Produkcja cukru trzcinowego

Zbiór

Trzcina cukrowa rosnąca na żyznych glebach, może osiągać do 3 metrów wysokości. Dojrzała roślina posiada w większości wyschnięte liście, część jednak pozostaje nadal zielona. Tam, gdzie jest to możliwe, trzcina jest wypalana przed zbiorem w celu usunięcia martwych liści i częściowo pokrywającego ją wosku. Ogień osiąga wysoką temperaturę, ale wypala się szybko i nie wpływa na zawartość cukru.

Na niektórych terenach wypalanie jest zabronione ze względu na zadymianie i zanieczyszczanie sadzą okolicznych osiedli. Nie ma to jednak szkodliwego wpływu na środowisko, gdyż ilość uwalnianego CO₂ jest niewielka w porównaniu z ilością CO₂ wiązanego w procesie fotosyntezy w czasie wzrostu trzciny. Wypalanie zwiększa również skuteczność procesu ekstrakcji cukru, co oznacza, że dla zaspokojenia światowego zapotrzebowania na cukier można uprawiać mniejszą ilość trzciny.

Zbioru dokonuje się ręcznie lub mechanicznie. Ręczne ścinanie trzciny jest ciężką i brudną pracą, ale daje zatrudnienie wielu ludziom na obszarach, w których panuje bezrobocie. Trzcina jest ścinana przy ziemi, górne, zielone liście są odcinane a łodygi są wiązane w wiązki. Wiązki łodyg są wywożone z pola lekkim wózkiem, a następnie ciężarówkami do cukrowni.

Trzcina zbierana maszynowo jest cięta na małe kawałki lub zbierana w całości jak w przypadku zbioru ręcznego. Maszyny mogą być używane tylko tam, gdzie występują sprzyjające warunki, a teren jest dostatecznie płaski. Dodatkowo, duży koszt maszyn i mniejsza liczba miejsc pracy powodują, że rozwiązanie to nie jest stosowane na wielu plantacjach.

Ekstrakcja

Pierwszym etapem przerobu jest ekstrakcja soku z trzciny. W wielu zakładach trzcina jest przepuszczana przez kilka dużych młynów walcowych, działających podobnie do wyżymaczki stosowanej w ubiegłym wieku do wyciskania wody z wypranej bielizny. Na tym etapie wyciśnięty zostaje słodki sok, a pozostałe włókna trzciny są transportowane do kotłów. W innych zakładach stosuje się ekstraktory działające na podobnej zasadzie, jak w zakładach przetwarzających buraki cukrowe. Niezależnie od sposobu ekstrakcji otrzymany sok jest bardzo zanieczyszczony ziemią pochodzącą z pola, drobnymi włóknami i zielonymi barwnikami roślinnymi.

Ekstrakcja cukru.

Sok po ekstrakcji zwykle zawiera około 15% cukru, a włóknista pozostałość zwana bagassą 1 do 2% cukru, około 50% wody i resztki piasku oraz drobne zanieczyszczenia z pola. Z typowej trzciny cukrowej zawierającej 12 do 14% włókien, przy ich 50% wilgotności otrzymuje się 20 do 30 ton bagassy w przeliczeniu na 100 ton trzciny albo na 10 ton cukru.

Wapnowanie (Defekacja)

Sok można oczyścić dość łatwo za pomocą gaszonego wapna (przypomina kredę), które wytrąca wiele zanieczyszczeń, transportowanych ponownie na pola uprawne. Proces ten nazywa się wapnowaniem (defekacją).

Sok z ekstraktorów jest ogrzewany przed wapnowaniem, w celu osiągnięcia optymalnej klarowności. Do soku dozuje się odpowiednią ilość mleka wapiennego (wodorotlenek wapnia-Ca(OH)₂) do uzyskania pożądanego stężenia, a mieszaninę kieruje się do dekantatora grawitacyjnego. Sok przepływa przez aparat bardzo powoli, tak aby cząstki stałe osadziły się i pozostał czysty sok.

