Sladkor je eno najpogosteje porabljenih živil na svetu, večinoma pridobljeno iz sladkornega trsa in sladkorne pese. Proizvodnja visokokakovostnega sladkorja je kompleksen postopek, ki vključuje več faz: ekstrakcijo, bistrenje, izhlapevanje, kristalizacijo in rafiniranje. Na vsaki stopnji predelave sladkorja je treba natančno nadzorovati kakovost in čistost sladkornega soka. Naravne nečistoče, kot so koloidni delci, beljakovine, pigmenti in mikroorganizmi, lahko resno vplivajo na učinkovitost bistrenja, filtracije in kristalizacije.
Kemikalije igrajo ključno vlogo v sodobnih procesih proizvodnje sladkorja. Brez ustreznega nadzora kemikalij lahko te nečistoče povzročijo nastanek vodnega kamna, težave z barvo in izgubo proizvodnje. Kemikalije za proizvodnjo sladkorja ne le povečajo učinkovitost in proizvodnjo, temveč tudi izboljšajo kakovost izdelkov, zmanjšajo porabo energije in pomagajo tovarnam izpolnjevati okoljske standarde. Te kemikalije lahko:
- Izboljšajte učinkovitost čiščenja in učinek ločevanja trdnih in tekočih snovi.
- Preprečite rast mikroorganizmov v sadnem soku in sirupu.
- Okrepite učinek razbarvanja visoko čistega belega kristalnega sladkorja.
- Nadzorujte nastajanje pene in vodnega kamna v uparjalniku in vakuumskem uparjalniku.
Ta članek na primeru sladkornega trsa celovito povzema postopek proizvodnje sladkorja. Pojasnjuje tudi, kako so bile v vsaki fazi uporabljene različne kemikalije – flokulanti, razkužila, sredstva za razbarvanje in sredstva za odpravljanje pene – za zagotovitev nemotenega delovanja in visokokakovostne proizvodnje sladkorja.
Postopek proizvodnje sladkorja in uporaba kemikalij
Priprava surovin
Proizvodnja sladkorja se začne z žetvijo in pripravo surovin. Sladkorni trs se opere in seseklja, da se odstranijo zemlja, kamenje in listi. Če v tej fazi sok stoji dlje časa, se v njem začnejo razmnoževati mikroorganizmi. Da bi zmanjšali mikrobno obremenitev površine surovin in preprečili kontaminacijo ali kvarjenje sladkornega soka med postopkom saharifikacije, se na površino sladkornega trsa, vodo za shranjevanje ali čistilno opremo včasih nanesejo razkužila.
| Vrsta razkužila | Priporočena koncentracija | Metoda uporabe | Glavne funkcije | Previdnostni ukrepi | Prednosti |
| Natrijev hipoklorit (NaClO) | 50–200 ppm prostega klora | Škropljenje ali namakanje površine sladkornega trsa 5–10 minut | Širokospektralna sterilizacija zmanjšuje mikrobno obremenitev | Nadzorujte koncentracijo (običajno 50–200 ppm prostega klora). Izogibajte se prekomernemu ostanku klora v soku, da preprečite težave z barvo ali kristalizacijo. Po potrebi sperite ali odcedite po uporabi. | Sterilizacija širokega spektra; nizki stroški. |
| Natrijev dikloroizocianurat (SDIC) | 50–150 ppm prostega klora | Škropljenje ali namakanje površine sladkornega trsa 5–10 minut | Visoka stabilnost, visoka učinkovitost sterilizacije | Nadzorujte prosti klor, da preprečite vpliv na kristalizacijo in barvo soka. | Stabilnejši od natrijevega hipoklorita; visoka učinkovitost; nadzorovan preostali klor; široko uporabljan v okoljih predelave hrane. |
| Vodikov peroksid (H₂O₂) | 0,1 %–0,5 % | Dodano v čistilno vodo ali površinsko škropljenje | Sterilizacija, brez ostankov, okolju prijazno | Kontrolna koncentracija; običajno 0,1–0,5 % za površinsko obdelavo. Med uporabo ravnajte previdno. | Razgradi se brez ostankov; varen in okolju prijazen. |
| Vroča voda / Para | Vroča voda pri 80–90 °C ali para pri 100 °C | Izpiranje z vročo vodo ali paro 2–5 minut | Sterilizacija brez dodajanja kemikalij | Visoka poraba energije; zahteva ustrezno opremo; upoštevajte varnostne ukrepe. | Brez kemičnih dodatkov; zmanjšuje kemične ostanke. |
| Dezinfekcija vode za čiščenje obratov/objektov | SDIC, 50–100 ppm | Čiščenje opreme, transportnih vozil | Preprečuje sekundarno kontaminacijo | Redno menjajte in spremljajte koncentracijo prostega klora. | — |
Priporočena praksa
Ko sladkorni trs pride v tovarno, ga najprej operejo s čisto vodo, da odstranijo zemljo in nečistoče.
