Сахар - один из важнейших продуктов питания, широко используемый в кондитерской и пищевой промышленности. Большая часть потребляемого в мире сахара производится из сахарного тростника и сахарной свеклы. В России основным сырьем для производства сахара традиционно является свекла. Однако во многих тропических и субтропических странах сахар изготавливают из сахарного тростника. Это связано с тем, что тростник хорошо растет в жарком климате и дает высокие урожаи сахаросодержащего сырья.
Процесс производства сахара из тростника довольно сложный и включает в себя выращивание, уборку тростника, извлечение сока, очистку, концентрирование, кристаллизацию и рафинирование. В этой статье мы подробно разберем технологию производства тростникового сахара и узнаем, чем она отличается от переработки свеклы.
Выращивание и уборка тростника
Выращивание сахарного тростника происходит в основном в тропических и субтропических регионах. Он хорошо растет при высокой температуре и влажности. Плантации тростника работают по конвейерному принципу - пока убирается урожай с одного участка, на другом уже созревает следующий. Уборка прекращается только во время сильных ливней.
На крупных промышленных плантациях для уборки используются специальные комбайны. Они срезают стебли, измельчают их и загружают полученную массу в грузовики для транспортировки на завод. После срезания тростник быстро теряет полезные свойства и ценный сок, поэтому его нужно как можно быстрее доставить на переработку.
Извлечение сока из тростника
После доставки на завод тростниковое сырье проходит лабораторный анализ. В его ходе определяется концентрация сахара, воды, растительных волокон и других веществ. Если результаты анализа соответствуют требованиям, стебли поступают на специальную мельницу для извлечения сока.
В качестве мельницы обычно используют вальцевые прессы сложной конструкции, включающей кратер - два вальца с рифленой поверхностью для предварительного раздавливания стеблей, и от 3 до 4 трехвальцовых отжимных прессов-мельниц. В кратере стебли тростника раздавливаются для подготовки к отжиму сока. Затем сырье последовательно пропускается через все мельничные прессы, в результате чего сок постепенно отжимается полностью.
Для повышения эффективности отжима между прессами осуществляется циркуляция сока, а перед последним прессом подается вода. Благодаря многоступенчатой обработке удается извлечь до 90% сахара из тростника. Полученный сок проходит первичную очистку от мезги на фильтре и передается на следующий этап.
Таким образом, в отличие от свекловичного сахара, где применяется диффузионный способ извлечения сока, из тростника сок получают методом многократного отжима на вальцах. Это традиционная технология переработки тростникового сырья, позволяющая эффективно извлекать сахаросодержащий сок.
Очистка тростникового сока
После извлечения сок проходит очистку - важнейший этап в производстве сахара из тростника. В отличие от свекловичного сырья, для очистки тростникового сока требуется гораздо меньше извести.
Очистка проводится методом дефекации - обработки известковым молоком. Существует холодный и горячий способ дефекации. При холодном способе сок смешивается с 0,2% раствором извести, нагревается в решетках и поступает в отстойники. Для ускорения осаждения в сок подается пар, он кипятится и отстаивается 1 час.
При горячей дефекации сок сначала нагревается до 85-90°С, а затем уже смешивается с известковым молоком. Дальнейшее осаждение протекает одинаково. В результате дефекации достигается нейтрализация кислот, осаждение несахаров, улучшение прозрачности сока.
Однако дефекация не позволяет полностью удалить примеси. Для этого применяют обработку сернистым газом при нормальной температуре - холодную сульфитацию. Этот метод основан на зависимости эффективности очистки от количества введенной извести. Сернистый газ нейтрализует избыток щелочи, предотвращая потемнение сока.
После завершения дефекационной очистки получается прозрачный сок без примесей, который поступает на стадию концентрирования и кристаллизации. Таким образом, благодаря щадящей технологии очистки сохраняется качество тростникового сока и извлекаемого из него сахара.
Концентрирование и кристаллизация сахарного сиропа
После очистки сок концентрируется путем выпаривания воды до нужной консистенции густого сиропа. Далее сироп поступает в вакуум-аппараты, где концентрируется до состояния утфеля.
Процесс кристаллизации утфеля осуществляется с добавлением сахарной пудры, являющейся центрами кристаллообразования. Для повышения эффективности пудра вводится в несколько этапов.
Жидкий утфель затем переносится в вакуум-аппараты последнего цикла, где повторно уваривается уже на маточном утфеле - готовых кристаллах сахара. Полученная масса выгружается в кристаллизаторы для медленного охлаждения в течение нескольких суток.
