Tehnologia Zaharului

download Tehnologia Zaharului

of 108

Transcript of Tehnologia Zaharului

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

TEHNOLOGIA ZAHRULUIDr.ing.ec. Felicia DIMA

2008

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

CUPRINS

CUPRINS ............................................................................................................... 1 CAPITOL INTRODUCTIV ...................................................................................... 3 1. MATERII PRIME PENTRU OBINEREA ZAHRULUI .......................................8 1.1. Sfecla de zahr ...............................................................................................8 1.1.1. Structura morfologic a sfeclei de zahr ...............................................8 1.1.2. Compoziia chimic a sfeclei .................................................................8 1.1.3. Calitatea sfeclei de zahr - factori .........................................................9 1.1.4. Calitatea sfeclei de zahr - indicatori...................................................10 1.1.5. Caracteristicile fizice si termofizice .....................................................12 2. TEHNOLOGIA DE PRELUCRARE INIIAL A SFECLEI ................................13 2.1. Recoltarea sfeclei..........................................................................................13 2.2. Transportul sfeclei .........................................................................................13 2.3. Operaii n baza de recepie ..........................................................................14 2.3.1. Transformri biochimice si microbiologice la depozitarea sfeclei .......15 2.3.2. Controlul depozitrii sfeclei de zahr...................................................15 2.3.3. Msuri pentru reducerea pierderilor de zahr la depozitare ...............16 2.4. Descrcarea si depozitarea sfeclei de zahr n fabric ................................16 2.5. Transportul sfeclei n fabric .........................................................................17 2.6. Splarea sfeclei de zahr..............................................................................21 2.7. Ridicarea sfeclei la cntar si la masina de tiat sfecl..................................23 2.8. Tierea sfeclei de zahr................................................................................23 3. EXTRACIA ZAHRULUI DIN TIEEI (DIFUZIA) ..........................................27 3.1. Introducere ....................................................................................................27 3.2. Ecuaia operaiei de difuzie ...........................................................................27 3.3. Metode de realizare a difuziei .......................................................................28 3.4. Factorii care influeneaz procesul de difuzie...............................................29 3.5. Instalaii de difuzie.........................................................................................30 3.6. Calcule tehnologice pentru procesul de difuzie ............................................33 3.7. Presarea si uscarea borhotului .....................................................................34 4. PURIFICAREA ZEMII DE DIFUZIE ....................................................................37 4.1. Compoziia chimic a zemii de difuzie ..........................................................37 4.2. Operaiile procesului de difuzie .....................................................................38 4.3. Scheme de purificare ....................................................................................44 5. EVAPORAREA ZEMII SUBIRI .........................................................................48 5.1. Instalaia de evaporare..................................................................................48 5.2. Modificrile zemii n timpul evaporrii ...........................................................49 5.3. Calculul simplificat al staiei de evaporare ....................................................50 6. FIERBEREA SI CRISTALIZAREA ZAHRULUI ...............................................52 6.1. Consideraii generale privind fierberea si cristalizarea .................................52 6.2. Rafinarea zahrului .......................................................................................54 6.3. Scheme de obinere a zahrului rafinat ........................................................55

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

1

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor 7. PRELUCRAREA ZAHRULUI UMED............................................................... 59 7.1. Transportul si sortarea zahrului .................................................................. 59 7.2. Uscarea zahrului......................................................................................... 59 7.2.1. Operatiunea de uscare........................................................................ 59 7.2.2. Uscarea zahrului ............................................................................... 60 7.2.3. Instalaii de uscare .................................................................... ......... 60 7.2.4. Sortarea zahrului............................................................................... 62 7.2.5. Separarea prafului de zahr ............................................................... 62 7.2.6. Depozitarea zahrului n vrac ............................................................. 63 7.2.7. Depozitarea zahrului ambalat n saci................................................ 64 7.2.8. Calcule tehnologice simplificate privind uscarea zahrului................. 65 8. OBINEREA ZAHRULUI CUBIC .................................................................... 68 9. RAFINAREA ZAHRULUI BRUT DIN TRESTIE DE ZAHR .......................... 70 9.1. Materia prim- zahrul brut din trestie de zahr........................................... 70 9.2. Obinerea clerei (clersei) brute totale ........................................................... 70 9.3. Purificarea calco-carbonic a clerei (clersei)................................................ 71 9.4. Fierberea si cristalizarea zahrului n treapta I ............................................ 72 9.5. Fierberea si cristalizarea zahrului n treapta a II-a ..................................... 73 9.6. Fierberea si cristalizarea zahrului n treapta a III-a .................................... 74 9.7. Fierberea si cristalizarea zahrului n treapta a IV-a.................................... 75 10. PRODUCEREA LAPTELUI DE VAR SI A GAZULUI DE SATURAIE .......... 78 10.1. Obinerea laptelui de var ..........................................................................................79 10.2. Obinerea gazului de saturaie.................................................................................80 10.3. Calculele tehnologice la obinerea oxidului de calciu (CaO) si a dioxidului de carbon (CO2)...............................................................................80 11. VALORIFICAREA SUBPRODUSELOR DIN INDUSTRIA ZAHRULUI ........ 82 11.1. Valorificarea borhotului.............................................................................. 82 11.2. Valorificarea melasei ................................................................................. 82 11.3. Valorificarea nmolului .............................................................................. 85 12. ANALIZE DE LABORATOR............................................................................ 87 12.1. Analiza sfeclei ............................................................................................ 87 12.2. Analiza sucului normal .............................................................................. 89 12.3. Analiza materiilor auxiliare......................................................................... 92 12.3.1. Analiza apei de difuzie..................................................................... 92 12.3.2. Analiza laptelui de var...................................................................... 92 12.3.3. Analiza gazului de saturaie.............................................................. 93 12.4. Analiza tieeilor......................................................................................... 94 12.5. Analiza zemii de difuzie ............................................................................. 94 12.6. Analiza borhotului ...................................................................................... 95 12.7. Analiza zemii predefecate si defecate ....................................................... 97 12.8. Analiza zemii de la saturaia I .................................................................... 98 12.9. Analiza zemii de la saturaia a II-a........................................................... 100 12.10.Analiza zemii subiri ................................................................................. 101 12.11.Analiza zemii groase................................................................................ 103 12.12.Analiza maselor groase si a siropurilor rezultate la centrifugare............. 104 12.13.Analiza melasei, borhotului si nmolului de la filtre ................................. 104 12.14.Analiza produsului finit ............................................................................. 106 BIBLIOGRAFIE .................................................................................................... 107

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

2

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

CAPITOL INTRODUCTIV.

SCOPUL CURSULUI Prin acest curs se doreste cristalizarea unor concepii generale privind industializarea produselor alimentare, cu referire n particular la procesul tehnologic de obinere industrial a zahrului si avnd ca finalitate imediat formarea unor deprinderi teoretice si practice n domeniu, prin acumularea unui bagaj de cunostinte minimal viznd cunoasterea si nelegerea procesului. OBIECTIVELE Trebuie recunoscut importana si riscurile acestei activiti - un procedeu destul de complicat si laborios, drept urmare acest curs urmareste si dezvoltarea capacittilor practice de decizie privind dirijarea procesului ct si meninerea lui n parametri corespunztori. Se urmareste, de altfel, formarea unei baze teoretice mai largi, a unei culturi operaionale n domeniul industrial al obinerii produselor alimentare, respectiv al zahrului, n perspectiva inovrii acestuia ca rspuns la permanentele schimbri tehnice si tehnologice. Sunt avute n vedere obiective de natura educaional, formulate din perspectiva cadrului didactic si rezultate prin operaionalizarea competenelor de formare, structurate pe cele trei dimensiuni: competene cognitive, competene instrumental - operaionale si competene de comunicare-relaionare.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

3

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

ZahrulPrezentare general Producia mondial de zahr depaseste 115 milioane de tone si e localizata in zonele de cultura ale materilor prime: sfecla si trestia de zahr. Sfecla de zahr. Aria produciei de sfecla, cultura specific zonei temperate, este localizat n cea mai mare parte n emisfera nordic,ntre 30 si 60 grade, n Europa si America de Nord, dar si n ri din emisfera austral, cum ar fi Chile si Uruguay. Producia cea mai mare o deine Europa, randamentele la hectar fiind de circa 3 ori mai mari n zona Vestic fa de cea rsritean. Trestia de zahr este o cultura tropical. Se cultiv pe o suprafa mai mare dect sfecla, suprafaa cuprins ntre 35 grade latitudine nordic si 30 grade latitudine sudic. Comunitatea Economic European, Brazilia, Cuba, India, SUA, China si rile desprinse din fosta Uniune Sovietic asigur peste 50% din producia de zahr din lume. n ara noastr, datorit dificultilor existente n cultura sfeclei de zahr (lipsa soiurilor de mare productivitate si care au un coninut ridicat de zahr, mecanizarea limitat a culturilor, resurse financiare reduse), ct si a randamentelor mici de prelucrare n fabricile productoare, se inregistreaz producii relativ mici si la preuri destul de necompetitive. La acest moment funcioneaza 8 fabrici de zahr si 2 de izoglucoz. Compoziia chimic relativ complex si structura anatomic a sfeclei de zahr determin un proces tehnologic complicat, cu multe faze de fabricaie, n urma crora rezult un sortimentaj relativ redus de tipuri de zahr : zahrul cristal (tos), difereniat dup gradul de rafinare, n: alb numrul 1,2,3,4 (zahrul alb numrul 4 este utilizat ca materie prim pentru industria alimentar); zahrul buci, avnd forma bucilor diferit: prismatic, imitnd animale, legume, fructe ; bucile de zahr pot prezenta duritate mare sau redus; zahr pudr (farin), rezultat prin mcinarea zahrului cristalizat si Fabrica de zahr din Liesti uscat, se difereniaz dup finee; zahrul candel, constituit din cristale gigant de zaharoz, formate pe centrii de cristalizare introdusi n zeama concentrat rezultat de la rafinare; acest zahr poate fi colorat, aromatizat si comercializat ca atare; zahrul lichid, care se poate prezenta sub form de sirop de zaharoza neinvertit sau parial invertit si se poate utiliza ca___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 4

