PRODUKCJA SACHAROZY

Proces wstępny

Burak cukrowy zawiera 15-30% sacharozy. Cukrownie przechowują buraki w kopcach, które muszą być przewietrzane (ok. 4st C). Przed włożeniem ich do kopca są one wstępnie oczyszczane (na wstrząsaczach), a następnie trafiają do kanałów spławnych (t_wody=20^oC), gdzie usuwane są liście i wszystkie zanieczyszczenia znajdujące się na powierzchni wody. Następnie za pomocą pompy wirowej są one kierowane do płuczki. Tam w specjalnej wannie zaopatrzonej w wał, który transportuje buraki wzdłuż płuczki. Dzięki temu pozbywamy się piasku, liści i innych zanieczyszczeń, które nie zostały wcześniej usunięte. Następuje tu bardzo duże wykorzystanie wody. Zawartość zanieczyszczeń po tych procesach wynosi 0,2%. Straty cukru to ok. 0,1%.

Krojenie

Trafiają do krajalnicy tarczowej, gdzie powstaje z nich krajanka, która musi mieć określony kształt:

Rysunek

Ekstrakcja

wyekstrahowanie max sacharozy przy min innych cukrów. średni czas procesu 70-80min. im wyższa temp to szybsza dyfuzja, krótszy czas więc mniejsze niebezpieczeństwo rozpadu ścian komórkowych. nie powinna być wyższa niż 76 st.c bo wtedy intensyfikuje przechodzenie innych cukrów, niecukrów. woda świeża jest zakwaszana, hamuje dyfuzję niecukrów i zabezpiecza mikrobiologicznie, H2O2, H2S2O8 jeszcze bardziej zabezpiecza. wysłodki- buraki pozbawione sacharozy, poddawane są wyżymaniu, uzyskuje się wodę wysłodkową ok.1% cukru. sok surowy- półprodukt, zawiera 13-15% sacharozy, 1,5% zanieczyszczeń (białka, sole, cukry, barwniki), nie można jeszcze wykrystalizować sacharozy, trzeba go poddać oczyszczaniu

Nawapnianie wstępne

CaO ~0,2%nb 45^oC ~25 min

Jony Ca- absorpcja na powierzchni koloidów, koloidy przestają się odpychać, łączą się w agregaty i powstaje osad.

Z pektyn powstają trudno rozpuszczalne połączenia kwasu pektynowego (wysokocząsteczkowego) z wapniem, związki te przechodzą do osadu i utrudniają jego filtrację. Krótsze cząsteczki kwasu pektynowego powstają w soku.

Z hemicelulozy powstają policukry; arabany i galaktany tworzące (częściowo) z Ca trudno rozpuszczalne żele i przechodzące (w znacznym stopniu) aż do melasu. Prawie całkowicie wypadają poprzez koagulację barwniki melaninowe. Wypadają także sole wapniowe kwasów: szczawiowego, winowego, siarkowego oraz wodorotlenki metali (Mg, Fe, Al).

Cukrzan półwapniowy- dobrze rozpuszczalny:

(C₁₂H₂₂O₁₁)₂Ca x 2H₂O

Połączenia addytywne sacharozy i tlenku wapnia:

C₁₂H₂₂O₁₁ x 2H₂O x CaO

Aparato do nawapniania jest podzielony na kilka przedziałów. Mieszanie musi być stopniowe (mleko wapienne i sok surowy) po to, aby utrzymać równe pH roztworu. Na początku aparatu dodawany jest węglan wapnia, aby koloidy szybciej wypadały. Osad tu powstający jest większy co ma znaczenie później przy filtracji. Ten osad nie nadaje się na początku do filtrowania. Aby poprawić postać osadu stosuje się nawapnianie główne.

Nawapnianie główne

CaO do 2% nb, 85- 87% C, 10 min

Następuje tu rozkład białek, pektyn, inwertu oraz amidów pod wpływem CaO.

Pektyny i hemicelulozy- reakcjie jak podczas nawapniania wstępnego.

Białka- hydrolizowane (powstają aminokwasy) aminokwasy powstają też z amidów z których uwalniany jest również amoniak.

Produkty rozkładu białek i amidów wchodząc w reakcje z inwertem tworzą barwniki melanoidynowe. Z glukozy i fruktozy powstają kwasy organiczne, których sole wapniowe są rozpuszczalne w soku. Część inwentur karmelizuje barwiąc sok. Po nawapnianiu gł kilkanaście procent sacharozy występuje w postaci cukrzanu. Następnie jest saturacja.

