje, w których jest wymagana ekstrakcja współprądowa. Ekstrakcja może być jedno i wielostopniowa. Celem zintensyfikowania procesu ekstrakcji przez odnawianie powierzchni między fazowej, ekstraktory wyposaża się często w mechaniczne lub pneumatyczne urządzenia mieszające.

Mieszanina sodu i krajanki pompowana jest za pomocą pomp do dolnej części dyfuzora nad sita krajanka transportowana jest równomiernie do góry za pomocą kręcącego sie wału ze skrzydłami transportowanymi i łapami przy wew. Płaszczu wieży. Woda ekstrakcyjna (woda świeża i poprasowa) doprowadzona jest w dwóch różnych płaszczyznach, miejsce dozowania wody poprasowej poniżej miejsca dozowania wody świeżej. Woda ekstrakcyjna wpływa do krajanki przeciwprądowo i wzbogaca się w cukier poprzez spadki koncentracji. Sok z ekstrakcji odciągany jest w dolnej części dyfuzora przez sita dolne i boczne i po przejściu przez oddzielacz piasku płynie z powrotem do zaparzacza.

Cześć przeciwprądowa (przedział wymiany ciepła): odciągnięty sok surowy oddaje część swojego ciepła krajance, ciepło przenoszone jest przez sok ekstrakcyjny, wysoka gęstość upakowania powoduje dobrą wymianę ciepła.

Część mieszająca: tu wytworzona jest możliwa do pompowania mieszanina soku z krajanką i ponownie następuje ogrzewanie poprzez sok ekstrakcyjny w celu denaturacji krajanki mieszanie występuje przy wcześniejszym upakowaniu ukł. temp. podtrzymany.

3. Mikrobiologia ekstrakcji:

Ekstrakcja jest operacją służącą do rozdzielania mieszanin ciał stałych i ciekłych. Rozdział następuje przez rozpuszczenie niektórych składników mieszaniny w cieczach, zwanych rozpuszczalnikami. Proces ekstrakcji może zachodzić w układach dwufazowych: ciało stałe-ciecz lub ciecz-ciecz.

Straty oznaczone cukru podczas ekstrakcji zależą od warunków prowadzenia procesu. Na ich wartość można oddziaływać przez dobór temperatury, odciągu, stopnia rozwinięcia powierzchni krajanki determinującego także jej grubość. Szczególne znaczenie mają straty wynikające z występujących zakażeń mikrobiologicznych. Zakażenia mikrobiologiczne mają wpływ zarówno na straty cukru w procesie technologicznym jak i na jego końcową jakość.

Średnia temperatura dla każdej grupy inna sprzyja rozwojowi drobnoustrojów, a wysoka(termofile powyżej 120 C)powoduje ich aktywację

temperatura	mezofile	termofile
minimalna	5-25	25-45
optymalna	25-40	50-55
maksymalna	40-50	60-73

Do ekstraktora drobnoustroje są wprowadzane głównie z krajanką buraczaną oraz wodą wysłodkową, a w mniejszym stopniu z wodą zasilającą oraz z otaczającego powietrza.

drobnoustroje	Temperatura optymalna	Produkty metabolizmu
Lactobacillus	28-62	Kwas mlekowy, octowy, alkohol, CO2
Bacillus subtilis	28-40	Kw. Z sacharozy, azotyny z azotanów
Bacillus stearothermophillus	50-65	Dużo kwasów, azotyny z azotanów
Clostridium termosacharotermicula	68-70	H2S;enzymy:fruktohydrolaza3-D-fruktofuranozydów,glukohydrolaza-D-glukopiranozydów, inwertaza

Jeśli jako wodę zasilającą stosuje się kondensaty, to ich czystość mikrobiologiczną można uzyskać łatwo. Natomiast eliminowanie zakażeń mikrobiologicznych wprowadzanych z krajanką buraczaną oraz wodą wysłodkową jest bardzo trudne i z tego powodu powszechnie są stosowane środki odkażające.