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

materie prim n patiserie, la fierberea berii, sampaniei, vinurilor spumoase etc. Caracteristici ale zahrului Zahrul si produsele zaharoase formeaz o grup larg de alimente ce se caracterizeaz prin coninut mare de zahr solubil (zaharoz, glucoz), aspect atrgtor, gust dulce, nuane diferite si arom placut. Asupra acestei grupe de produse se rsfrnge din plin nivelul ridicat atins de tehnologia din industria alimentar, care dispune n zilele noastre de posibiliti largi de purificare si rafinare. Se pot obine produse bine individualizate, cu proprietai psiho-senzoriale bine definite, prin aplicarea unor procedee de prelucrare diferite, asupra unui grup restrns de materii prime de baz (zahr si glucoz) cu compoziie apropiat. Ca urmare se pot fabrica produse zaharoase cu o compoziie chimic unilateral (produse de caramelaj, fondanterie, drajeuri), dar si dulciuri complexe, implicit mai complete din punct de vedere nutritiv, prin adugarea unor ingrediente ce conin, pe lng glucide si cantiti apreciabile de lipide, protide, substane minerale (ciocolat, bomboane umplute, caramele, produse orientale). Valoarea energetic a produselor zaharoase, formate aproape n exclusivitate din glucide, este de cca. 350 - 400 kcal/100g, iar a acelora ce conin si grasimi poate atinge 600 kcal/100 g. Din punct de vedere al valorii biologice, o parte din produse au valoare biologic nul (zahrul, glucoza, caramelajul fr umplutur, fondanteria), cele mai multe produse prezentnd valoare biologic mic, datorit coninutului redus n sruri minerale, proteine si vitamine, dar sunt si dulciuri care au valoare biologic mai ridicata (ciocolata, halvaua, produsele cu umpluturi din alune, smburi grasi etc.). Consumul produselor zaharoase prezint avantajul c se diger si asimileaz usor, ridic rapid glicemia sngelui, fiind indicat persoanelor ce depun efort fizic intens. Consumul lor in cantiti mari poate determina dezechilibrarea dietei, facilitarea supraalimentaiei si instalarea obezitii, apariia primelor semne ale diabetului, mreste incidena cariilor dentare si modific echilibrul glucido-tiaminic. Proporia produselor zaharoase n cadrul dietei trebuie sa se afle n corelaie cu natura si cantitile celorlalte alimente din hrana omului si cu aportul de tiamin al acestora (tiamina particip la metabolismul glucidelor). Un regim de via sntos Poriile zilnice de hran trebuie adaptate n funcie de necesitile energetice ale fiecruia. Necesarul caloric (kcal/kg corp) este n funcie de vrst si sex, pentru persoanele cu activitate fizic obisnuit. Ali factori care trebuie luai n calcul la alctuirea meniurilor sunt: tipul de activitate pe care o depune o persoan (de la sedentar, la sportiv), gradul de stres si, desigur, greutatea. Astfel: zilnic, o persoan obisnuit ar fi ideal s consume urmtoarele cantiti de componente de baz: lipide -1 g / kg corp;___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 5

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor glucide - 4 - 7 g / kg corp; proteine - 1,5 g / kg corp.

Lipidele sunt armele cu dou taisuri din alimentaia noastr: pe de o parte sunt indispensabile vieii si meninerii sntaii, pe de alta, excesul de lipide poate provoca obezitate, iar depunerea grsimilor pe artere creste riscul bolilor cardiovasculare. Din punct de vedere caloric, lipidele ar trebui sa furnizeze 25 - 30% din necesarul zilnic de kilocalorii (un gram de lipide ne ofera 9 kcal). Glucidele (carbohidraii) pot fi mprii n dou categorii: - carbohidrai simpli - care se diger extrem de repede, precum fructoza din fructe, lactoza din lapte si zaharoza din zahrurile rafinate; - carbohidrai complexi - care provin din cereale, finoase, banane, cartofi etc. si care, prin coninutul ridicat de fibre, ajut la digestie. Glucoza extras de organism din carbohidrai este si sursa fundamental de energie a organismului:1g de glucide furnizeaz 4 kcal. Proteinele pot fi gasite, n principal, n carne, ns ele sunt furnizate si de unele alimente vegetale (soia, fasole boabe). Dar cei mai muli specialisti sunt de prere c protidele animale sunt superioare celor vegetale, pentru c din fiecare din acestea din urm lipsesc unii aminoacizi eseniali (pe care organismul nostru nu-i poate sintetiza si trebuie s-i ia ca atare din hran). Un gram de proteine valoreaz 4 kcal. Lund n calcul necesarul zilnic de alimente al unei persoane, nutriionistii au clasificat alimentele n grupe distincte si au alctuit o piramid a alimentelor: baza piramidei alimentare este reprezentat de cereale, finoase, cartofi, orez, desi sunt cele mai blamate alimente de ctre cei care in regimuri si diete; abia dup acestea vin legumele, ct mai variate si mai divers colorate, pentru a sugera marea varietate de vitamine si minerale pe care vegetalele ni le furnizeaz;

Piramida alimentelor

fructele sunt puse tot n aceast grup, alturi de legume, desi ele sunt o surs mai important de zaharuri; importante n cadrul acestei grupe mai sunt fibrele, care ajut la digestie si au coninutul caloric extrem de sczut, ceea ce permite consumarea lor n cantiti ct mai mari;___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 6

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

carnea rosie, fructele de mare, pestele, oule, lactatele ocup poziia din mijloc si este recomandat s se consume cu moderaie; grsimile apar abia n grupa urmtoare, privilegiate fiind grsimile vegetale: nuci, soia, alune, uleiul de masline; aceste alimente nu este recomandat s fie excluse, deoarece sunt indispensabile vieii, doar c necesitile organismului sunt mai mici; cel mai sus se afl poziionate zahrurile rafinate, dulciurile, alcoolul. Nu sunt total interzise, pentru c, de exemplu, ciocolata stimuleaz secreia de endorfine - hormonul fericirii, dar consumul lor trebuie s fie ct mai redus, dovedindu-se c zahrurile au unul dintre cele mai nefaste influene asupra organismului.

n loc de concluzii Adoptarea unui regim alimentar echilibrat, cu multe legume si fructe, cereale ncolite, pine integral, produse lactate, uleiuri vegetale, produse apicole etc., asigura o alimentaie complet pentru meninerea energiei organismului, fr s duc la anemierea trupului si a minii. Se recomand consumul moderat de zahr si produse zaharoase, se consider c zahrul alb rafinat devine toxic pentru organism n cantiti mari si provoac oboseal, somnolena, pierderea memoriei, diferite boli.Si totusi glucidele sunt combustibil pentru creier !

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

7

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

CAP.1. MATERII PRIME PENTRU OBINEREA ZAHRULUI

1.1.

SFECLA DE ZAHR

Sfecla de zahr (Beta vulgaris saccharifera) este o plant ierbaceae aparinnd familiei Chenopodiaceae. Se utilizeaz sfecla din primul an de vegetaie, cnd se formeaz rdcina si frunzele (n al doilea an de vegetaie planta devine semincer). 1.1.1. Structura morfologic

Rdcina sfeclei de zahr este format din: - cap sau epicotil poriune care poart i frunzele; - gt sau cotlet, respectiv hipocotil; - corpul rdcinii sau rizocorp; - codi terminal cu rdcinile derivate din aceasta. Pe corpul sfeclei se afl dou nuri (pe o fa i alta) din care ies rdcini laterale care se ntind pn la vrful codiei (fig. 1.1). Fig. 1.1. Schema simplificat a sfeclei. 1.1.2. Compoziia chimic Sfecla de zahr, matur si sntoas, are o mas de cca. 300 - 1000 g. Conine ap, zaharoza, substane pectice (protopectin), celuloz si hemiceluloz, substane proteice, substane neproteice cu azot si fr azot si cenus (substane minerale). Repartizarea componentelor chimice este urmtoarea pentru o cantitate de 100 kg sfecla (Fig. 1.2):

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

8

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 1.2. Compozitia chimica a sfeclei de zahr 1.1.3. Calitatea sfeclei de zahr factoriCALITATEA sfeclei factori: factorii genetici factorii pedoclimatici factorii fitotehnici factorii care se refer la modul de recoltare condiiile de depozitare factorii tehnologici

Factorii genetici determin forma si dimensiunea corpului rdcinii, gradul de ramificare si masa corpului rdcinii, continutul de zahr al acesteia: calitatea seminei, caracteristicile soiului / hibridului de sfecl cultivat. Factorii pedoclimatici sunt determinai de caracteristicile solului si particularitile climei din aria de cultivare, determin producia de sfecl si starea de sntate a radacinii. Factorii fitotehnici, respectiv tehnologia de cultivare si ntreinere a culturii, influenteaza producia de sfecl si starea de sntate a acesteia. Factorii care se refer la modul de recoltare si care determin: gradul de rnire mecanic a sfeclei si coninutul de impuriti de pe sfecl (dependent de starea vremii si modul de recoltare). Condiiile de depozitare influeneaz: starea de vestejire a sfeclei, gradul de alterare (microorganismele, ngheul/dezgheul), durata de depozitare degradarea ca o consecin a unei depozitri ndelungate. Factorii tehnologici care intereseaz sunt, n principal, urmtorii: o coninutul de zahr, exprimat n procente din greutatea sfeclei, coninut dependent de: regimul de fertilizare aplicat si ntreinerea culturilor, perioada n care se face recoltarea,___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 9

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

condiiile de manipulare si depozitare de la recoltare pn la prelucrare; o puritatea sucului intracelular, exprimata n procente de zahr raportate la substana uscat a sucului, influenata de aceiasi factori care determin coninutul de zahr, determinant fiind ns soiul de sfecl;APRECIEREA CALITII funcie de coeficientul de puritate al sucului: - 86 - 88% - sfecla de bun calitate; - 83 - 85% - sfecla de calitate mijlocie; - 81 - 83% - sfecla de calitate mediocr.

coninutul de marc (pulp al sfeclei); rezistena la tiere a sfeclei; elasticitatea tieeilor de sfecl; compoziia de nezahr din sucul de sfecl, care este influenata de: soiul de sfecl, condiiile pedoclimatice, fertilizarea, recoltarea. Plata sfeclei livrat fabricilor se face in functie de urmtoarele condiii: - impuriti totale, maximum 10%; - impuriti minerale, maximum 7%; - impuriti vegetale, maximum 3%; - coninut de zahr, minimum 16%. o o o o 1.1.4. Calitatea sfeclei de zahr - indicatori Indicatorii care definesc calitatea sfeclei de zahr se impart n dou categorii: indicatori ai aspectului exterior si indicatori de calitate tehnologic. A. Indicatorii aspectului exterior Indicatorul coletului: M I c = c 100 Mt n care: Mc - masa coletului,g; Mt- masa total a sfeclei necoletate, g. Indicatorul de form: d I f = 100 D n care: d diametrul rdcinii la 1/2 din lungime; D diametrul cel mare al sfeclei.Clasificarea sfeclei functie de indicatorul de forma: - sfecl groas cu If 65%; - sfecl normal cu If 60%; - sfecl fuziform cu If 55%; - sfecl subire cu If 50%.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

