Сахар широко используется для подслащивания пищи и напитков. Основным сырьем для его производства являются сахарный тростник и сахарная свекла. В России бо́льшая часть сахара производится из сахарной свеклы. В этой статье подробно рассмотрим, как производят сахар.
Рассмотрены основные технологические операции: мойка свеклы, измельчение в стружку, экстракция сахара водой, очистка полученного сока, сгущение, кристаллизация, центрифугирование, сушка сахара. Отдельное внимание уделено использованию побочных продуктов производства.
Поступление свеклы и подготовка к переработке
Для производства сахара используется сахарная свекла, которая поступает на сахарный завод по гидравлическому транспортеру. На транспортере установлены ловушки, которые отделяют легкие и тяжелые примеси от свеклы. Затем с помощью специальных насосов свекла подается в свекломойку, где отмывается от земли. Отмытая свекла элеватором поднимается примерно на 20 метров к автоматическим весам. Это нужно, чтобы в дальнейшем свекла могла двигаться самотеком и не требовала дополнительных транспортирующих механизмов.
После взвешивания свекла поступает на свеклорезки, где измельчается в стружку. Полученная стружка имеет оптимальные размеры для последующего процесса экстракции сахара. Размер стружки влияет на эффективность извлечения сахара и качество получаемого сока. Слишком мелкая стружка может вызывать засорение фильтров, а крупная - снижать выход сахара.
Таким образом, на этапе подготовки сырья происходит очистка свеклы от примесей и измельчение до оптимального размера для дальнейшей переработки. Это важная стадия, от которой зависит качество конечного продукта - сахара. Правильная подготовка сырья позволяет максимально эффективно извлечь сахар и получить продукт высокого качества.
Измельчение свеклы и экстракция сахара
Измельченная в стружку на предыдущем этапе свекла поступает в диффузионный аппарат. Здесь происходит процесс экстракции сахара из стружки - вымывание сахара горячей водой. Этот процесс называется диффузией, отсюда и название аппарата - диффузионный. Суть процесса заключается в том, что горячая вода, протекая через слой свекловичной стружки, растворяет сахар. При этом концентрация сахара в стружке понижается, а в воде повышается. Таким образом, сахар переходит из твердой фазы в жидкую.
Полученный диффузионный сок имеет темно-коричневый цвет и содержит около 13% сахара, а также перешедшие из стружки другие вещества - несахара. После экстракции обессахаренная стружка (жом) направляется на прессование и используется в качестве корма для животных.
Процесс экстракции сахара из стружки является ключевым в производстве сахара. От эффективности этого процесса зависит сколько сахара удастся извлечь из сырья. Поэтому очень важно оптимизировать параметры диффузии - температуру воды, продолжительность контакта со стружкой и другие факторы.
Очистка диффузионного сока
Полученный на предыдущем этапе диффузионный сок содержит около 13% сахара, но также имеет большое количество примесей, поступивших из свекловичной стружки. Эти примеси - белки, пектины, красящие вещества - должны быть удалены, чтобы получить очищенный сахарный сок для дальнейшей переработки. Процесс очистки диффузионного сока происходит в несколько стадий.
Сначала сок обрабатывают известью (известковым молоком). Этот процесс называется дефекацией. При дефекации большая часть органических примесей выпадает в осадок. Затем сок обрабатывают диоксидом углерода (СО2). Этот процесс получил название сатурация. При сатурации образуется нерастворимый осадок карбоната кальция, увлекающий за собой примеси. После этого сок отстаивают и фильтруют для отделения осадков.
Следующий этап очистки - сульфитация. Сок обрабатывают диоксидом серы (SO2) для снижения цветности и удаления остаточных примесей. После сульфитации получается светло-желтый сок, содержащий около 13% сахара, пригодный для дальнейшей переработки в сахар.
Таким образом, благодаря многоступенчатой очистке, из темно окрашенного диффузионного сока удается получить светлый очищенный сок, пригодный для производства сахара высокого качества. Эффективность процесса очистки напрямую влияет на качество конечного продукта.
Сгущение сока и кристаллизация
После очистки сатурационный сок светло-желтого цвета с содержанием сахара около 13% направляют на сгущение. Цель этого процесса - увеличить концентрацию сахара в соке для последующей кристаллизации. Для сгущения используют выпарные установки, состоящие из нескольких корпусов выпарных аппаратов. Аппараты обогреваются паром, благодаря чему из сока испаряется вода и концентрация сахара увеличивается.
