Oczyszczanie soku surowego (dyfuzyjnego).

Amidy – kwasy organiczne, w których grupa -OH w grupie karboksylowej –COOH, została zastąpiona grupą NH₂ (asparagina kwasu asparaginowego).

Rozkład amidów w gorącym alkalicznym środowisku przebiega z utworzeniem aminokwasów (z asparginy kwasu asparginowego z glutaminy kwasu glutaminowego oraz po cyklizacji kwasu PCA (pirolidonokarboksylowego)) z wydzieleniem amoniaku, który ulatnia się z gorącego alkalicznego soku.

Jeżeli taki rozkład inwertu i amidów nie następi podczas nawapniania głównego, albo nastąpi w niewielkim stopni, wówczas amidy i inwert będą się rozkładały dopiero podczas zatężania soków w wyparce. W takim przypadku istnieje niebezpieczeństwo spadku alkaliczności soków, obniżenia pH soków oraz dużego przyrostu zabarwienia podczas zatężania. Takie soki są wówczas termolabilne, czyli nie są odporne na działanie wysokiej temperatury podczas zagęszczania.

Cele saturacji I:

• przeprowadzenie Ca(OH)₂, dodanego w nadmiarze w procesie nawapniania głównego, w krystaliczny węglan wapniowy,

• zaadsorbowanie na jego powierzchni, jak największej ilości niecukrów (głównie związków barwnych),

• uzyskanie soku o dobrych właściwościach filtracyjnych i sedymentacyjnych.

Ca(OH)₂+CO₂→ CaCO₂↓+H₂O

Powstający węglan wapniowy w postaci kryształków ma ładunek elektrokinetyczny dodatni, a więc neutralizuje ujemne ładunki koloidów (białek) oraz posiada dobre właściwości adsorbcyjne. Dzięki temu podczas saturacji (saturowanie do pH około 11) mogą być zaadsorbowane znaczne ilości niecukrów, które w następnym etapie filtracji I będą oddzielone od soku w postaci osadu defekosaturacyjnego.

Warunki saturacji I:

Czas saturacji I zależy od pojemności aparatu saturacyjnego i natężania przepływu soku.

Średni czas przebywania soku wynosi 8-10 minut.

Wartość pH soku po saturacji I około 11.

Temperatura około 85°C taka, jaką sok uzyska po defekacji głównej.
Przed saturacją I nie instaluje się ogrzewaczy soku.

Filtracja I

Oddzielenie soku defekosaturacyjnego po saturacji I odbywa się w dekantatorach lub w filtrach.

Sok oddzielony od osadu w dekantatorach lub filtrach poddawany jest procesowi saturacji II za pomocą gazu saturacyjnego zawierającego dwutlenek węgla.

Saturacja II

Cel:

• obniżenie pH soku do około 9,5,

• usunięcie w jak największym stopniu rozpuszczalnych soli wapniowych.

Warunki:

• temperatura 95°C,

• wartość pH soku po saturacji II około 9,5,

• alkaliczność optymalna, przy której w soku jest minimum soli wapniowych.

Cel filtracji II

• oddzielenie osadu zawartego w soku po saturacji II i uzyskanie klarowanego soku oczyszczonego tzw. soku rzadkiego.

Efekt oczyszczania soku surowego około 40% tzn. około 40 % niecukrów zostaje usunięte podczas oczyszczania soku surowego za pomocą wapna i dwutlenku węgla.

Zatężanie soków

Zadaniem procesu oczyszczania jest otrzymywanie soku oczyszczonego (rzadkiego) możliwie termostabilnego, czyli odpornego na wysoką temperaturę podczas zatężania soku w wyparce. Termostabilność soków cukrowniczych jest to odporność na działanie wysokiej temperatury. Brak termostabilności, czyli termolabilność objawia się wzrostem zabarwienia soku podczas odparowywania wody w wyparce, a także zanikiem alkaliczności i spadkiem wartości pH soku lub co najmniej jedną z tych zmian składu soków.

Na ogół soki, które nie zawierają inwertu i amidów są termostabilne.