10

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Indicatorul de diametru: L I d = t 100 Dmmm. n care: Lt - este lungimea total, mm; Dm-diametrul maxim al sfeclei, B. Indicatori de calitate tehnologic a sfeclei Coninutul n zahr al sfeclei, care se determina polarimetric si este exprimat n kg/100 kg sfecl. Puritatea sucului celular, calculat ca procent de zahr fa de substana uscat a sucului celular:Puritatea sucului =

Zahr din suc 100 Substant uscat din suc

Coninutul de marc (pulp) al sfeclei, care reprezint coninutul de substan insolubil n ap si exprimat n kg/100 kg sfecl. Coninutul de substan reductoare, exprimat n kg/100 kg sfecl. Coninutul de rafinoz din sfecl, exprimat n kg/100 kg sfecl. Factorul Mz, care exprim cantitatea de melas tip 50 (kg), ce se obine la 100 kg zahr cristal. Mz poate fi calculat cu relaia:Mz = 8K 100 , D Pt 4K

n care:K-coninutul cenus conductometric, %; D - coninutul de zaharoza din sfecl, %; Pt - pierderi tehnol. zahr, kg/100 kg sfecl.Calitatea sfeclei funcie de Factorul Mz : - sfecl de calitate superioar Mz < 30; - sfecl de calitate normal Mz = 30 - 40; - sfecl de calitate inferioar Mz = 50 - 65; - sfecl necorespunztoare Mz = 65 80.

Randamentul teoretic de zahr cristal depinde de zahrul rmas n melas (Zm) si coninutul de zahr din sfecl (D). Zm = D R ,n care: Zm - zahr rmas n melasa, %; D - coninutul de zahr din sfecl, %; R-randamentul estimat (calcul), kg/100 kg 100 Q R = D Pt 1 m , Q

n care: Q-puritatea zemii subiri in laborator, %; m - coeficient melasigen al nezahrului, calculat n funcie de puritatea melaseim= Qm , 100 Q m

n care: Qm - puritatea melasei, %.___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 11

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

1.1.5. Caracteristici fizice si termofizice

Masa specific =

265 265 SU s

[g/cm3]

n care: SUs substana uscat a sfeclei. Suprafaa specific a sfeclei, n funcie de mas (M): pentru M = 200 g, S = 1 cm2/g; pentru M = 750 g, S = 0,6 cm2/g. Presiunea osmotic este de 20-30 bari pentru un coninut de zahr din sfecl de 18%. Capacitatea termic masic:C s = 4,18 2,8 SU s 100

[ kj/kggrad]

Conductivitatea termic a sfeclei: = 0,374 0,406 kcal/mhgrad, = 0,434396 0,47222 W/mgrad. Temperatura de nghe = 2,4 4,1oC. Valoarea de nutre a sfeclei cu 17,5 % zahr este de 15,4 uniti de amidon.

Cs = 3,39 3,60 kj/kggrad.

1.

Teste pentru autoverificarea cunostinelor:

1. Care este coninutul de zahr din sucul de sfecl de zahr ? a) 20 kg; b) 15 kg; c) 17,5 kg. 2. Calitatea sfeclei funcie de coeficientul de puritate al sucului de 84% este: a) calitate buna; b) calitate mijlocie; c) calitate mediocr. 3. Care sunt factorii determinani pentru coninutul de zahr din sfecl ? a) factori genetici si fitotehnici; b) factorii pedoclimatici i condiiile de depozitare; c) factorii fitotehnici i modul de recoltare. 4.n ce UM se exprima coninutul n zahr al sfeclei ? a) %; b) kg/100 kg sfecl. c) g / 100 kg sfecl. 5. Factorul Mz pentru calitatea superioar a sfeclei este: a) Mz < 30; b) Mz = 30 - 40; c) Mz = 65 80.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

12

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

CAP.2.

TEHNOLOGIA DE PRELUCRARE A SFECLEI

2.1. RECOLTAREA SFECLEI Recoltarea sfeclei se face cnd aceasta a ajuns la maturitatea industrial, stabilit pe baza analizelor de laborator si care evidentiaza prin nsusirile biologice, chimice si fizice momentul cnd se obine un randament maxim de zahr. Funcie de zona de cultivare a sfeclei, recoltarea se face in doua etape: - zonele calde - n septembrie); - zonele mai reci - n octombrie. Recoltarea implic desfasurarea mai multor operatiuni : - extracia sfeclei din pmnt se execut mecanizat, cu ajutorul dislocatoarelor; - decoletarea, respectiv ndeprtarea capului cu frunze, operaia putndu-se executa manual sau mecanic; - sortarea n funcie de masa (M) si starea sfeclei;Sortarea sfeclei: sfecla categoria I - M > 300 g, nernit i sntoas; sfecl categoria II - M < 300 g, rnit; sfecl categoria III - M 5 cm si masa tieeilor mai scuri de 1 cm. Valoarea normal a cifrei suedeze este de cca.20 (12 30). Procentul de sfrmturi, care reprezint poriunile de tieei ce se ndeprteaz din 100 g de tieei la determinarea cifrei SILIN, trebuie s fie < 2%.___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 23

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Taierea sfeclei sub forma de taietei se face cu ajutorul masinilor de taiat, care pot fi de urmatoarele tipuri: a. Masina cu disc (Fig. 2.13.), care se compune dintr-o plnie 1, prin care se introduce sfecla n mantaua cilindric 2, n interiorul creia se afl discul orizontal 3. n mantaua cilindric stratul de sfecl are 2...3 m si greutatea acestui strat apas sfecla pe suprafaa cuitelor 4, de pe discul 3, care se roteste. Tieeii rezultai sunt evacuai pe la partea inferioar a masinii. Masina se caracterizeaz prin: disc = 1350 - 2200 mm, numrul port cuite = 2226, turaia discului = 60-70 rot/min, lungimea de tiere a cuitelor = 274-411 mm. b. Masina centrifugal (Fig. 2.14.), care se compune dintr-un rotor montat pe un ax vertical, care se roteste n interiorul unei rame circulare fixe 2. Pe aceast ram se monteaz portcuitele 3. La partea superioar se afl plnia pentru alimentarea cu sfecla, iar la partea inferioar plnia 5, pentru evacuarea tieeilor. Axul rotorului este pus n miscare de sistemul 6. Cuitele masinii de tiat sfecla au form special, ondulat, putnd fi obinute prin vluire sau frezare. Cuitele vluite au profilul V, iar cele frezate au profilul U sau V, cele sub form de U, fiind folosite pentru sfecla depreciat, de la sfrsitul campaniei de procesare. Un cuit pentru tiat sfecla (Fig. 2.15) se caracterizeaz prin caiva parametri : L lungime; l lime; p pas; h nlimea profilului; - unghiul profilului; l1 distana dintre marginea cuitului si axul locasului de fixare; l2 distana dintre axele a dou locasuri de fixare. Pentru a obine tiei n form de V se folosesc dou feluri de cuite care se deosebesc ntre ele prin decalarea lateral a muchiilor cu din deschiderea dintre doi dini consecutivi. Cuitele se numeroteaz cu 1 si 2 si se monteaz alternativ n masina (Fig. 2.16) Cuitele se monteaz n portcuite. Un port cuit (Fig. 2.17.) este format dintr-o ram 1, flcile de fixare 3, ntre care se fixeaz cuitul 2. n faa cuitului exist placa frontal 4. Distana dintre cuit si placa frontal, d, este de 2 2,5 mm pentru sfecla sntoas si 3,4 7 mm pentru sfecla lemnoas si ngheat. nlimea cuitului fa de placa frontal este de 2,5 4 mm si se poate regla cu o pan de oel. Casetele port cuit pot fi pentru cuite Goller (cele descrise mai sus), pentru cuite frezate si casete oarbe (pentru reducerea capacitii de tiere).

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

24

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 2.13. Masina de tiat sfecl cu disc: Fig. 2.14. Masina centrifugal de tiat sfecl: a schema de principiu; b discul masinii a schema de principiu; b vedere de sus. de tiat sfecl: 1 butuc; 2 plac;3 coroan exterioar; 4 coroan interioar; 5 locasuri pentru cuite.

Fig. 2.15. Cuitul pentru tiat sfecl.

Fig. 2.16. Montarea cuitelor pe disc.

Fig. 2.17. Portcuit si cuitul montat.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

25

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

2.

Teste pentru autoverificarea cunostinelor:

1. Recepia sfeclei de zahr este : a) calitativ; b) calitativ i cantitativ; c) cantitativ si organoleptic. 2. Pierderile de zahr n timpul depozitrii au loc datorit: a) transpiraiei sfeclei; b) respiraiei sfeclei; c) incolirii sfeclei. 3. Cantitatea de ap utilizat la transportul mecanizat al sfeclei ctre secie este: a) 50-100 l/100 kg sfecl; b) 1000-2000 l/100 kg sfecl; c) 600-1000 l/100 kg sfecl; 4.Prinztorul de pietre foloseste pentru: a) eliminarea paielor, frunzelor, vrejurilor; b) trimiterea ritmic a sfeclei ctre prelucrare. c) eliminarea corpurilor neutile care nu plutesc. 5. Pompa Mamut este un utilaj folosit pentru: a) aspirarea apei din bazin; b) ridicat sfecl; c) transportor de sfecl. 6.Indicatorii de calitate ai tieeilor sunt : a) Cifra SILIN, procentul de sfrmturi, Cifra suedez; b) procentul de sfrmturi, Cifra suedez; c) Cifra SILIN, Cifra suedez; 7.Stratul de sfecl n maina de tiat are o grosime de: a) 50 cm; b) 2-3 m; c) 5-6 m.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

26

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

CAP.3. EXTRACIA ZAHRULUI DIN TIEEI - DIFUZIA3.1. INTRODUCERE Extracia zahrului din tieii de sfecl, are loc prin procesul de difuzie cu ap. La baza extractiei stau legile generale ale osmozei, anume: cnd dou faze diferite A si B, dar solubile una n alta, sunt desprite printr-un perete impermeabil, se observ c dizolvantul (n cazul nostru apa), va strbate prin perete (membran), mprstiindu-se n soluia concentrat, iar moleculele soluiei concentrate se vor deplasa prin peretele permeabil, mprstiindu-se n dizolvant (apa de difuzie). Deplasarea moleculelor are loc pn cnd de ambele pri ale peretelui despritor se stabileste o concentraie constant, difuzia ncetnd n acel moment.membran permeabil A Mb Tietei C1 (C,1) Ma B