Сгущение ведут в несколько стадий до получения густого сиропа с содержанием сахара около 60%. Далее сироп поступает в вакуум-аппараты, где при пониженном давлении и температуре ниже 100°C происходит образование кристаллов сахарозы из пересыщенного раствора - это процесс кристаллизации. Образующаяся смесь кристаллов сахара и маточного раствора называется утфелем.
Вакуум-аппараты для кристаллизации оснащены специальными мешалками, обеспечивающими равномерное перемешивание и одинаковый размер образующихся кристаллов сахара. Это важно, так как от размера кристаллов зависит скорость их отделения на следующем этапе центрифугирования. Крупные однородные кристаллы быстрее и легче отделяются.
Таким образом, благодаря процессам сгущения и кристаллизации из очищенного сока с низким содержанием сахара получают утфель - смесь кристаллов сахара с маточным раствором, из которой далее выделяется готовый продукт.
Центрифугирование и получение сахара-песка
Полученный после кристаллизации утфель содержит около 50% кристаллов сахара и 50% маточного раствора. Для выделения кристаллического сахара из утфеля его направляют на центрифуги. В basket-центрифугах под действием центробежной силы происходит разделение утфеля на кристаллы сахара и сахарный раствор.
Кристаллы отбираются в виде сахарной массы с содержанием сахара около 98%, а жидкость (оттеки) возвращается на следующий цикл уваривания и кристаллизации для дополнительного извлечения сахара. Таким образом добиваются максимально возможного извлечения сахара из сырья.
Полученную после центрифугирования сахарную массу сушат в специальных сушилках до остаточной влажности не более 0,1%. В результате получается сыпучий продукт - сахар-песок с содержанием сахарозы не менее 99,9%. Его расфасовывают в потребительскую упаковку и отправляют на реализацию.
Таким образом, благодаря процессу центрифугирования из утфеля выделяется основная масса кристаллического сахара, который после сушки готов к употреблению.
Использование оттеков
В процессе производства сахара на разных этапах образуются оттеки - жидкие фракции после отделения кристаллов сахара. Они содержат от 30 до 50% сахарозы и возвращаются в технологический процесс для повторной кристаллизации и извлечения остаточного сахара.
С этой целью оттеки последовательно концентрируют и кристаллизуют, получая утфели вторичного и последующих выходов. Из них на центрифугах выделяют дополнительное количество сахара уже более низкого качества - так называемые желтые сахара. Их используют либо для повторной переработки, либо для производства продуктов с частичным заменителем сахара.
Таким образом, многократная переработка оттеков позволяет максимально извлечь сахар из сырья и увеличить общий выход готовой продукции. Экономически это очень важно для рентабельности производства.
Сушка и упаковка готовой продукции
После отделения кристаллов сахара на центрифугах получают сахар-сырец с остаточной влажностью около 1%. Для превращения его в сахар-песок сырец необходимо высушить. Сушку осуществляют в специальных сушильных установках, куда подается нагретый до 80-100°C воздух. В результате влажность снижается до уровня 0,1%.
Высушенный сахар-песок поступает на расфасовку в потребительскую упаковку - пакеты или коробки. Для предотвращения слеживания к сахару может добавляться небольшое количество антислеживающих агентов (диоксид кремния). Также на упаковке указывают дату изготовления, состав и пищевую ценность.
Готовая продукция проходит контроль качества и направляется на склад для последующей отгрузки и реализации. Качество сахара определяют по таким параметрам как цвет, влажность, содержание сахарозы, наличие посторонних примесей.
Таким образом, благодаря сушке и фасовке в герметичную упаковку сахар приобретает товарный вид и готов к дальнейшей транспортировке к конечному потребителю.
Переработка побочных продуктов
При производстве сахара из сахарной свеклы образуется несколько побочных продуктов, которые также находят применение. Это позволяет более эффективно использовать сырье и снизить отходы.
- Обессахаренная свекловичная стружка (жом). Она содержит 0,3-0,5% сахара и используется в качестве корма для животных после предварительного прессования.
- Фильтрационный осадок, образующийся после очистки диффузионного сока. Используется в качестве удобрения.
- Меласса, представляющая собой конечный продукт обессахаривания свекловичного сока. Содержит около 50% сахара. Используется для производства спирта, дрожжей, органических кислот и как кормовая добавка.
Таким образом, благодаря комплексной переработке сырья и рациональному использованию побочных продуктов производство сахара из сахарной свеклы является эффективным и экологичным процессом. Это позволяет минимизировать отходы и получить максимальную отдачу от исходного растительного сырья при производстве основного продукта - сахара.