Błoto z dekantatora nadal zawiera nieco cukru więc pozostały sok jest separowany w obrotowych filtrach próżniowych, gdzie dodatkowo stosuje się płukanie wodę. Odfiltrowany sok i słodka woda są kierowane do procesu produkcyjnego.

Zagęszczanie

Po wapnowaniu, sok jest zagęszczany przez odparowanie wody w stanie wrzenia, przy czym stosuje się ogrzewanie parą grzejną. Czasami gęsty sok ponowne się oczyszcza, choć najczęściej jest on kierowany wprost do krystalizacji.

Czysty sok zawiera około 15% cukru, lecz nasycony gęsty sok cukrowy gotowy do krystalizacji powinien zawierać około 80% cukru. Najskuteczniejszym sposobem osiągnięcia stężenia cukru bliskiego nasycenia jest stosowanie wyparek wielodziałowych ogrzewanych parą.

Gotowanie cukrzycy/Krystalizacja

W ostatnim etapie produkcji gęsty sok jest umieszczany w bardzo dużych warnikach, w których odparowana jest taka ilość wody, by osiągnąć warunki odpowiednie do wzrostu kryształów. Proces krystalizacji jest inicjowany przez dodanie do syropu kryształów cukru. Po wykształceniu się kryształów, mieszanina soku i kryształów (cukrzyca) jest odwirowywana w wirówkach. Proces ten przebiega podobnie do odwirowywania prania. Kryształy są następnie osuszane gorącym powietrzem i magazynowane do wysyłki.

Wirówki do cukru (Źródło)

Odciek z wirówek nadal zawiera pewną ilość cukru więc krystalizację powtarza się kilkakrotnie. Jednakże inne związki cukrowe hamują krystalizację. Dotyczy to w szczególności glukozy i fruktozy, które są produktami rozkładu sacharozy. Powoduje to, że każde kolejna krystalizacja jest coraz trudniejsza, a w końcu nie jest dalej możliwa.

W produkcji surowego cukru krystalizację przeprowadza się najczęściej trzykrotnie. Pierwsze gotowanie cukrzycy lub gotowanie „A” daje najlepszy cukier, który jest kierowany do sprzedaży. Gotowanie „B” trwa dłużej i krystalizacja trwa również dłużej, by osiągnąć pożądanej wielkości kryształy. Niektóre zakłady ponownie rozpuszczają cukier B i używają do procesu produkcji cukru A. W innych, cukier B jest używany do zapoczątkowania krystalizacji cukru A, a czasami bywa on także mieszany z cukrem A i kierowany do sprzedaży. Gotowanie „C” trwa proporcjonalnie dłużej niż B, podobnie jak krystalizacja. Otrzymany cukier jest dodawany do zapoczątkowania krystalizacji cukru B, a reszta jest ponownie rozpuszczana.

Ponieważ nie można wykorzystać całego cukru zawartego w soku, pozostaje produkt uboczny: melasa. Jest ona głównie używana do produkcji paszy i w gorzelniach do produkcji alkoholu. Dlatego też na Karaibach zakłady produkujące rum zawsze znajdują się blisko cukrowni przerabiających trzcinę cukrową.

Przechowywanie

Końcowy produkt - cukier surowy, jest przechowywany w magazynach w postaci lepkiej, brązowej góry i przypomina jasnobrązowy cukier spotykany w gospodarstwach domowych. Nadaje się bezpośrednio do spożycia, choć z reguły ulega zanieczyszczeniu w czasie przechowywania, a ponadto ma charakterystyczny, nielubiany przez wiele osób smak. Z tego powodu, po sprowadzeniu do kraju importera jest rafinowany.

Afinacja

Pierwszy etap rafinacji cukru surowego polega na zmiękczeniu, a następnie usunięciu warstewki syropu pokrywającego kryształy w procesie zwanym afinacją. Cukier surowy jest mieszany z ciepłym, zagęszczonym sokiem o nieco większej czystości niż syrop międzykryształowy tak aby nie rozpuścić kryształów, lecz wyłącznie brązowy syrop pokrywający kryształy. Otrzymana mieszanina (magma) jest odwirowywana w celu separacji kryształów z syropu. W ten sposób usuwa się także większość zanieczyszczeń cukru surowego, a wyseparowane kryształy są przygotowane do rozpuszczenia w kolejnym etapie procesu (saturacja).