Ap C0 (C2)

Iniial C1 > C0 Final C1 = C2 Pentru a se realiza procesul de difuzie (extracia zahrului), respectiv a sucului celular din tieei, este necesar s se realizeze plasmoliza celulei, care s favorizeze difuzia. Plasmoliza se realizeaz prin nclzirea tieeilor aflai n apa de difuzie si const n denaturarea protoplasmei celulare si retragerea ei spre centrul celulei, concomitent cu distrugerea membranei ectoplasmatice, n timp ce sucul celular este mpins spre periferia celulei.membran ectoplasmatic protoplasm Suc celular Vacuol cu suc t = 80oC pH = 5,8 - 6,2 protoplasm

membran celular

Nucleu

membran Nucleu celular

3.2. ECUAIA OPERAIEI DE DIFUZIE Pentru difuzia zahrului din tieeii de sfecl, SILIN a stabilit ecuaia dup care se realizeaz difuzia:___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 27

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria AlimentelorG = DS C c kg , x h

n care: G este cantitatea de zahr care difuzeaz, kg; S suprafaa prin care se deplaseaz reciproc fazele, m2; C concentraia medie a zahrului din tieeii de sfecl supusi difuziei,kg substant m 3 produskg substant m 3 produs

;

c concentraia medie a zahrului n zeama de difuzie, ;m2 h m2 s

x drumul strbtut de moleculele ce difuzeaz, m; D coeficientul de difuzie, sau . Coeficientul de difuzie, depinde de proprietile fazelor ce se afl n difuzie, precum si de natura peretelui prin care se realizeaz difuzia. Coeficientul de difuzie este dat de relaia:D= k 0 Tm

,

n care: k0 este o constant ce depinde de mrimea si proprietile fizicochimice ale substanei ce difuzeaz; Tm temperatura n partea activ a aparatului n care se realizeaz difuzia, oC; vscozitatea dinamic a zemii de difuzie, n 3.3. METODE DE REALIZARE A DIFUZIEI Difuzia se poate realize prin dou metode: - difuzia prin splarea materialului cu apa curat, care are dezavantajul unei durate mari si consumului mare de ap; metoda se aplic n cazul difuzoarelor cu funcionare discontinu (Si apa proaspt; Sf zeam de difuzie; Mi material iniial; Mf material epuizat).Si MiN s m2

.

Mf Sf

-

difuzia n contracurent, n care caz, materialul bogat n zaharoza intr printr-un capat al aparatului si iese epuizat pe la cellalt capt, n sens contrar circulaiei apei.Tietei Ap proaspt

Zeam de difuzie

Tietei epuizati

Difuzia n contracurent prezint urmtoarele avantaje:___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 28

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

- se foloseste o cantitate mai mic de ap, aproximativ egal cu cantitatea de tieei de sfecl supusi extraciei; - concentraia zemii de difuzie care se obine face posibil obinerea zahrului cu un consum mai mic de cldur n staia de evaporaie. 3.4. FACTORII CARE INFLUENEAZ PROCESUL DE DIFUZIE Acesti factori sunt, in principiu, legati de calitatea materiei prime, anume: Calitatea materiei prime. Difuzia este mai bun n cazul tieeilor din sfecl proaspt, ajuns la maturitate tehnologic, nengheat/desgheat, fr structur lemnoas si neatacat de microoganisme: sfecla vestejit/lemnoas - conduce la sfrmturi si tieei de form necorespunztoare la tiere; sfecla nematurat - zahroza are un coeficient de difuzie mai redus, ceea ce mreste durata de extracie; sfecla atacat de microorganisme - conduce la apariia de focare de infecie n instalaia de difuzie si deci la pierderi de zaharoza. Calitatea tieeilor. Tieeii trebuie s asigure o suprafa mare de contact cu zeama de difuzie, deci trebuie s fie lungi, subiri, dar rezisteni la rupere si tasare, pentru a nu mpiedica circulaia zemii de difuzie. Calitatea apei la difuzie. Apa utilizat la difuzie provine din condensul de la staia de evaporare (pH alcalin), condensatorul barometric (pH alcalin), de la presa de borhot. Apele cu caracter alcalin se trateaz cu SO2 sau H2SO4 pn la pH = 5,8 6,3. La acest pH, din sfecl se extrag mai puine substane pectice, care mresc vscozitatea zemii de difuzie si ngreuneaz procesul de purificare si filtrare a zemurilor si duce la cresterea de zahr n melas. Pentru a fi refolosit, apa de presa de la borhot se separ de pulp si apoi se nclzeste la 100oC, pentru sterilizare. Pentru difuzie se foloseste si apa proaspt. Temperatura de difuzie. Temperatura de difuzie este important pentru realizarea plasmolizei celulelor tieeilor si cresterea difuziei zahrului. La temperatur ridicat se realizeaz pasteurizarea/sterilizarea zemii de difuzie. Temperatura normal ntr-o instalaie de difuzie este 70 - 74oC, dar plasmoliza se realizeaz complet la 80oC; temperaturi > 74oC favorizeaz trecerea substanelor pectice n zeama de difuzie, nmuierea si tasarea tieeilor, ceea ce conduce la ncetinirea circulaiei zemii. Durata de difuzie. Durata de difuzie normala este de 60 - 100 min, la depsirea duratei creste cantitatea de nezahr n zeama, ceea ce creeaz neajunsuri la purificare. Sutirajul. Reprezint cantitatea de zeam de difuzie ce se extrage n instalaie n raport cu greutatea sfeclei. Sutirajul normal este de 105 - 130 %, la depsirea sutirajului zeama este prea diluat si deci se consum mult energie la concentrare. Sutirajul este dat de relaia:___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 29

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor Pa S= 100 , p

in care: P- zahrul din tieei, % ; a - pierderi; p - cantitatea de zahr din zeam. ncrcarea specific a aparatului de difuzie. Reprezint cantitatea de tieei /1 hl volum util aparat. ncrcarea specific este de 60 - 70 kg/hl, la depsirea ncrcrii specifice scade viteza de circulaie a zemii; la o ncrcare mai mic apar drumuri prefereniale pentru zeam n masa de tieei, deci nu toi tieeii ajung n contact cu zeama de difuzie. Prezena microorganismelor. Datorit prezenei microorganismelor, pot apare pierderi de zahr de 0,1 - 0,2 % fa de sfecl. Microorganismele ajung n instalaia de difuzie pe mai multe ci: - cu sfecla; - cu apa de transport, splare, difuzie; - cu resturile de tieei care rmn pe transportoare, jghiaburi etc. Infecia cu microorganism se poate combate prin respectarea unor reguli tehnologice stricte, cat si prin reguli de igiena, cum ar fi : - meninerea igienei n secie; - tratarea apei de transport prin clorinare; - dezinfectarea apei de difuzie; - meninerea temperaturii de difuzie la > 60oC; - dezinfectarea instalaiei de difuzie odat pe schimb, cu formol 35% etc. 3.5. INSTALAII DE DIFUZIE In practica cel mai adesea se utilizeaza urmtoarele instalaii de difuzie: RT, cu funcionare continu; BMA, cu funcionare continu; DDS, cu funcionare continu. a. Instalaia RT (Fig. 3.1.). are drept component principal un tambur orizontal din oel, care se nvrte pe dou role de susinere prin intermediul a dou bandaje. Miscarea de rotaie se realizeaz prin intermediul unei coroane dinate, angrenate de o roat dinat, aflat pe axa grupului motoreductor. n interiorul cilindrului sunt fixate 2 spirale cu nceputuri decalate la 180o unul fa de altul, care formeaz dou culoare elicoidale (2 rnduri de compartimente distincte), ce dirijeaz zeama n dou curente paralele. n partea de mijloc, pe toat lungimea axei tamburului exist un spaiu gol, cu seciune ptrat, prin care zeama trece dintr-un compartiment n altul. Pe toat lungimea cilindrului exist un perete despritor format dintr-o plac compact n partea centrala si perforat n prile marginale. De placa central sunt fixate table nclinate care dirijeaz trecerea tieeilor dintr-un compartiment n altul. Sensul de nclinare al tablelor este astfel stabilit nct, atunci cnd tamburul se___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 30

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

roteste, tieeii alunec n sens invers sensului de naintare a spiralelor. Cnd tamburul se roteste, placa perforat ridic tieeii si i scoate din zeam, iar cnd nclinaia plcii este destul de mare, tieeii alunec pe tablele nclinate n compartimentul urmtor. La fiecare turaie a tamburului, datorit celor dou spire, zeama se deplaseaz n dou compartimente iar tieeii n sens invers, numai ntr-un singur compartiment. Temperatura din tambur este de 70oC, durata de deplasare a tieeiilor de 100 min, iar a zemii de difuzie de 50 min.

Fig. 3.1. Instalaia RT a vedere general: 1 tambur; 2 role exterioare tamburului; 3 role de sprijin ale tamburului; 4, 5 mecanismul de acionare melc-roat melcat; 6 sistemul eelectromotor-variator de turaie; b seciune longitudinal; c seciune transversal; d detaliu privind poziionarea tablelor nclinate. b. Extractorul BMA (Fig.3.2.) se ncadreaz n categoria extractoarelor de tip transportor melcat vertical. Aparatul este format dintro coloan vertical, n interiorul creia se afl un arbore tubular pe care sunt montate spire de o construcie special. Spirele au canale radiale pentru curgerea zemii. La baza turnului se afl o sit, iar sub aceasta, un colector tronconic, din care se extrage zeama de difuzie. Pe seciunea coloanei sunt montate palete fixe, care opresc rotirea masei de tieei si zeam odat cu axul si totodat regleaz ncrctura aparatului cu tieei. La partea superioar a coloanei, sunt montate stuurile pentru admisia apei, cel de sus pentru apa rece, iar cel de jos pentru ap cald. Evacuarea tieeilor se face pe la partea inferioar a coloanei. Tieeii sunt preanclzii n afara extractorului, ntr-un amestector,___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 31

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

pe seama zemii de difuzie de circulaie, care trece printr-un preanclzitor. Din amestector tieeii de sfecl sunt trimisi la baza extractorului, deasupra sitei si circul de jos n sus, n contracurent cu apa. Instalaia BMA se caracterizeaz prin: productivitatea = 1500 t/24h (pentru H = 24 m si = 3,7 m); durata de difuzie - 80 min; turaia medie 0,91,7 rot/min; ncrcare difuzor - 50 kg tieei/hl; sutiraj -120130 % fa de tieei.