Далее следует стадия центрифугирования для отделения кристаллов от сиропа. Полученные мелкие кристаллы возвращают в кристаллизаторы и смешивают с очищенным сиропом для повторной кристаллизации. В итоге получается сахарный песок, который подвергается финальной обработке.
Таким образом, благодаря поэтапной кристаллизации с контролем процесса из тростникового сока можно получить сахар высокого качества. Количество циклов кристаллизации определяет чистоту конечного продукта.
Сравнение с производством свекловичного сахара
Производство сахара из сахарного тростника во многом схоже с производством свекловичного сахара, однако есть и ряд принципиальных отличий. Главные из них:
- Для извлечения сока из тростника используется метод отжима на вальцах, в то время как из свеклы сок получают методом диффузии.
- Тростниковый сок требует меньшего количества извести для очистки - всего 1 цикл дефекации, тогда как свекловичный сок проходит очистку минимум в 4 этапа.
- Цвет сырца из тростника обычно коричневый, а конечный продукт после рафинирования может оставаться слегка коричневатым. Свекловичный сырец и готовый продукт - белые.
Однако по своим питательным и вкусовым качествам сахар-сырец из тростника ничем не уступает свекловичному. Коричневый цвет обусловлен лишь наличием небольшого количества патоки и не влияет на качество продукта.
В целом использование тростника как сырья имеет ряд преимуществ перед свекловичным сахаром за счет более простой агротехники выращивания, многолетнего цикла использования плантаций и высокой продуктивности культуры в тропическом климате.
Преимущества использования тростника
Сахарный тростник обладает рядом преимуществ перед другими видами сырья для производства сахара, в частности перед свеклой:
- Тростник - теплолюбивая культура, которая хорошо растет в тропическом и субтропическом климате, где выращивание свеклы затруднено.
- Тростник - многолетняя культура, дающая урожай в течение 5-7 лет, тогда как свекла - однолетник.
- Производительность тростника значительно выше - до 100-120 тонн сахара с 1 га, против 40-50 тонн из свеклы.
Помимо этого, тростниковое сырье проще поддается переработке благодаря высокому содержанию сахарозы (14-20%) и наличию сокодвижущих тканей в стебле.
Таким образом, использование тростника позволяет получать бóльшие объемы сахара с меньшими затратами, что делает эту культуру привлекательной для производителей в тропических регионах.
Особенности рафинирования
После получения сахарного сырца из тростника, его необходимо рафинировать для улучшения качества и получения белого сахара. Процесс рафинирования имеет ряд особенностей:
- Сырец из тростника, как правило, имеет коричневый цвет из-за наличия небольшого количества патоки. Поэтому на первом этапе его подвергают дополнительной очистке с помощью ионообменных смол для удаления красящих веществ.
- Далее следует этап аффинирования - добавления суспензии активированного угля для осветления и обесцвечивания сырца. Этот процесс может повторяться несколько раз до достижения нужного уровня белизны.
- Поскольку из тростника получается сырец с относительно мелкими кристаллами, его необходимо подвергнуть процессу укрупнения кристаллов перед расфасовкой.
В отличие от свекловичного сырца, где используется только горячее растворение, при рафинировании тростникового может применяться как горячее, так и холодное растворение с последующей очисткой и кристаллизацией.
Таким образом, рафинирование тростникового сырца требует большего количества стадий очистки и обесцвечивания для получения сахара требуемого белого цвета и качества по сравнению со свекловичным сырцом.
Перспективы отрасли
Производство сахара из сахарного тростника является важной отраслью экономики во многих тропических странах. Несмотря на конкуренцию со стороны свекловичного сахара, у этой отрасли есть значительные перспективы развития:
- Рост спроса на сахар на развивающихся рынках Азии и Африки открывает новые возможности для наращивания производства тростникового сахара в тропических регионах этих континентов.
- Внедрение новых высокопродуктивных гибридов тростника позволяет увеличивать урожайность, снижая себестоимость производства сахара из этой культуры.
- Разработка нового более эффективного оборудования для переработки тростника и инновационных методов очистки сахарного сока способствует повышению рентабельности производства.
Определенные перспективы есть и для расширения посевов этой культуры в нетрадиционных регионах, например в России на Черноморском побережье Кавказа, где подходящий субтропический климат.
Таким образом, несмотря на сильные позиции свекловичного сахара, производство тростникового сахара будет и дальше играть важную роль в обеспечении мировых потребностей в этом стратегическом продукте благодаря своим агрономическим и технологическим преимуществам.