Saturacja

Zwiększa się ilość krystalicznego węglanu wapnia w osadzie. Przez sok przepuszczamy CO₂.

CaCO₃^{+ -} koloidy

Koloid zostaje obudowany CaCO₃ przez co osad nie jest już śluzowaty i nadaje się do filtracji. W tym procesie rozkładany jest cukrzan wapnia i uwalniana sacharoza. Osad trafia do dekantatora i tam poddawany jest obróbce ok. 15-20 min w temp. 80-85 ^oC. uzyskujemy tu sok flokulantny i gęstwę. Gęstwa trafia do prasy filtracyjnej gdzie otrzymujemy 70% suchej substancji.

Druga saturacja

>90^oC

Celem jest obniżenie pH oraz wytrącenie jak największej ilości jonów wapniowych z soków i ich usunięcie. Tu jest usuwane 3-4% zanieczyszczeń. Aparaty o konstrukcji takiej samej jak przy saturacji I ale mają mniejsze wymiary, bo tu jest krótszy czas przepływu soku i ten przepływ jest szybszy.

Filtracja

Po filtracji jest sam węglan wapnia i jest stosowany do wapniowania w aparatach wstępnych. Sok jaki tu otrzymaliśmy to sok rzadki, zawiera 40% zanieczyszczeń mniej; zawiera też jony wapnia które trzeba usunąć przed etapem zagęszczania.

Usuwanie jonów wapnia przez przepuszczanie przez złoże kationowe. Na tym złożu są umieszczone jony sodu. Wapń wymieniana jest z sodem. Uzyskuje się w ten sposób lepiej rozpuszczalne sole. To złoże ma 2,5m wys i pracuje przez kilka do kilkudziesięciu godzin zanim zostanie poddane regeneracji. Dodajemy SO₂, aby zapobiec przyrostowi barwy podczas zatężania. Ten sok ma ok. 15% ss dlatego trzeba go zatężyć.

Zatężanie soku

Odbywa się w wyparkach wielodziałowych. Temp w każdym dziale wraz z ciśnieniem musi być coraz niższa. Po zatężaniu uzyskujemy sok gęsty o 65-70% ss.

Filtracja

Sączymy tak aby nie był mętny. Temp ok. 90^oC. Ma on konsystencje miodu. Sok po tym procesie trafia do produktowni.

Zatężanie w warmniku

Warmnik to zbiorniki z elementami grzewczymi. Szybkość krystalizacji zależy: 1. od stopnia przesycenia 2. temp im wyższa tym krystalizacja zachodzi szybciej- następuje dyfuzja; ale nie za wysoka 3. obecność innych sacharydów powoduje wzrost rozpuszczalności sacharozy 4. obecność barwników powoduje powstawanie cukru o żółtym zabarwieniu.

Zatężanie prowadzi się: 0,25 atm w temp 70-80^oC i utrzymuje się cukrzycę I. Aby ona miała duże kryształy to współczynnik przesycenia musi mieć od 1,15 do 1,2. dodać kryształy zaszczepowe. Robimy dociągi soku, aby utrzymać cały czas tą krystalizację. Trwa to ok. 1,5h przy współczynniku przesycenia ok. 1,05. po tym czasie wypuszcza się cukrzycę z warmników do specjalnych zbiorników, gdzie jest ona powoli mieszana i dzięki temu utrzymywana w płynnym stanie.

Wirówki

Są to duże urządzenia i dość skomplikowane. Najistotniejszy jest bęben o porach

Afinacja

Czyszczenie sacharozy

Popłukuje się sacharozę poprzez rozpylanie wody o temp. Ok. 90^oC (20l na tonę); ona wypłukuje resztki soku znajdującego się pomiędzy kryształami. Trwa to ok. 30s. Następnie stosuje się parę wodną o temp >150^oC i traktuje się nią cukier. Para ulega wykropleniu, bo styka się z zimnym cukrem przez co dodatkowo go obmywa. Tu uzyskujemy cukier wybielony, który zawiera do ok. 1% wody i jest wygarniany z wirówki. W tym momencie uzyskuje się ok. 50% sacharozy, która została wprowadzona na początku z burakami. Ten cukier jeszcze musi zostać poddany osuszeniu.

Suszenie

Cukier traktowany jest gorącym i zimnym powietrzem (zimne w II etapie po to aby można było go spakować). Odbieramy w ten sposób cukier suchy, który zawiera różnej wielkości kryształy. Wysypujemy go na sito, aby przesegregować. Cukier jest poddawany działaniu elektromagnesu a następnie jest pakowany lub trafia do silosów.