Fig. 3.2. Extractorul (difuzorul) BMA: 1 corpul aparatului; 2 ax gol; 3 spire; 4 palete fixe; 5 gur evacuare borhot; 6 rezervor acumulare zeam de difuzie; 7 grup motoreductor; 8 malaxor pentru preanclzire tieei; 9, 10 pompe; 11 schimbtor de cldur pentru zeama de difuzie recirculat. c. Extractorul DDS (Fig. 3.3) face parte din categoria extractoarelor cu nclinaie usoar fa de orizontal, deplasarea tieiilor n extractor fiind realizat cu un transportor melcat. Aparatul este format dintr-o cuv cu seciune bicilindric, nclinat fa de orizontal cu 8o si terminat prin doi perei frontali. La extremitatea inferioar a cuvei se afl plnia de alimentare cu tieei si o sit prin care se filtreaz zeama nainte de a prsi aparatul, prin gura de evacuare. n interiorul cuvei se rotesc dou transportoare elicoidale care deplaseaz tieeii de jos n sus, n contracurent fa de apa de difuzie care este trimis pe la partea superioar. Spirele melcilor sunt construite din fsii de tabl, cu spaii libere ntre ele, care se ntreptrund. La cptul superior aparatul are o roat elevatoare cu cupe perforate, cu ajutorul cruia se scoate borhotul. Pentru nclzire, aparatul este echipat cu 12 mantale de abur, care creaz zone de nclzire pe lungimea aparatului.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

32

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 3.3. Schi de principiu a extractorului DDS: 1-corpul snecurilor; 2-ax; 3-spire; 4-gur de ncrcare; 5-sistem de nclzire; 6-carcasa roii elevatoare pentru evacuare borhot; 7-roat elevatoare; 8descrcare borhot. Zonele de lucru ale aparatului sunt: zona I - de lng sit, care este neanclzit si n care temperatura tieeilor este de 20 - 25oC, iar a zemii este < 50oC, pentru ca tieeii s nu se nmoaie; zona II - n care se realizeaz plasmoliza tieeilor, la t = 75 78oC; zona III - de extracie propriu zis, la care t =70 - 72oC; zona IV - de evacuare a borhotului, neanclzit, n care tieeii epuizai au temperatura de 50-60oC si vin n contact cu apa de difuzie. La folosirea acestei instalaii, n condiii normale de funcionare, pierderile de zahr n borhot sunt de 0,25-0,35%, la un sutiraj de 115120%, durata difuziei fiind de 90-100 min. Cifra SILIN pentru tieeii folosii trebuie s fie de 7-14 m, iar Cifra suedez sa fie mai mare de 10. Turaia optim a snecurilor trebuie s fie de 0,7 - 0,8 rot/min. 3.6. CALCULE TEHNOLOGICE PENTRU PROCESUL DE DIFUZIE Pentru a face calculul operatiunii de difuzie avem n vedere bilantul de materiale si bilantul in zahr. 1. Bilanul general de materiale: T + A = S + B, n care: T - cantitatea de tieei; A - cantitatea de ap; S - sutirajul; B - borhotul. Din ecuaie se poate determina cantitatea de ap: A=S+BT___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 33

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Din ecuaia de baz rezult: - cantitatea de zeam de difuzie (sutirajul) nu este egal cu cantitatea de ap necesar instalaiei; - pentru bateriile de difuzie discontinui, cantitatea de ap este mai mare dect sutirajul; - pentru instalaiile de difuzie continu, cantitatea de ap este mai mic. 2. Bilanul zahrului la difuzie:P=p S + ab + an , 100

n care: P cantitatea de zahr din sfecl, %; p-cantitatea de zahr (polarizaia) din zeama de difuzie,%; ab pierderi de zahr n borhot, raportat la 100 kg sfecl; an pierderi nedeterminate de zahr la 100Kg sfecl prelucrat; S sutirajul. Calculul sutirajului:S= p

(P a) 100 ,

n care: P-cantitatea de zahr din sfecl, %; p-cantitatea de zahr din zeama de difuzie, %; a-pierderi totale la difuzie, la sfecla prelucrat,%. 3.7. PRESAREA SI USCAREA BORHOTULUI De la difuzie rezult zeama de difuzie si borhotul. Borhotul reprezint 90% din sfecla la difuzia discontinu si 70-80% la difuzia continu. Borhotul este format din: Borhotul: Conservabilitatea ap: 92,5 94%; borhotului creste daca acesta se substan uscat: 6 7,5%, din supune presarii, n prim faz, care: astfel nct coninutul de - 0,5% substane proteice; substan uscat ajunge la 16 - 1,3% celuloza; 20%. - 2,7% substane pectice i arabani; - 0,2% zaharuri; Presarea se face cu prese - 0,3% sruri minerale. verticale sau orizontale, prezentam ca mai utilizat presa orizontal. (Fig. 3.4.). Presarea borhotului este influenat de o suma de factori, anume: turaia axului presei, care la rndul ei influeneaz capacitatea presei si coninutul de substan uscat din borhot; suprafaa liber de presare, care determin: viteza de eliminare a apei; suprafaa liber a presei este dependenta de numrul orificiilor si dimensiunile acestora din sita cilindric a presei; calitatea sfeclei folosit la formarea tieeilor: tieeii din sfecla imatur se preseaz mai greu dup epuizarea la difuzie, fibrozitatea fiind mai redus si avand un coninut mai mare de substane pectice care rein ap;___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 34

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 3.4. Pres orizontal de borhot: 1 cuv semicilindric; 2 sit cilindric; 3 ax conic; 4 palete dispuse elicoidal; 5 sistem de antrenare; 6 bare fixe; 7 - con de presare; 8 gur de ncrcare; 9 conduct de evacuare ap.

condiiile de lucru influeneaz presarea, prin: - pH-ul la difuzie: un pH mai mare sau mai mic solubilizeaz excesiv substanele pectice si deci se produce nmuierea tieeilor; - temperatura de difuzie < 40oC conduce la ntrirea tieeilor, iar temperatura prea mare conduce la destrmarea lor, presarea ambilor fiind mai dificila; O conservabilitate mai mare a borhotului este realizat prin uscare, la un coninutul de ap de 10-12%, iar substana uscat la 88-90%, operaie ns nerentabil economic datorit consumului mare de cldur. Cantitatea de borhot rezultat din sfecl se calculeaz cu relaia:Gb = Ms 100 , Mb

n care: Gb cantitatea de borhot, % fa de sfecl; Ms marcul sfeclei, %; Mb marcul borhotului, %. Gb se calculeaz si cu relaia:Gb = ab Pb

,

n care: ab pierderea de zahr n borhot, % sfecl; Pb polarizaia borhotului. Bilanul la presare este dat de formula: G1 = G2 + W , n care: G1 cantitatea de borhot umed, kg; G2-cantitatea de borhot presat, kg; W-cantitatea de ap eliminat-presare, kg. Bilanul n substana uscat, fr a ine seama de pierderi, este:G2 u u2 = G3 3 100 100

n care: G2 cantitatea de borhot presat, kg; u2 umiditatea borhotului presat, %; G3 cantitatea de borhot uscat, kg; u3 umiditatea borhotului uscat, %.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

35

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

3.

Teste pentru autoverificarea cunostinelor:

1. Metodele utilizate pentru realizarea difuziei sunt : a) metoda prin splare cu ap curat; b) plasmoliza; c) metoda in contracurent. 2. Procesul de difuzie este influenat de pH-ul apei, care trebuie s fie : a) 5,8 6,3; b) < 5,8 ; c) > 6,0. 3. Care este temperatura optim la difuzie ? a) < 70oC; b) > 80oC; c) 70 - 74 oC; 4.Sutirajul este : a) cantitatea de zeam de difuzie; b) substana uscat din zeama de difuzie; c) cantitatea de zahr din zeama de difuzie. 5. Prin uscarea borhotului, coninutul de ap al acestuia ajunge la : a) 20%; b) 30%; c) 10-12%. 6.Difuzia este direct proportional cu : a) suprafaa de contact intre faze; b) drumul strbtut de moleculele ce difuzeaz; c) lungimea tieeilor. 7.Pentru ca plasmoliza sa fie eficient trebuie ca sutirajul sa aib valoarea : a) 105 130% in raport cu greutatea sfeclei; b) > 150% in raport cu greutatea sfeclei; c) < 100% in raport cu greutatea sfeclei.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

36

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Cap. 4. PURIFICAREA ZEMII DE DIFUZIEDup separarea de borhot, zeama de difuzie ramasa reprezint o soluie slab acid, cu pH = 5,8 - 6,5 si o puritate de 82 - 88%, un Brix de 13 - 15%, care spumeaz si are n suspensie pulp fin de sfecl si impuriti minerale. Culoarea zemii este brun-nchis spre negru. 4.1. COMPOZIIA CHIMIC A ZEMII DE DIFUZIE Zeama de difuzie contine o cantitate de substan uscat denumit nezahr, de 1,5 - 2,5%, nedorita n zeama de difuzie si formata din:Nezahar:

substane anorganice ; substane organice solubile fr azot; substane organice coloidale fr azot; substane organice cu azot; substane organice coloidale cu azot.