Nato se površinska dezinfekcija izvede z razprševanjem SDIC-a nizke koncentracije ali natrijevega hipoklorita glede na pogoje.
Vire vode in čistilno opremo v tovarni sladkorja je treba redno razkuževati, da se zagotovi splošno higiensko okolje.
Ekstrakcija soka
Po prvem koraku čiščenja in dezinfekcije je naslednji korak pridobivanje soka sladkornega trsa. Sok se običajno pridobiva z mehanskim stiskanjem ali difuzijskimi sistemi. Ta korak vključuje razbijanje trde strukture sladkornega trsa in pridobivanje soka iz njega.
V večini primerov sokovnik sladkornega trsa sestavljajo trije valjčni mlini v kombinaciji s sekalnikom ali vrtečimi se rezili. Ko je sladkorni trs obdelan na enem tekočem traku, se ga prepelje na drugega, kjer se iztisne še več soka. Pred transportom pa se najprej poškropi z vodo, da se sok še dodatno iztisne. Ostanek, ki ostane po sočenju, se imenuje bagassa.
Sok vsebuje topne in suspendirane nečistoče, vključno z rastlinskimi vlakni, beljakovinami in celo delci zemlje, ki so bili popolnoma izprani. Te nečistoče je treba obdelati, da se poveča učinkovitost nadaljnjega čiščenja in kristalizacije.
Bistrenje soka sladkornega trsa
Bistrenje soka je najpomembnejši korak v zgodnji fazi postopka proizvodnje sladkorja. Cilj je odstraniti nečistoče (kot so prst, beljakovine, koloidi, organske kisline itd.) iz soka sladkornega trsa in izboljšati njegovo čistost. Običajno se uporablja postopek z apnom v kombinaciji z metodo flotacije s fosforjem ali metodo karbonizacije.
Uporaba kemikalij
Apno (CaO)/apneno mleko (Ca(OH)2): Nevtralizira kisle snovi in izloča nečistoče.
Ogljikov dioksid (CO2) (uporablja se pri metodi karbonizacije): Reagira z apnom in tvori oborino kalcijevega karbonata, ki adsorbira nečistoče.
Flokulant/koagulant: Pomaga pri hitrem usedanju suspendiranih trdnih snovi.
Pogosto uporabljeni: polialuminijev klorid (PAC), poliakrilamid (PAM) itd.
Žveplo (SO2) ali natrijev sulfit: Ima vlogo pri beljenju, razbarvanju in sterilizaciji pri flotaciji fosforja.
Filtracija in predgrevanje
Po bistrenju je treba sok filtrirati, da se odstranijo usedline. Predhodno segrevanje soka pred izhlapevanjem je ključnega pomena, saj pomaga zmanjšati viskoznost soka in preprečuje rast mikrobov.
Izhlapevanje in koncentracija
Sadni sok se nato z večfaktorskim uparjalnikom koncentrira v sirup, s čimer se vsebnost vlage zmanjša s približno 85 % na 30–40 %. Vakuumsko uparjanje pomaga ohranjati kakovost sladkorja, vendar predstavlja tudi nekaj operativnih izzivov:
- Raztopljene beljakovine in površinsko aktivne snovi povzročajo nastanek pene.
- Nabiranje vodnega kamna na površini uparjalnika.
Kemična uporaba:
Odpenilci: Odpenilci na osnovi silikona za zatiranje pene pri visokih temperaturah. Odpenilci na osnovi polietrov in maščobnih alkoholov, primerni za sisteme sadnih sokov s srednjo vsebnostjo pene.