Wirowanie

Po wirowaniu otrzymujemy odciek ciemny I. On zawiera ponad 80% ss w tym ponad 85% sacharozy. Jest on kierowany do warmników i z niego gotuje się cukrzycę II. Gotuje się ją 2 razy dłużej, bo zawiera więcej zanieczyszczeń. Gdy osiągniemy ok. 93% suchej substancji to kierujemy ją do wirowania- inna wirówka niż w przypadku cukrzycy I. Powstała sacharoza po odwirowaniu nazywa się mączką. Wybiela się ją tylko przy użyciu wody- brak pary. Uzyskany cukier jest drobniejszy i zawiera większą ilość zanieczyszczeń. Mączka + sok rzadki daje klarówkę ok. 65% ss i jest wykorzystywana do gotowania cukrzycy I. Odciek jest po raz 3 zatężany i mamy do czynienia z cukrzycą III. Ze względu na niską czystość cykl gotowania jest bardzo długi- 10-14h. Po osiągnięciu >93% ss cukrzycę transportuje się do mieszadeł cukrzycy III. To zbiornik z mieszadłami, które są chłodzone wodą od środka. W ciagu 24h następuje obniżenie temp do 40^oC. Następuje powolny przyrost kryształów. 40% masy cukrzycy to kryształki sacharozy. Nie przekraczać tej ilości bo inaczej wzrośnie lepkość sacharozy. Poddaje się ją wirowaniu na aparatach do cukrzycy II, ale bez oczyszczania. Uzyskujemy mączkę III i ona jest używana do inicjowania krystalizacji cukrzycy II i melas- produkt uboczny. 99,7% sacharozy zawiera cukier do spożycia. Melas zawiera 50% sacharozy 30% innych substancji i jest wykorzystywany w przemyśle fermentacyjnym np. do produkcji etanolu (60l etanolu na 100kg sacharozy). Melas jest składowany w dużych zbiornikach i stanowi on 4% zużytych buraków.

WYSŁODKI ZIEMNIACZANE - do 90% zużytych byraków. Stosuje się je jako paszę dla zwierząt, bo zawiera ok. 94% wody. Z nich wyrzyna się ok. 10% ss aby mogły być stosowane jako pasza. Można je suszyć do ok. 10% zaw wody- mogą być dzięki temu długo składowane. Stosowane jako źródło błonnika pokarmowego, jako materiał do spalania po uprzednim wysuszeniu.

PRODUKCJA SKROBII ZMIENIACZANEJ

Skrobia ziemniaczana jest w postaci ziaren. W ziemniakach jest jej 9-29%. Są one albo przerabiane na bieżąco albo składowane.

Płuczka

Tak jak w przypadku buraków cukrowych

Rozdrabnianie ziemniaków

Są wciskane pomiędzy bęben a wał i tam następuje zniszczenie struktury i uwolnienie ziarenek skrobiowych.

Wirowanie

Wirówka sedymentacyjna oddziela sok (zawiera tyrozynę- która nadaje ciemna barwę). Po oddzieleniu soku zapobiegamy ciemnieniu miazgi. Można stosować SO₂ jako substancję zapobiegającą ciemnieniu. Wodę z zawrotu wprowadza się na miejsce tego soku.

Wymywacze strumieniowe

Bęben z powierzchnią perforowaną obraca się wolno. Miazga jest dociskana siłą odśrodkową i się przesuwa a na nią jest natryskiwana wodą, która wypłukuje skrobię (jest to zimna woda) w postaci mleczka. Stałe elementy miazgi po wyciśnięciu skrobi to wycierki. Mleczko ma wiele zanieczyszczeń.

Rozdzielenie włókien

Odwłókniasz: działa podobnie do wymywacza. Ma bęben, który wiruje. Włókna są wydostawane na zewnątrz.

Usuwanie piasku w bihydrocyklonie

Po uruchomieniu urządzenia materiał lekki (skrobia w wodzie) będzie wirować przy osi i idzie w górę, a piasek opada na dno. Woda miesza się z piaskiem i czynność się powtarza- oddzielenie piasku ze skrobią od skrobi => efekt -> czysty piasek

Oczyszczanie skrobi

W hydrocyklonach rafinujących- są one małe. Mleczko skrobiowe trafia do I hydrocyklonu raf. Następuje tu oddzielenie skrobi od wody sokowej. Woda jest wypychana do góry a skrobia idzie do dołu. Przechodzi do drugiego ale wcześniej jest oczyszczana wodą z trzeciego itd. Opuszcza ostatni hydrocyklon jako mleczko rafinowane zawierające do 40% ss. Woda sokowa z I hydrocyklonu raf kierowana jest do I układu klarującego. Skrobia schodzi w dół i jest zawracana a woda idzie dalej. Woda sokowa używana jest do wymywania skrobi z miazgi. Może ona trafiać do osadników, gdzie gromadzi się skrobia.