Substane anorganice : sunt sruri de sodiu si potasiu ale acizilor fosforic si sulfuric; la purificare aceste sruri trec sub form de hidroxizi sau carbonai, care dau alcalinitatea natural a zemii. Substane organice solubile fr azot : sunt acizi organici (citric, lactic, oxalic, malic, acetic, butiric), zahrul invertit provenit din zaharoza si rafinoz, care se gsesc n cantiti mici. Substane organice coloidale fr azot : sunt substane pectice care ajung n zeama de difuzie prin hidroliza protopectinei insolubile (0,1 0,2%). o cantitatea de substane pectice care trece n zeama de difuzie depinde de anumiti factori: - calitatea sfeclei: o sfecl imatur conduce la o zeam cu o cantitate mai mare de substane pectice; - pH-ul zemii: la pH = 6,7 are loc o trecere redus a substanelor pectice n zeam, iar la 7,0 cantitatea se dubleaz; - temperatura si durata difuziei: relatie direct proportionalala (temperatur/ durat mai mare de difuzie, creste cantitatea de substane pectice n zeam); o substanele pectice din zeama de difuzie conduc la probleme in desfasurarea procesului tehnologic: cresterea vscozitii, cu formare de compusi gelatinosi cu CaO sub form de lapte de var Ca(OH)2; greuti n ceea ce priveste filtrarea zemii de difuzie. Substane organice cu azot : mai multe grupe, anume: o aminoacizi: ac.aspartic, glutamic, alanina, izoleucina, glicocolul, tirozina, cu consecine negative:___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 37

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

- particip la reacii de mbrunare neenzimatic cu zahrurile reductoare, contribuind la nchiderea culorii zemii; - sub aciunea tirozinazei, tirozina formeaz melanine care intensific culoarea zemii; - formeaz cu CaO sruri solubile, care devin insolubile la evaporaie, formnd cruste ce se depun pe evi; o amidele aminoacizilor care se descompun n prezena CaO, cu formare de amoniac (NH3); o baze organice: betaina, colina, care ajung n melas antrennd si zahrul. Substane organice coloidale cu azot : sunt albumine si peptone, care la 70oC coaguleaz si nu trec n soluie dect n cantiti mici, care reacioneaz cu CaO si sunt eliminate la purificare. 4.2. OPERAIILE PROCESULUI DE DIFUZIE Pentru a obine zahr prin fierbere si cristalizare, zeama de difuzie trebuie purificat, din urmtoarele considerente de eficienta a procesului: - trebuie eliminate particulele n suspensie si proteinele coagulate, care produc greuti la filtrare; - zeama are reacie acid (pH = 5,8 - 6,5, corespunztor la 0,04% CaO); la asemenea pH, zahroza se inverteste, zahrul invertit fiind melasigen si antreneaz n melas o cantitate suplimentar de zahr; - zeama de difuzie are culoare nchis, care s-ar transmite si cristalelor de zahr; - zeama conine saponine, care produc spum si creeaz dificulti la evaporare, fierbere si cristalizarea zahrului; - unele impuriti coloidale dau soluii vscoase, care creeaz greuti la fierbere si cristalizare. Zeama de difuzie se supune procesului de purificare, care const din operaiile prezentate in Fig. 4.1. si anume: Predefecarea are drept scop nlturarea coloizilor din zeama de difuzie, prin adugarea a 0,15 0,35% CaO sub form de lapte de var, astfel ca pH-ul zemii devine 10,8 11,2 la 20oC. La predefecare nu se nltur pectinele prin coagulare, ci doar o parte din pectine si saponine, prin adsorbie pe CaO coloidal, din soluie sau pe cristalele de CaCO3 introduse la predefecare, prin reluarea unei pri din precipitatul concentrat de la saturaia I. Cantitatea de precipitat coloidal format la predefecare reprezint 0,5 1% din cantitatea de zeam.Predefecarea: - optim sau simpl (Spengler, Btger); - cu adaus progresiv de var (Kartasov, Dedek, Vasatko); - progresiv, cu tratarea zemii de difuzie cu zeam predefecat (Briegell Mller, Naveau).

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

38

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 4.1. Schema tehnologic recapitulativ de la purificarea zemii de difuzie.

Predefecatorul Briegell Mller (Fig. 4.2.) - este format dintr-un vas orizontal cu fund cilindric, n interiorul cruia se roteste un agitator cu brae. Aparatul este mprit n 7 compartimente, n seciune longitudinal, prin perei de tabl formai din dou pri: una fix (8) si una mobil (9) clapete care se pot rsuci dup nevoie n jurul axei lor. Zeama intr prin stuul (10) n compartimentul (1), iar laptele de var n compartimentul (7) prin conducta (11). Zeama predefecat iese prin preaplinul (12). Cu ajutorul registrului (13), prin ridicare/coborre se poate varia nivelul zemii n aparat. Zeama de difuzie trece dintr-un compartiment n altul, pe la fundul aparatului, pn ajunge n compartimentul (7), unde se adaug Ca(OH)2 pentru aducerea la pH-ul final. Prin rotirea clapetelor n jurul axelor lor, n aparat se creeaz dou curente pe cele dou laturi si anume: un curent de la compartimentul 7 la 1 si un curent de la compartimentul1 la 7. Aparatul lucreaz cu zeam de la saturaia I, care conine CaCO3 cu proprieti adsorbante sau cu nmol concentrat de la decantare (care de___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 39

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

asemenea conine CaCO3).

Fig. 4.2. Predefacatorul Briegell Mller

Defecarea este operaia care are drept scop: - precipitarea compusilor din zeama de difuzie care reacioneaz cu ionii de Ca2+ si OH; - crearea de condiii, astfel nct la carbonatare s se formeze o mas adsorbant de cristale si o mas de precipitat, care ajut la filtrarea zemii carbonatate; - sterilizarea zemii prin aciunea Ca(OH)2 asupra microorganismelor. In timpul acestei operatiuni au loc anumite reacii chimice: - nezahrurile anorganice sunt precipitate de sulfai (sulfat de calciu); - acizii organici liberi sunt precipitai sub form de sruri de calciu; - srurile acizilor organici cu potasiu si sodiu sunt descompuse cu formare de baze (KOH, NaOH); - Ca(OH)2 provoac descompunerea aminelor (asparagina, glutamina), a substanelor pectice si proteice. Aparatele pentru defecare pot fi: - aparate de defecare la cald (fig. 4.3.), cu temperatura de lucru de 85oC si turaia agitatorului de 30 40 rot/min; - aparate de defecare la rece (defecatorul DDS), care este de form cilindric si are D > H, prevzut cu agitator cu palete (cu 1 tur/minut), care lucreaz la 40oC.Saturaia I. Are drept scop formarea de precipitat cu excesul de lapte de var sau laptele de var slab legat sub form de zahrai mono si dicalcici. La saturaia I intr zeama defecat cu alcalinitate 1,5 - 2% CaO si temperatura de 85 - 90oC, care este tratat cu gaz de saturaie ce provine de la cuptorul de var (conine 26 34% CO2). Saturaia I are loc n saturatoare, pn la o alcalinitate de 0,06 - 0,1% CaO, adic pn la pH = 10,8v - 11,2.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

40

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 4.3. Defecatorul la cald: 1 vas cilindric; 2 ventil de golire; 3 agitator; 4 contrabrae; 5 alimentare cu zeam predefecat; 6 plnie de alimentare cu lapte de var; 7 conduct de evacuare a zemii defecate; 8 colector de zeam predefecat; 9 conduct de evacuare zeam defecat.

La saturaia I au loc urmtoarele reacii chimice: CO2 + H2O H2CO3 CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2 H2O In zeama defecat CaO se afl sub form de suspensie n proporie de 90% si 10% sub form de hidroxid de calciu; pentru a se forma CaCO3 va trebui ca tot oxidul de calciu s se afle ca Ca(OH)2 . Saturaia I are loc n urmtoarele condiii tehnice: - temperatura zemii de defecaie: 85 90oC; - concentraia CO2 n gazul de saturaie: 26 34%; - durata operaiei: cca. 8 minute; - pH-ul final al zemii: 10,8 11,2 (acelasi ca la predefecare). Saturaia I poate fi realizat discontinuu si continuu, astfel: a. Saturaia I discontinu : avantaje: - saturaia se poate controla foarte bine; - obinerea de gel intermediar favorizeaz absorbia nezahrului pe cristalele de CaCO3; - cristalele de CaCO3 fiind foarte mici, se favorizeaz purificarea. dezavantaje: - cristalele mici de CaCO3 produc greuti de filtrare, viteza de sedimentare fiind mic, nu se pot folosi utilaje cu funcionare continu pentru separarea cristalelor de CaCO3 cu materialul adsorbit la suprafaa lor; - se produce spum; - necesit mai multe saturatoare (4 saturatoare), ceea ce ridic costul investiiei. b. Saturaia I continu prezint urmtoarele: avantaje: - se obin cristale mari de CaCO3 (5-10) datorit alcalinitii mai mici a zemii proaspete, ceea ce conduce la o filtrare mai usoar a suspensiei de precipitat, ce are o vitez de sedimentare mai ridicat; - se poate realiza recircularea zemii n aparat ceea ce conduce la cresterea cristalelor de CaCO3; - instalaia este mai ieftin, fiind nevoie de un singur saturator.___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 41

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

dezavantaje: - nu se poate menine constant pH-ul datorit greutilor n reglarea tratrii zemii cu CO2; - este posibil ca nu toat zeama s fie tratat uniform cu CO2; - suprafaa de adsorbie a cristalelor mari este mai mic dect a cristalelor mici, deci purificarea este mai puin eficient. Aparatele de saturaie I sunt cu funcionare discontinu si continu: a) Aparatul de saturaie I cu funcionare discontinu (Fig.4.4.) este format din vasul cilindric (1), zeama intrnd n aparat prin racordul (3) si distribuit prin distribuitorul (2) de sus n jos. CO2 pentru saturaie este adus prin conducta (5) si distribuit prin barbotorul (6). CO2 este dirijat n contracurent cu zeama care prseste saturatorul prin conducta (7), trecnd prin preaplinul (10). Gazul uzat prseste aparatul prin racordul (11).

Fig. 4.4. Aparat pentru saturaia I, cu funcionare discontinu: 1 vas cilindric; 2 tu de alimentare cu zeam + nmol concentrat; 2 tu de alimentare cu CaO; 3 conduct de alimentare cu CO2; 3 distribuitor de CO2; 4 conduct de evacuare zeam saturaia I; 5 sticl de nivel; 6 sprgtor de spum; 7 racord de evacuare gaz de saturaie uzat.