Inhibitorji/disperzanti vodnega kamna: Preprečujejo nastanek kalcijevega karbonata ali sulfata v uparjalniku.
Vpliv: Učinkovit nadzor pene in preprečevanje nabiranja vodnega kamna zagotavljata nemoteno izhlapevanje, večjo učinkovitost prenosa toplote in manj izpadov.
Kristalizacija
Postopek kristalizacije pri proizvodnji sladkorja (v industriji pogosto imenovan vrenje) je ključni korak pri pretvorbi koncentriranega sladkornega sirupa v trdne kristale saharoze. Koncentrirani sirup se kuha v vakuumskem kotlu, da se sproži kristalizacija sladkorja. Pravilna kristalizacija je bistvena za izkoristek sladkorja, velikost kristalov in barvo. To je kompleksen fizikalno-kemijski postopek, namenjen nadzoru velikosti in enakomernosti oborjenih kristalov saharoze.
V tem postopku se pogosto uporabljajo sredstva za odpravljanje pene. Ta sredstva nadzorujejo nastajanje pene med vretjem in preprečujejo prelivanje sirupa.
Stabilna kristalizacija poveča izkoristek sladkorja in zmanjša izgube med centrifugiranjem.
Centrifugiranje in ločevanje
Po nastanku kristalov se kristali ločijo od melase s centrifugo in nato posušijo skozi vroče cevi. Melaso je mogoče nadalje predelati za proizvodnjo etanola, živalske krme ali druge namene.
Razbarvanje in rafiniranje
Razbarvanje in rafiniranje sta zadnja faza v procesu proizvodnje sladkorja, ki se uporablja predvsem pri proizvodnji visoko čistega, belega rafiniranega sladkorja (kot je kristalni sladkor ali kameni sladkor). Ta faza zahteva uporabo velikih količin kemikalij in adsorbentov.
Pogosto uporabljene kemikalije vključujejo:
Aktivno oglje (prah ali granule): Adsorbira polifenole, karamelo in druge pigmente.
Razbarvanje smol/ionskih izmenjevalnih smol: Odstranite ionske in neionske barvne spojine.
Vodikov peroksid (H₂O₂): Oksidira preostale pigmente in dodatno posvetli barvo sirupa.
Sredstva za razbarvanje: Zagotavljajo nizke vrednosti ICUMSA in visoko vizualno kakovost.
Zgoraj so opisani glavni procesi in kemične aplikacije v sladkorni industriji.
Prikaz sorodnih kemikalij:
Kako se čisti odpadna voda iz sladkorne industrije?
Sladkorne tovarne med procesom proizvodnje sladkorja proizvajajo odpadno vodo. Ta odpadna voda je kompleksne kakovosti in predstavlja visoko obremenitev onesnaženja, zato je pred izpustom potrebno sistematično čiščenje vode.
Odpadna voda nastaja predvsem pri pranju surovin, čiščenju opreme, odpadni vodi iz procesa proizvodnje sladkorja, hladilni vodi/kondenzatu in odpihovanju kotlov. Za te odpadne vode so značilni zelo visoki KPK in BPK (zaradi vsebnosti sladkorja), visoka vsebnost suspendiranih trdnih snovi, visoka biorazgradljivost in včasih vsebujejo olje in mulj. Zato se za čiščenje te odpadne vode običajno uporablja kombinacija postopkov – predobdelava + koagulacija in sedimentacija + biološka obdelava + napredna obdelava. Običajne metode čiščenja vključujejo fizikalno obdelavo (kot sta sedimentacija in filtracija), kemično obdelavo (kot sta koagulacija in nevtralizacija) in biološko obdelavo (kot so postopki z aktivnim blatom in umetna mokrišča).
Katere kemikalije so potrebne za čiščenje odpadne vode iz sladkorne industrije?