Jeżeli podczas defekacji głównej w wysokiej temperaturze (≈85°C) i w odpowiednim czasie (około 10 minut) ulegną całkowitemu rozkładowi inwert i amidy, to otrzymany sok oczyszczony (rzadki) będzie termostabilny, czyli odporny na działanie wysokiej temperatury podczas zagęszczania w wyparce i krystalizacji w warnikach.,

APARAT WYPARNY ROBERTA

Zatężanie soków – niekorzystne zjawiska

Niekorzystne zjawiska zachodzące podczas zagęszczania soku w wyparce:

1. Przyrost zabarwienia soku w wyparce spowodowany jest przebiegającą w dalszym ciągu reakcją Maillarda, pomiędzy inwertem a aminokwasami.
   
   Czynniki wpływające na przyrost zabarwienia soku w wyparce:
   - skład soku rzadkiego, a więc przebieg procesu oczyszczania – głównie zawartość inwertu. Jeżeli inwert jest należycie rozłożony w procesie nawapniania głównego (defekacji głównej). Wówczas przyrost zabarwienia soku w wyparce jest niewielkim. W przeciwnym razie następuje duży przyrost zabarwiania soku podczas zagęszczania.
   - parametry pracy wyparki – temperatura i czas przebywania soku w aparacie wyparnym.
   
   Zatężanie soków – siarkowanie soków.
   Celem siarkowania soku rzadkiego jest zmniejszanie zabarwienia soku oraz zapobieżenie przyrostowi zabarwieniu soku podczas zatężenia w wyparce.
   Siarkowanie soku za pomocą SO₂ – SO₂ jako inhibitor zabarwienia, tzn. hamuje przyrost zabarwienia soku w wyparce podczas zatężania.

2. Zanik alkaliczności i spadek wartości pH soku podczas zagęszczania w wyparce.
   Przyczyny zaniku alkaliczności:
   - dalszy rozkład amidów z wydzieleniem amoniaku,
   - ulatnianie się amoniaku z soku,
   - rozkład inwertu.
   
   
   
   
   
   
   
   Czynniki wpływające na spadek wartości pH soku i zmniejszenie alkaliczności:
   - skład soku rzadkiego, który z kolei zależy od składu chemicznego buraków oraz od przebiegu procesu oczyszczania,
   - parametry pracy wyparki (temp., czas)
   W przypadku dużych spadków wartości pH soku i zaniku alkaliczności soku podczas zatężenia w wyparce trzeba stosować alkalizowanie soku za pomocą sody (Na₂CO₃), NaOH lub fosforanu trójsodowego.

3. Zarastanie powierzchni grzejnych wyparki.

Przyczyny wydzielania się osadów na powierzchni grzejnej:

• przekroczenie iloczynu rozpuszczalności soli wapniowych w miarę odparowywania wody (węglan, siarczan szczawian, cytrynian wapnia),

• zmniejszenie rozpuszczalności niektórych soli wapniowych wraz ze wzrostem stężenia cukru lub wzrostem temperatury soku po wejściu do I działu wyparki,

• rozkład wodorowęglanu wapnia (w I dziale wyparki) wytworzonego podczas saturacji II,

• resztki CaCO₃, niewykrystalizowanego do końca saturacji II (z roztworu przesyconego).

Zapobieganie zarastaniu powierzchni grzejnych wyparki:

1. środki podjęte podczas oczyszczania soków
   - utrzymanie alkaliczności optymalnej soku po saturacji II, odpowiadającej minimalnej zawartości soli wapniowych w soku,
   - sodowanie soków i inne metody odwapniania soków,

2. metody fizyczne
   - wibracje, ultradźwięki, pole magnetyczne, zapobiegające przyleganiu osadów do powierzchni metalowej rurek wypranych.

3. stosowanie inhibitorów
   - środków chemicznych nie dopuszczających do wytrącenia osadów lub nadających osadom postać zawiesiny nieprzylegającej do ściany rurek wyparnych (np. fosforany),

4. gładkość wewnętrznych powierzchni rurek zapobiegająca zarastaniu
   - utrudnia wrzenie, ale zmniejsza przyczepność osadu do powierzchni rurek.

Usuwanie osadów z powierzchni wyparki

Gdy powierzchnia grzejna wyparki zarośnie osadem, wtedy jest utrudniona wymiana ciepła w wyparce (więcej ciepłą musimy dostarczyć do wyparki, aby usunąć (odparować) taką samą ilość wody z soku. Osad takie należy wtedy usunąć. Usuwanie osadów z powierzchni grzejnej wyparki odbywa się za pomocą środków chemicznych np. HCl.