Fig 4.5. Aparat pentru saturaia I, cu funcionare continu: 1 vas cilindric; 2 distribuitor zeam defecat + recirculat; 3 tu intrare zeam; 4 conduct recirculare; 5 conduct gaz de saturaie; 6 duze de distribuie gaz de saturaie; 7 conduct de evacuare zeam saturat; 8 distribuitor de gaz de saturaie; 9 pomp centrifug; 10 preaplin; 11 evacuare gaz de saturaie uzat.

b) Aparatul de saturaie I cu funcionare continu (Fig. 4.5.) se compune din corpul cilindric (1), n care zeama de difuzie si laptele de var intr prin conductele (2) si (2'), cu circulaie de sus n jos. Gazul de saturaie este adus prin conducta (3) si distribuit prin barbotorul (3') si circul de jos n sus. Zeama saturat prseste aparatul prin conducta (4). Controlul nivelului zemii n aparat este realizat prin conducta de nivel (5). Aparatul este prevzut la partea superioar cu prinztorul de spum (6) si racordul (7) prin care iese gazul de saturaie.___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 42

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Saturaia a II-a. Are drept scop sa precipite excesul de var cu CO2 si sa scada la minimum cantitatea de sruri de calciu coninut de zeama subire. La saturaia a II-a trebuie evitat redizolvarea nezahrului. Tratarea cu CO2 se face pn la pH = 8,2 - 8,8 si 100 - 150 mg CaO / litru. Reaciile chimice care au loc la saturaia a II-a sunt urmtoarele: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O 2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O 2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Ca(R COO)2 + K2CO3 CaCO3 + 2 R COOK (insolubil) (insolubil) (solubil) n cazul suprasaturarii cu CO2, are loc transformarea carbonailor n bicarbonai, fapt nedorit, deoarece bicarbonaii produc incrustaii pe evile fierbtoarelor. Saturaia a II-a este bine condus dac sunt respectati parametrii: - alcalinitatea zemii ajunge la 100 -150 mg CaO / litru, pH = 8,2 - 8,8; - KOH si NaOH se transform complet n K2CO3 si Na2CO3; - operaia se desfsoar la 100oC si fr exces de CO2, pentru a nu se forma bicarbonai solubili. Saturaia a II-a dureaz aproximativ 4 - 5 min. si se conduce n aparate de felul celor artate la saturaia I. Prefierberea zemii subiri de saturaia a II-a. Aceast operaie este necesar numai dac s-a fcut suprasaturarea zemii si a avut loc formarea de bicarbonai solubili. Carbonaii insolubili se ndeprteaz prin filtrare. Prefierberea se realizeaz la 105 -107oC, ntr-un prenclzitor, n care caz au loc reaciile: Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O 2 KHCO3 K2CO3 + CO2 + H2O

Sulfitarea zemii subiri se realizeaz n scopul: - reducerii alcalinitii pn la 0,001% CaO; - reducerii vscozitii zemii; - decolorarii zemii. La sulfitare au loc urmtoarele reacii: SO2 + H2O H2SO3 K2CO3 + H2SO3 K2SO3 + CO2 + H2OH2SO3 + H2 H2SO4 + 2H Hidrogenul format are aciune decolorant asupra substanelor colorate din zeam.(reacie care reduce alcalinitatea la 0,01% CaO)

Separarea precipitatului din zemuri dup: - saturaia I, cnd se formeaz o cantitate mare de precipitat; - saturaia a II-a, cnd se formeaz o cantitate mai mic de precipitat; - dup sulfitare. Se poate merge pe varianta: o Decantare, n care caz se separ zeama care se trece prin filtre de control (cum ar fi filtrul cu lumnri), iar nmolul concentrat se filtreaz n filtru rotativ cu vid. La aplicarea___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 43

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

acestui procedeu este necesar ca zeama s aib un coeficient de sedimentare Sk > 6 cm/min. si un coeficient de filtrabilitate Fk < 6 s/cm2. Viteza de sedimentare este influenat de mrimea si calitatea precipitatului, vscozitatea zemii, temperatura zemii. o Folosirea de filtre concentratoare, de tip Grandfrin sau Grand Pont care prezint urmtoarele avantaje: realizeaz un grad de concentrare mai mare a nmolului; evit nrutirea calitii tehnologice a zemii si pierderi de zahr prin evitarea staionrii zemii; filtrele ocup un spaiu mai redus n comparaie cu decantoarele. 4.3. SCHEME DE PURIFICARE Scheme de purificare a zemii : schema cu coagularea coloizilor naintea saturaiei I (Briegell Mller); schema de purificare fr coagularea coloizilor naintea saturaiei I (Door); scheme mixte de purificare (Schneider BMA i Wiklund - Door). a. Schema cu coagularea coloizilor naintea saturaiei I (schema Briegell Mller). n aceast schem (Fig. 4.6.), zeama de difuzie este supus unei predefecri progresive. Astfel, n predefecatorul (1) zeama este tratat cu 0,20 - 0,25 g CaO/ 100 ml, relundu-se n compartimentul (1) al predefecatorului precipitatul de carbonat de calciu de la saturaia I. n defecatorul (2) zeama este tratat cu aproximativ 1 g CaO / 100 ml, fiind trecut apoi prin prenclzitorul (3), unde se nclzeste la 85 - 90oC. n saturatorul (4), zeama este tratat cu CO2 pn la pH = 10,8 - 10,9, apoi ajunge n decantorul (5), unde se separ zeama limpede, care este trimis la prenclzitorul (7) si saturatorul (8), iar nmolul concentrat este filtrat / splat n filtrul rotativ cu vid (6). Saturaia a II-a are loc pn la alcalinitatea de 0,015 0,020 g CaO / 100 ml. n final zeama este filtrat n filtrul (9). b. Schema de purificare fr coagularea coloizilor naintea saturaiei I (schema de purificare Door). n cazul acestei scheme, zeama de difuzie se nclzeste la 90oC n prenclzitorul (1), dup care este introdus n vasul de amestecare (2), unde se recircul zeama tratat simultan cu CaO si CO2 n defeco-saturatorul (3), pn la pH = 10,8 10,9. Zeama recirculat reprezint 600 700% fa de zeama de difuzie. Din saturatorul (3) zeama si urmeaz cursul normal (fig.4.7).

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

44

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 4.6. Schema de purificare Briegell Mller.

Fig. 4.7. Schema de purificare Door. c. Scheme mixte de purificare (schema Schneider BMA si schema Wiklund - Door). In cazul schemei Schneider BMA (Fig.4.8.), se realizeaz stabilizarea coloizilor zemii de difuzie n vasul (1), n care se introduc 6 10 volume nmol concentrat de la decantorul (6) al saturatorului I (5). Zeama tratat este apoi trecut n reactorul I a (2), n care se aduce si 150 - 250% zeam saturat din reactorul I b (3), plus nmol concentrat de la decantorul (10) al saturatorului II (9). ntre saturatorul I c (5) si reactorul I b (3) s-a introdus defecatorul (4). nainte de a intra n saturatorul II (9) zeama se mai supune unei defecri cu 0,02-0,03% CaO.

Fig. 4.8. Schema de purificare Schneider BMA. In cazul schemei Wiklund Door (Fig. 4.9.), procesul decurge45

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

dup cum urmeaz: zeama de difuzie se prenclzeste la 60-70oC n prenclzitorul (1), dup care se realizeaz predefecarea n contracurent, progresiv, n predefecatorul (2), prin adugare de 0,5 g CaO / 100 ml si 100% zeam suprasaturat pentru coagularea si stabilizarea coloizilor. n continuare, n vasul (3) se adaug 1,2-1,6 g CaO / 100 ml pentru defecare masiv. Zeama astfel tratat este admis n prenclzitorul (4), la 85oC si trecut apoi la saturatorul (5), unde este tratat cu CO2 pn la pH = 10,8-10,9, adic la alcalinitatea de 0,08 g CaO / 100 ml.

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Fig. 4.9. Schema de purificare Wiklund Door. O parte din zeama de saturaie I este trecut la saturatorul (6) unde suport o nou suprasaturare pn la alcalinitatea de 0,02 g CaO / 100 ml, corespunztoare pH=9 si este recirculat n predefecatorul (2). Restul zemii de saturaia I este trecut la decantorul (7), apoi la prenclzitorul (9), mpreun cu cea rezultat de la filtrul cu vid (8). n prenclzitor zeama se nclzeste la 95oC si de aici este trimis la saturatorul II (10) unde se trateaz cu CO2 pn la alcalinitatea de 0,015-0,020 g/100 ml. Zeama de saturaie II ajunge n final n filtrul (11).

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

46

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

4.

Teste pentru autoverificarea cunostinelor:

1. Zeama de difuzie este o soluie: a) slab acid; b) slab bazic; c) neutr. 2. Substanele organice cu azot sunt : a) substane de natur proteic; b) substane pectice ; c) amoniac. 3. Laptele de var este adugat n operaiunea de : a) predefecare; b) defecare; c) saturaia aII-a; 4. Gazul de saturaie de la cuptorul de var este utilizat la : a) saturaia a II-a; b) defecare; c) saturaia I. 5. Dup saturaia a II-a, zeama de difuzie este : a) acid; b) bazic; c) neutr%. 6.Scopul saturaiei este : a) de a precipita excesul de var si de a diminua cantitatea de sruri de calciu; b) de a diminua cantitatea de sruri de calciu; c) de a subia zeama de difuzie. 7.Schemele de purificare ale zemii subtiri pot fi numai : a) cu coagularea coloizilor naintea saturaiei I; b) fr coagularea coloizilor naintea saturaiei I; c) cu sau far coagularea coloizilor naintea saturaiei I si mixte .

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

47

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Cap. 5. EVAPORAREA ZEMII SUBIRI5.1. Instalaia de evaporare Zeama purificat este o zeam subire, deoarece conine 11 - 15% substan uscat si in continuare trebuie concentrat pn la 60 - 65% substan uscat, obtinandu-se zeama groas. Concentrarea se face de regul ntr-o staie de evaporare cu multiplu efect (Fig.5.1.), format din: - evaporatoare (concentratoare), de regul cu evi si tub central de circulaie; tevile fierbtoare au diametrul () de 30 - 34 mm si lungimea (L) de 3000 mm, iar n cazul evaporatoarelor cu circulaia zemii n pelicul, lungimea este de 4500 - 7000 mm; - condensator barometric; - pomp de vid; - oal de condens. Instalaia de evaporare funcioneaz n mai multe trepte de presiune, la temperaturi cuprinse ntre 130 si 60oC. Evaporatoarele sunt legate n serie si lucreaz la presiuni descresctoare, de la primul corp la ultimul corp, astfel nct, aburul secundar format ntr-un evaporator s serveasc la nclzirea urmtorului evaporator. Aparatele de evaporare care lucreaz la aceeasi presiune, denumite si corpuri de evaporare, formeaz o treapt sau un efect de evaporare.