Zakażenia mikrobiologiczne zawartości ekstraktora powodują:

-ubytek sacharozy i glukozy

-powstawanie produktów ubocznych metabolizmu drobnoustrojów

-zagrożenie zakażeniami kolejnych etapów procesu technologicznego

Metody określania stopnia zakażenia mieszaniny ekstrakcyjnej

Zakażenia mikrobiologiczne mogą być oznaczane kilkoma sposobami:

metoda bezpośrednia- określenie liczby mikroorganizmów w jednostce objętości soku (dokładna metoda, ale ze względu na pracochłonność analizy i uzyskiwanie jej wyniku po długim czasie, metoda ta nie nadaje się do stosowania w warunkach przemysłowych)

metody pośrednie- pomiar pH, oznaczenie kwasu mlekowego, oznaczenie związków redukujących np. próba z TTC, oznaczenie azotynów, pomiar konduktancji, pomiar potencjału redoks.

4. Skład chemiczny wysłodków [%]

	świeże	wyżęte	suszone
woda	93-95	88-90	8-12
cukier	0,4-0,6	0,6-0,9	4-4
celuloza i hemiceluloza	2,4-1,6	3,5-4,2	34-38
pektyna	2,4-2,7	3,5-4,2	34-40
białko	0,5-0,7	0,8-1,0	6,5-8,0
inne związki azotowe	0,1	0,2	0,2-0,3
popiół	0,2-0,3	0,3-0,4	3,5-4,5
tłuszcze	0,05	0,1	0,5-0,7
inne związki bezazotowe	0,1	0,2	-

sucha substancja wysłodków [%]

celuloza i ligniny	24-40
związki pektynowe w tym ok. 50% arabanu i galaktanu	ok.50
białko surowe w tym 50% surowego	10
lipidy	ok. 1
popiół Ca, K, Mg pierwiastki śladowe	kilka procent
cukier	ok.10

• W wysłodki buraczane głównie są materiałem paszowym wykorzystywanym jako składnik mieszanek paszowych i jako składnik dawek pokarmowych.

Wysłodki buraczane są dobrym komponentem dawek pokarmowych dla krów mlecznych, niezależnie od wydajności mlecznej. Tradycyjne wysłodki są paszą wodnistą (o zawartości do ok. 10% suchej masy), mało przydatną i coraz rzadziej wykorzystywaną w żywieniu bydła. Optymalną metodą „uszlachetniania“ wysłodków jest ich prasowanie do osiągnięcia 20-22% suchej masy. Wysłodki są paszą energetyczną o umiarkowanej zawartości białka.

Źródłem energii są polisacharydy strukturalne, celuloza, hemiceluloza i pektyny.

Trawione są przez mikroflorę zwierząt przeżuwających (bydło, owce) lub mikroflorę jelita grubego i ślepego (konie, świnie).Ilość wysłodków w żywieniu zwierząt zależy od gatunku, stanu fizjologicznego, systemu żywienia

• Wysłodki są też produktem eksportowym, ale głównie suszone. Związane jest to z łatwością ich przewożenia oraz większą trwałością.

• Powszechne staje się również wykorzystanie wysłodków jako nawozu organicznego. Dotyczy to przede wszystkim rejonów Polski gdzie dominuje produkcja roślinna.

• 
  

5. Sok surowy- główne składniki, klasyczne oczyszczanie, podstawowe parametry oczyszczania.

Sok surowy zawiera oprócz sacharozy (cukru) również inne substancje, które w procesie ekstrakcji przeszły z krajanki buraczanej do soku. Substancje sacharozie w soku surowym (w cukrownictwie nazywane niecukrami) mają dużywpływ na jej rozpuszczalność (zwiększają rozpuszczalność) przez co utrudniają acharozy. Z tego powodu substancje te należy usunąć z soku w jak największym stopniu, tzn. sok surowy poddać procesowi oczyszczania. Do oczyszczania soku stosuje się wodorotlenek wapniowy w postaci mleka wapiennego oraz dwutlenek węgla.

Proces oczyszczania sklada się z następujących etapów:

I etap - nawapnianie wstępne (defekacja wstępna)

II etap - nawapnianie główne (defekacja główna)

III etap - saturacja I (karbonatacja I)

IV etap - filtracja I

V etap - saturacja II (karbonatacja II)

VI etap - filtracja II

I etap - nawapnianie wstępne

Celem nawapniania wstępnego jest zobojętnienie wolnych kwasów, zalkalizowanie soku, zahamowanieroawoju drobnoustrojów oraz wytrącenie nierozpuszczalnych soli wapniowych i koagulacja związków koloidalnych, tzn. białek i pektyn.