Specifični koraki in kemične aplikacije so naslednji:
| Faza zdravljenja | Namen | Priporočene kemikalije | Glavne funkcije |
| 1. Pranje in primarna predobdelava surovin | Odstranite pesek, blato, vlakna, suspendirane trdne snovi | PAC (polialuminijev klorid) | Hitra koagulacija, odstranjevanje nerjavnih delcev in motnosti |
| PAM (poliakrilamid) – anionski/neionski | Nastajanje flokulantov, pospešuje usedanje | ||
| Odpenilec | Nadzoruje peno, ki nastane med pranjem trsa in pridobivanjem soka | ||
| 2. Izenačevanje in uravnavanje pH | Stabilizirajte kakovost dotoka, prilagodite pH za nadaljnje procese | Apno (CaO / Ca(OH)₂) | Zviša pH, delno odstrani trdoto |
| Natrijev hidroksid (NaOH) | Natančna nastavitev pH | ||
| Žveplova kislina / klorovodikova kislina | Znižuje pH | ||
| Odpenilec | Zmanjša penjenje v izenačevalnem bazenu | ||
| 3. Koagulacija in flokulacija (primarna sedimentacija) | Odstranite suspendirane trdne snovi, koloide, barvo; zmanjšajte KPK | PAC / PolyDADMAC / Poliamin | Primarni koagulanti za odstranjevanje motnosti in barve |
| PAM (anionski) | Izboljša trdnost kosmičev in hitrost posedanja | ||
| Sredstva za koagulacijo (npr. magnezijev silikat) | Izboljša jasnost in učinkovitost usedanja | ||
| 4. Anaerobno biološko čiščenje (UASB, EGSB) | Zmanjšajte visoko organsko obremenitev (KPK, BPK) | Dodatki hranil (viri dušika in fosforja) | Ohranjanje mikrobne aktivnosti in zdrave biomase |
| Sredstva za uravnavanje pH | Ohranite optimalen pH (6,8–7,2) za anaerobne bakterije | ||
| Odpenilec | Zavira penjenje, povezano z bioplinom | ||
| 5. Aerobna obdelava (aktivno blato, SBR) | Nadaljnje zmanjšanje KPK, BPK in amonijaka | Dodatki hranil (N in P) | Zagotavljanje uravnoteženih hranil mikroorganizmom |
| Odpenilec | Nadzoruje peno med prezračevanjem | ||
| Bioencimi / Mikrobne kulture | Izboljša učinkovitost biološke razgradnje | ||
| 6. Napredno zdravljenje (če veljajo strogi standardi odpusta) | Izboljšajte jasnost, odstranite ostanke COD, SS, barve | Poliamin / poliDADMAC | Močno razbarvanje in odstranjevanje motnosti |
| PAC | Dodatno odstranjevanje nerjavečega jekla in koloidov | ||
| PAM (visoka molekulska masa) | Končna flokulacija in poliranje | ||
| Aktivno oglje | Odstranjuje barvo, vonj in organske ostanke | ||
| 7. Dezinfekcija in ponovna uporaba vode | Zagotovite mikrobno varnost pri izpustu ali ponovni uporabi | Kalcijev hipoklorit | Močna dezinfekcija |
| Natrijev hipoklorit | Pogosto doziranje razkužila na spletu | ||
| SDIC (natrijev dikloroizocianurat) | Stabilno, dolgotrajno sproščanje klora | ||
| TCCA (trikloroizocianurna kislina) | Visoka vsebnost klora, kloriranje s počasnim sproščanjem |
Proizvodnja sladkorja je kompleksen industrijski proces, ki zahteva natančen nadzor na vsaki stopnji – od priprave surovin in sočenja do čiščenja, izhlapevanja, kristalizacije, rafiniranja in čiščenja odpadne vode. Vsaka faza predstavlja svoje izzive, vključno s suspendiranimi trdnimi snovmi, barvo, mikrobno aktivnostjo, nastajanjem pene in kopičenjem vodnega kamna. Z integracijo ustreznih kemikalij v vsako fazo procesa proizvodnje sladkorja lahko sladkorne tovarne povečajo proizvodnjo, izboljšajo kakovost kristalov, okrepijo barvo, zmanjšajo izgube in skrajšajo čas izpada. Hkrati optimizirane kemične rešitve prispevajo k varstvu okolja z učinkovitejšim čiščenjem odpadne vode in zmanjšanjem količine kemičnih odpadkov.
Izbira pravega kemičnega partnerja omogoča sladkornim mlinom, da izboljšajo proizvodno učinkovitost, zagotovijo dosledno kakovost izdelkov, podaljšajo življenjsko dobo opreme in dosežejo dolgoročno operativno odličnost.