Syrop powstały po rozpuszczeniu wypłukanych kryształów zawiera nieco barwnika, drobne cząstki, barwne cząsteczki, związki typu gumy, żywice oraz inne substancje niecukrowe. Są one usuwane w dalszych etapach procesu.

Saturacja

Pierwsza etap przerobu syropu cukrowego ma na celu usunięcie substancji stałych, odpowiedzialnych za jego mętność, przy czym roztwór się także nieco odbarwia. Jedną z dwóch powszechnie stosowanych na tym etapie technik jest defekacja i saturacja. Polega ona na dodaniu do soku mleka wapiennego [wodorotlenek wapnia, Ca(OH)₂] i wprowadzaniu dwutlenku węgla. Gaz reaguje z wapnem tworząc krystaliczny węglan wapnia, który wiąże zanieczyszczenia stałe. W celu zachowania odpowiednich warunków dla flokulacji osadu, reakcja jest ściśle kontrolowana. Powstały osad zawiera wiele związków niecukrowych, które po filtracji osadu zostają usunięte Po filtracji, sok jest gotowy do odbarwiania. Inna stosowana technika - fosfatacja, jest chemicznie podobna, ale stosuje się w niej związki fosforu, a nie węgla. Fosfatacja jest nieco bardziej złożonym procesem, w którym po defekacji mlekiem wapiennym jak powyżej, do syropu dodaje się kwas fosforowy.

Odbarwianie

Powszechnie stosowane są dwie metody odbarwiania syropu cukrowego; obie wykorzystują proces adsorpcji podczas przepływu syropu przez kolumny wypełnione. Jedną z metod polega na użyciu ziarnistego węgla aktywowanego, który usuwa większość barwników. Ziarnisty węgiel aktywowany jest nowoczesnym odpowiednikiem „węgla kostnego”, otrzymywanego z kości zwierząt. Obecnie używany węgiel jest specjalnie przygotowanym węglem mineralnym w postaci bardzo aktywnych i trwałych granulek. Węgiel jest regenerowany przez wypalanie w specjalnym piecu, gdzie usuwa się związki barwne. Inna metoda polega na użyciu żywicy jonowymiennej, która usuwa mniej związków barwnych niż węgiel, lecz przy okazji usuwa także niektóre sole obecne w syropie. Żywica jest regenerowana chemicznie, co powoduje powstawanie dużych ilości ścieków.

Czysty, lekko zabarwiony syrop jest już przygotowany do procesu krystalizacji, choć ze względu na potrzeby rafinacji, na tym etapie produkcji jest jeszcze zbyt rozcieńczony. Przed procesem krystalizacji jest zatem zagęszczany.

Gotowanie cukrzycy

W warnikach następuje odparowanie wody aż do momentu, w którym zaczynają się tworzyć kryształy. Dodatkowo, do zagęszczonego syropu dodaje się drobne kryształki cukru w celu zapoczątkowania krystalizacji. Mieszanina syropu i kryształów cukru (cukrzyca) jest odwirowywana w wirówkach w celu separacji kryształów. Proces ten przypomina odwirowywanie prania. Odwirowane kryształy są przed pakowaniem osuszane gorącym powietrzem.

Odzysk

Zarówno odciek pozostały po produkcji cukru białego jak i ciecz pozostała po afinacji nadal zawierają cukier, który można odzyskać. Dlatego produkty te odsyłane są do działu odzysku, pracującego w podobny sposób do fabryki cukru surowego, gdzie następuje wydzielenie cukru o jakości porównywalnej do surowego cukru wymytego w procesie afinacji. Jednakże, podobnie jak w każdym procesie produkcji cukru nie jest możliwe wydzielenie całego cukru z odcieku i pozostaje produkt uboczny - melasa z cukru rafinowanego. Jest ona zwykle wykorzystywana jako pasza dla bydła lub w gorzelniach jako surowiec do produkcji alkoholu.

Źródło:

www.sucrose.com