Nawapnianie wstępne prowadzi się w temp. ok. 40ºC. W procesie tym dodaje się do soku surowego o pH ok. 6,5 wodorotlenek wapniowy w ilości 0,25% CaO. Dawkę mleka wapiennego dodaje się w sposób progresywny tzn. tak ,aby stopniowo wzrosła wartość p soku do ok. 11,1 i alkaliczność do 0,23g CaO/ 100cm³ soku. Liczbową miara alkaliczności soku jest ilość roztworu kwasu solnego niezbędną do zobojętniania 100cm³ badanego roztworu, aż do momentu całkowitego odbarwienia fenoloftaleiny. Zużycie kwasu przelicza się na równoważną ilość CaO w gramach.

II etap - nawapnianie główne

Celem nawapniania głównego jest jak największy rozkład inwertu i amidów, który zapewnia należytą termostabilność soku rzadkiego (oczyszczonego). Ponadto wprowadzenie do soku takiej ilośći wodorotlenku wapniowego, aby w następnym etapie oczyszczania, tj. w procesie saturacji uzyskać odpowiednią ilość węglanu wapniowego, dostateczną do oczyszczania soku oraz uzyskac dobrą zdolnośc filtracyjną osadu.

W procesie nawapniania głównego do soku wstępnie nawapnionego i ogrzanego do temp. 85ºC dodaje sie mleko wapienne w ilości 1,5-2 CaO. Czas nawapniania głównego wynosi ok. 10 min. a sok uzyskuje wartość pH ponad 12 i alkaliczność 1,5-1,8g CaO/100cm^3.

III etap - saturacja I

Celem saturacji I jest wytworzenie krystalicznego węglanu wapniowego i zaadsorbowanie na jego powierzchni jak największej ilości niecukrów oraz uzyskanie soku o dobrych właściwościach sedymentacyjnych i filtracyjnych.

Sumaryczna reakcja zobijętniania wodorotlenku wapniowego za pomocą dwutlenku węgla przebiega przez wiele skomplikowanych etapow dając w końcowym efekcie węglan wapniowy.

CaO(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ (osad) + H₂O

wytrącanie węglanu wapniowego w postaci osadu umożliwia zatrzymanie na jego dużej powierzchni adsorpcyjnej wiele niecukrów, min. związków barwnych i związków koloidalnych.

Podczas saturacji I do soku nawapnionego wprowadza się gaz saturacyjny zawierający ok. 33% CO₂. Saturację I prowadzi się w temp. ok. 85ºC, w czasie 15min. Do uzyskania końcowego p soku 11,1-11,3 i alkaliczności 0,09-0,10g CaO/100cm^3.

IV etap - filtracja I

Celem filtracji I jest usunięcie z soku osadu węglanu wapniowego wraz z zaadsorbowanymi na jego powierzchni niecukrami.

Oddzielenie osadu z soku po saturacji I odbywa się przez dekantację i filtrację.

V etap - saturacja II

Celem saturacji II jest zmniejszenie zawartości soli wapniowych w soku oraz dalsze zmniejszenie alkaliczności. Minimalna zawartość soli wapniowych uzyskuje sok przy tzw. alkaliczności optymalnej.

Saturację II prowadzi się w temp. 97-98ºC, w ciągu 15 min. do obniżenia wartości pH soku do 9,2 i alkaliczność 0,01-0,02g CaO/100cm^3.

VI etap - filtracja II

Celem filtracji jest usunięcie z soku po saturacji II reszty węglanu wapniowego i uzyskanie klarownego soku oczyszczonego, zwanego sokiem rzadkim.

Schemat procesu oczyszczania soku surowego:

↓ sok surowy

(T=40ºC, t=20min., p=11,1) nawapnianie wstępne ← CaO(OH)₂ 0,25% CaO

↓

(T=85ºC, t=10min., pH=12,5) nawapnianie główne ← CaO(OH)₂ 1,5-2% CaO

↓

(T=85ºC, t=10min., pH=11,1) saturacja I ← gaz saturacyjny CO₂

↓

filtracja I

↓

(T=98ºC, t=15min., pH=9,2) saturacja II ← gaz saturacyjny CO₂

↓

filtracja II

↓sok oczyszczony (rzadki)

6. Krystalizacja schemat:

Krystalizację prowadzimy w sposób: periodyczny (schemat) i ciągły.

