Как делают сахар из свеклы: от поля до белых кристаллов
Сахар из свеклы получают, извлекая сахарозу горячей водой из измельчённых корнеплодов, затем многократно очищая полученный сок и выпаривая его до состояния, при котором сахароза кристаллизуется. Весь процесс на современном заводе занимает около суток и практически безотходен: жом идёт на корм скоту, меласса используется для производства спирта и дрожжей, а известковый шлам возвращают на поля как удобрение.
Приёмка и подготовка свеклы
Сахарная свекла поступает на завод прямо с поля, поэтому первое, что нужно сделать, это отмыть корнеплоды от земли. Свеклу гидравлическим транспортёром подают в барабанные или вибрационные моечные машины, где несколько потоков воды и механические ударения удаляют загрязнения. После мойки свеклу взвешивают и берут пробы для определения содержания сахарозы, которое в хорошем урожае составляет 16-20% от массы корнеплода.
Чистые корнеплоды подают на свеклорезки, где вращающиеся ножи нарезают их тонкими стружками V-образного сечения шириной 3-5 мм. Именно форма и размер стружки определяют скорость и полноту последующего извлечения сахарозы: слишком тонкая стружка будет засорять оборудование, слишком толстая замедлит диффузию.
Диффузия: вода забирает сахарозу
Стружку направляют в диффузионный аппарат, как правило наклонный шнековый или ротационный. Горячая вода температурой 70-75 градусов движется навстречу стружке и вымывает из клеток сахарозу и сопутствующие вещества. На выходе получают диффузионный сок с содержанием сахара 12-15% и жом, в котором остаётся лишь 0,2-0,5% сахара. Жом сразу прессуют, отжимая воду, и либо продают влажным, либо высушивают в гранулы для длительного хранения.
Очистка сока: известь и углекислый газ
Диффузионный сок мутный и содержит белки, пектины, красящие вещества, которые мешают кристаллизации. Для очистки применяют двухступенчатый процесс: сначала сок обрабатывают известковым молоком (дефекация), при pH 12-12,5 несахара осаждаются или коагулируют; затем через сок продувают углекислый газ (сатурация), известь карбонизируется, образуя мелкие кристаллы карбоната кальция, которые адсорбируют на своей поверхности осадок и захватывают его при фильтрации. После двух стадий сатурации и фильтрации получают очищенный сок, называемый фильтрованным соком первой сатурации, с чистотой сахарозы 92-93%.
Дополнительно сок проходит сульфитацию (обработку диоксидом серы), которая осветляет цвет и подавляет окисление, снижая цветность готового продукта.
Выпаривание, кристаллизация и центрифугирование
Очищенный сок содержит около 14-16% сухих веществ, для кристаллизации нужно 92-93%. Воду удаляют на многокорпусных выпарных установках, где сок последовательно проходит через 4-5 корпусов с разным давлением, что позволяет использовать пар многократно и экономить энергию. На выходе получают сироп (утфельный сироп) с содержанием сухих веществ 65-70%.
Кристаллизацию проводят в вакуум-аппаратах при температуре 70-75 градусов. Затравочные кристаллы сахарозы вносят в пересыщенный сироп, и молекулы сахара начинают нарастать на их поверхности. Процесс кристаллизации длится несколько часов. Полученную смесь кристаллов и маточного сиропа называют утфелем и разделяют на центрифугах: сироп уходит сквозь сетку барабана, а кристаллы промывают паром и водой, получая белый сахар.
Маточный сироп (меласса) ещё содержит около 50% сахарозы, которую нецелесообразно кристаллизовать дальше из-за высокого содержания примесей. Мелассу продают на дрожжевые и спиртовые заводы. Влажный сахар-песок сушат горячим воздухом до влажности менее 0,15% и упаковывают.