Odwadniacz próżniowy

Bęben posiadający perforowaną powierzchnię i na tej pow jest tkanina filtracyjna. Zanurzony jest on w mleczku i się obraca w nim. Na powierzchni filtracyjnej pozostaje skrobia a wewnątrz woda. Nóż ścina warstwę skrobi z bębna. Następnie bęben znowu jest zanurzany w mleczku. Skrobia ta zawiera od 60% ss.

Suszarnia

Gorące powietrze ok. 160^oC styka się z mokrą skrobią przez 2-3s. Nie można jej podgrzać do 40^oC bo to doprowadzi do jej modyfikacji- powstanie kleik. Po tym procesie skrobia zawiera 80% ss.

Cyklony

Pył jest zawracany i łączy się z masą skrobi. Dalej jest ona transportowana przenośnikami śrubowymi do silosów. W czasie tego procesu następuje ujednolicenie produktu. Produkt w silosach mimo to jest zróżnicowany- posiada pył jak i duże grudki.

Segregatory

Zestaw sit o coraz mniejszych oczkach. Na górnych zlepieńce a na dolnych mączka. Zlepieńce są przeznaczone do produkcji hydrolizatów skrobiowych. Mączka zaś jest pakowana do worków.

Skuteczność tego procesu to ok. 90% skrobi prowadzonej z Zimniakami. Z 1000t ziemniaków- 600kg skoagulowanego białka

Produkty uboczne w procesie produkcji skrobi:

- wycierka- stała pozostałość po wymywaniu skrobi, zawiera białak tłuszcze błonnik itp. I występuje w postaciach: 1. prasowana (woda ok. 65%) 2. ukiszona (fermentacja mlekowa) 3. suszona (woda ok. 13%)- wykorzystywana w paszach

- sok ziemniaczany- źródło białka (usunięty z miazgi ziemniaczanej przed wydobywaniem skrobi)- w postaci rozcieńczonej stanowi odpad trudny do zagospodarowania

SYROP SKROBIOWY

Wyróżniamy dwie metody produkcji:

1. hydroliza kwasowa

2. hydroliza enzymatyczna

Hydroliza kwasowa: przygotowuje się tu 35% mleczka skrobiowego, które miesza się z kwasem (HCl H₂SO₄) do pH o wartości 1,5-2 i podgrzane do temp 110^oC. Podgrzany roztwór trafia do konwektora rurowego (izolowane połączone ze sobą rury) o ciśnieniu 20 atm. Zapobiega to wrzeniu tego mleczka. Przebywa tu 10 min i przez te 10 min zachodzą różne procesy: do temp 65 st C następuje klarowanie skrobi; ponad 110 st C- hydroliza skrobi (cięcie łańcuchów na mniejsze elementy). Te krótkie elementy to: 1- wysokocząsteczkowe dekstryny o masie cząsteczkowej ok. 10 tys- barwią się z jodem na niebiesko 2- dekstryny o masie 6-7 tys- zabarwienie z jodem na brązowo i 3- dekstryny o masie 1,5-3,7 tys one nie barwią się z jodem.

Równoważnik glukozowy (DE) ilościowe wyrażenie postępu hydrolizy. Opiera się na pomiarze redukcyjności uzyskanego hydrolizatu, np. 50%DE- syrop ma taką redukcyjność jakby zawierał w ss 60% glukozy. Im wyższe DE tym wyższy udział glukozy a mniejszy innych cukrów.

Na szybkość hydrolizy wpływa: 1. temp- im wyższa tym szybsza (w przedziale 110-150 st C to 3 krotny wzrost co 10 stC) 2. stężenie jonów wodorowych- im niższe pH tym szybsza hydroliza 3. wiązania- alfa 1,4 ulegają szybciej hydrolizie niż alfa 1,6

Hydroliza kwasowa obarczona jest różnymi wadami: 1. następuje rewersja glukozy 2. rozklad glukozy- im niższe pH im wyższa temp tym rozkład glukozy wpływa na wartość produktów ubocznych

Neutralizujemy kw węglanem sodu do pH= 4- po wyjściu z konwektora. To hamuje hydrolizę i następnie trafia do cyklonu rozprężnego. Yu panuje ciś ok. 0,5 atm- następnie zahodzi tu gwałtowne wrzenie hydrolizatu- odparowywanie wody, obniżenie temp do ok. 85st C.

---