Poszczególne fazy dla krystalizacji periodycznej: 1. Napełnienie warnika w określonym stopniu i zatężyć syrop do momentu odpowiedniego do wprowadzenia zarodników. 2. Wprowadzenie zarodników krystalicznych (-rozcieramy cukier w postaci pasty). 3. Krystalizacja właściwa (w sposób ciągły przeprowadza się krystalizację. 4. odgęszczanie - nie doprowadzanie soku a wyciągnięcie w postaci krystalicznej reszty sacharozy. 5. Opróżnianie warnika. || Mączki B i C mają drobniejsze kryształy i są bardziej zanieczyszczone więc rozpuszczamy je w parówce-> klarownica-> i stanowią sok gęsty.

7. Jakość cukru białego: wpływ na jakość cukru ma krystalizacja. Kończy się ona wtedy gdy kryształ osiąga odpowiedni rozmiar. W zależności od wielkości kryształu dana jego ściana występuje lub nie.

Sacharoza krystalizuje w układzie jednostkowym. Kształt jej to układ krystalograficzny, jednoskośny, grupa P2₁[kryształ sacharozy - a=10,8633; b=8,705; c=7,7585; α = 90; β=102,945; γ=90] ze względu na jakość najlepiej by było gdyby kryształy były duże i jednorodne (ze względu na proces filtracji) Roztwór do krystalizacji powinien być przesycony wyróżniamy 3 fazy przesycenia roztworu. Powyżej stabilnej - roztw nasycony; poniżej stabilnej - roztwor nienasycony ; faza metastabilna - nie powstają nowe kryształy, a te które powstały rosną; faza labilna -następuje spontaniczna krystalizacja. Właściwa krystalizacja powinna odbywać się w fazie metastabilnej, bo nowe zarodki kryształów będą małe i filtracja będzie utrudniona

Krystalizacje prowadzi się w sposób: 1)periodyczny i 2)ciągły; ad1) poszczególne fazy: 1-napelnienie warnika w określonym stopniu i zatężyć syrop do momentu odpowiedniego do wprowadzenia zarodków. 2-wprowadzenie zarodków krystalicznych , rozmielony cukier w postaci pasty, 3- krystalizacja właściwa - przeprowadza się ją w sposób ciagły, 4- odgęszczanie- nie doprowadzenie soku a wyciągnięcie w postaci kryszt reszty sacharozy, 5- opróżnienie warnika - cukrzyca zawiera ok. 90% s.s i ok. 55% kryształów// przesycenie otrzymujemy przez: a) odparowanie wody, b) przez ochładzanie roztworu. Mączki BiC mają drobniejsze kryształy i są bardziej zanieczyszczone więc rozpuszczamy je w parówce →klarownica→ i stanowię sok gęsty. Cukier ma wilgotność rzędu 0,2% // Cechy fizyczne: (ocena cukru): wielkość kryształu(granulacja); wygląd powierzchni kryształów; skład chem cukru; mikrobiologia. Wyróżniki cukru : granulacja - przesiewanie cukru; zawartość cukru - b trudno oczyścić skład cukru bo czystość to ok. 99%, oznacza się: zaw cukru; zaw wilgoci; zaw związków redukujących; zabarwienie - rozpuszcza się ciukier w H₂O i mierzy barwę; zmętnienie - rozpuszczamy mierzymy zmętnienie, sączymy, mierzymy, różnica wyniku to zmętnienie; substancje nierozpuszczalne; filtracyjność- czas filtracji określonej partii cukru w roztworze; wykonuje się testy kłaczkowatości - jeśli do cukru przejdą saponiny to po kilku dniach mogą wytrącać się w napojach kłączki; mikrobiologia - nie może być mikroorganizmów chorobotwórczych na resztę są normy. kategorie cukru: ocenia się zabarwienie , oraz kwalifikuje do kategorii: I,II,III, jeśli ocenia się zabarwienie i jest bardzo dobre a inna cecha jest niższa to nie można tego nadrobić innymi cechami.

Krajanka

Wysłodki straty oznaczone 0,25%

Sok surowy

Straty nieoznaczone (dział. mikroorg.)

EKSTARAKTOR

---