Fig. 5.1. Instalaie de evaporare cu cinci corpuri (trepte): 1, 2, 3, 4, 5 corpuri de evaporare; 6 condensator barometric; 7 prinztor de picturi; 8 cad barometric. Instalatia din Fig.5.1. are cinci trepte (efecte) de evaporare, in care corpurile 1 si 2 lucreaz la presiune mai mare dect presiunea atmosferic, iar corpul 3 lucreaz la o presiune aproximativ egal cu cea atmosferic, corpurile 4 si 5 lucreaz la o presiune mai redus dect cea atmosferic. Aburul secundar de la ultimul corp de evaporare este condensat n condensatorul barometric, conectat cu prinztorul de picturi si conectat la pompa de vid uscat.___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 48

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Pentru ca staia de evaporare cu efect multiplu s funcioneze, transmiterea de cldur trebuie s se fac de la un aparat la altul, ceea ce nseamn o cdere de temperatur a vaporilor de la o treapt la alta. Aceast condiie este dat de ecuaia: Q = K1S1(t0 tf1) = K2S2(t1 tf2) = .... = KnSn(tn-1 tfn) n care: Q este cantitatea de cldur adus de abur n corpul 1, [Kcal]; K1, K2, K3,...Kncoeficientul total de transmitere a cldurii, [Kcal/m2h grad]; S1, S2, S3, ... Sn suprafeele de nclzire a aparatelor, [m2]; t0, t1, ...tn-1 temperatura vaporilor saturai de nclzire n fiecare evaporator, [oC]; tf1, tf2, ...tfn temperatura de fierbere a zemii, [oC]. Condensarea aburului iesit din ultimul corp al instalaiei de evaporare se realizeaz n condensatorul barometric de amestec, cu nlimea (H) de 2, 3 ori mai mare dect diametrul (D) si prevzut cu sicane. La condensatorul barometric din Fig.5.2. se consum 200 - 500 l ap/100 kg sfecl.

Fig. 5.2. Condensator barometric cu sicane: 1 corp cilindro-conic; 2 separator de picturi; 3 cad barometric. 5.2. Modificrile dn timpul evaporrii La concentrarea zemii subiri au loc o suma de modificri, care conditioneaza desfasurarea procesul tehnologic : o cresterea usoar a puritii, datorit descompunerii suferite de nezahr, descompunere care conduce la depuneri pe evile evaporatorului si la trecerea lor n apa de condens (antrenate de vaporii de ap) sau n gazele necondensabile (cele volatile); o scderea alcalinitii zemii ca rezultat al descompunerii amidelor si a zahrului invertit, cu formare de acizi humici si caramelizarea slab a zahrozei;___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 49

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor+ H2O

HOOC

CH

CH2 CONH2

HOOC

CH

CH2

COOH + NH3 amoniac

NH2 asparagina

NH2 acid asparagic

HOOC

CH NH2

CH

2

COOH + K 2CO 3

KOOC

CH NH2

CH2

COOK + CO 2 + H2O

asparaginat de potasiu

o modificarea coninutului de coloizi din zeama de saturaie (0,09% fa de sfecl) prin aciunea dintre aminoacizi si zahrul invertit, cand se mreste cantitatea de coloizi colorai, care pot fi adsorbii la suprafaa cristalelor de zahr la operaia de cristalizare; o descompunerea zahrului si intensificarea coloraiei n funcie de temperatura de evaporaie si de pH-ul zemii; o formarea de precipitate insolubile care se depun pe evile evaporatoarelor si micsoreaz trensmiterea de cldur; cauzele formrii de precipitate insolubile : - cresterea concentraiei zemii si a srurilor organice si anorganice slab solubile, care se depun; - scderea solubilitii srurilor de calciu odat cu cresterea concentraiei de zahr a zemii; - trecerea bicarbonailor n carbonai insolubili. 5.3. Calculul simplificat al staiei de evaporare Cantitatea de ap evaporat este dat de relaia: W = G 1 G2 ,G 2 = G1 b1 , b2

n care: W cantitatea de ap evaporat raportat la 100 kg sfecl, [kg]; G1 cantitatea de zeam subire raportat la 100 kg sfecl, [kg]; G2 cantitatea de zeam groas raportat la 100 kg sfecl, [kg]; b1 concentraia zemii subiri, [oBrix]; b2 concentraia zemii groase, [oBrix]. Calculul simplificat al staiei de evaporare cu cinci corpuri: a) cantitatea total de ap: b W = G1 1 1 b2

b) cantitatea de abur care intr n corpul 1 de evaporare: D1 = Dc + E4 + E3 + E2 + E1 n care: D1 - cantitatea de abur care intr n primul corp de evaporare, [kg]; Dc - cantitatea de abur la condensator, [kg];___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 50

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

[kg];

E1,E2, E3, E4 - prelevrile de abur de la corpurile de evaporare,W (E 1 + 2E 2 + 3 E 3 + 4 E 4 5

Dc =

)

c) cantitatea de ap evaporat la fiecare corp, raportat la 100 kg sfecl, [kg]: W1 = D1 W2 = D1 E1 W3 = W2 E2 W4 = W3 E3 W5 = W4 E4 W5 = Dc W4 = Dc + E4 W3 = Dc + E4 + E3 W2 = Dc + E4 + E3 + E2 W1 = Dc + E4 + E3 + E2 + E1 d) concentraia zemii n fiecare corp de evaporaie: G b Bx1 = 1 1 , [oBx] G1 W1 G1 b1 Bx2 = , [oBx] G1 (W1 + W2 ) G1 b1 Bx3 = , [oBx] G1 (W1 + W2 + W3 ) G1 b1 Bx4 = , [oBx] G1 (W1 + W2 + W3 + W4 ) G1 b1 Bx5 = , [oBx] G1 (W1 + W2 + W3 + W4 + W5 )

5.

Teste pentru autoverificarea cunostinelor:

1. Pn la ce nivel trebuie concentrat zeama subire ? a) < 30 % substan uscat; b) >50 % substan uscat; c) 80-65 % substan uscat . 2. Concentrarea se efectueaz cu ajutorul instalaiei de : a) evaporare; b) fierbere ; c) centrifugare. 3. Cantitatea de ap evaporat este direct proporional cu : a) cantitatea de zeam subtire intrat; b) cantitatea de zeam groas rezultat; c) diferena lor;

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

51

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Cap. 6. FIERBEREA SI CRISTALIZAREA ZAHRULUI6.1. Fierberea si cristalizarea Fierberea este operaia prin care zeama groas obinut la evaporare (concentrare), avand 60 - 65oBrix, se concentreaz pn la 90 93 oBrix, obinandu-se o mas groas, care reprezint o suspensie de cristale de zahr ntr-un sirop mam. Siropul mam conine n soluie tot nezahrul aflat n zeama groas, precum si o parte din zahrul pe care impuritile l menin necristalizabil. Siropul mam sau siropul de scurgere, este un sirop intercristalin, cu puritate inferioar masei groase. Cristalizarea zahrozei (zahrului) are loc concomitent cu fierberea, atunci cnd zeama atinge o anumit suprasaturaie. Coeficientul real de suprasaturaie este de 1,05-1,10. Rezult c fierberea trebuie s se fac astfel: - amorsarea cristalizarii prin introducerea de centri de cristalizare n interiorul zonei metastabile, respectiv pentru = 1,0-1,2 ; - formarea spontana a germenilor de cristalizare, pentru =1,21,3. Suprasaturaia se stabileste prin ngrosarea zemii pn la proba de fir. La cristalizarea prin amorsare cu germeni de cristalizare, numrul de germeni de cristalizare introdusi este de 106 -108 /100 l mas groas. Dup nsmnare, are loc cresterea cristalelor de zahr, avnd ca pornire germenii de cristalizare introdusi, germeni pe care se depune zahroza din soluia suprasaturat, sub influena unui gradient de concentraie c, n care c2 > c1 (c2 concentraia zahrozei n soluia suprasaturat, iar c1 concentraia zahrozei n soluia aflat la suprafaa germenului). Viteza de crestere a cristalelor de zahr, respectiv viteza de depunere a zahrozei pe germenele de cristalizare este dat de relaia:

G mg ,[ ] S min m 2 n care: G variaia masei cristalului, [mg]; S suprafaa cristalelor, [m2]; timpul, [min]. Viteza de cristalizare reprezint deci cantitatea de zahr [mg], care cristalizeaz ntr-un timp (1 minut) pe o suprafa (1 m2) si este influenat de urmtorii factori:K= gradul de suprasaturaie al soluiei de zahr (masei groase) - trebuie meninut la o anumit valoare, pentru a nu se forma n mod spontan noi centri de cristalizare, ceea ce ar conduce la formarea de cristale cu diferite dimensiuni; temperatura - influeneaz indirect viteza de cristalizare, prin faptul c micoreaz vscozitatea masei groase si favorizeaz micarea moleculelor de zaharoz; puritatea masei groase - cu ct puritatea este mai mare, cu att viteza de cretere a cristalelor de zahr este mai mare (Tab.6.1.).___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului 52

Factorii vitezei de cristalizare:

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

Tab.6.1. Corelaia dintre puritate si coeficientul de suprasaturaie () Puritate Viteza de crestere a cristalelor (K) a (Q) 1,03 1,06 1,09 1,12 1,15 1,18 100 1120 2360 4050 6900 92 620 1540 2390 2850 3300 3750 80 235 415 580 710 840 975

1,21 4180 1105

Influen pozitiv asupra vitezei de cristalizare o au: agitarea (usureaz deplasarea moleculelor de zaharoza spre cristal); mrimea (suprafaa germenilor de cristalizare); timpul (cantitatea de zaharoza depus pe cristale variaz cu ptratul timpului. Influen negativ asupra vitezei de cristalizare o are: alcalinitatea prea mare a masei groase (reacia trebuie s fie neutr). Scheme de fierbere si cristalizare Aparatele de fierbere a zemii groase sunt de doua tipuri: - aparate de fierbere verticale, cu funcionare discontinu; - aparate de fierbere cu funcionare continu. Se utilizeaz aparatele de fierbere sub vacuum, cu circulaie mecanic a zemii groase (Fig.6.1.). n acest aparat concentrarea final a masei se poate face pn la 95-96oBrix, pentru a avea ct mai puin zahr n siropul intercristalin, deci pierderi de zahr n melas ct mai mici. Fierberea poate dura 8-16 ore. Dup fierbere la Brixul dorit, masa groas este descrcat ntr-un malaxor-cristalizator, rcit, amplasat sub aparatul de fierbere. n malaxorul-cristalizator masa groas se rceste si zahrul cristalizeaz. Rcirea trebuie astfel condus nct siropul mam (intercristalin) s fie suprasaturat ( = 1,1). Rcirea final se face pn la 35oC, iar nainte de centrifugare masa fiart (masa groas) se nclzeste la 40-45oC, astfel nct siropul intercristalin s devin o soluie saturat cu = 1,0, vscozitatea fiind mai mic cu 20 30%.

Fig. 6.1. Fierbtor sub vid, cu agitator: 1- corp; 2- ax cu palete; 3- separator de picturi; 4- evi de fierbere; 5camer de fierbere.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

53

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

6.2. Rafinarea zahrului Rafinarea zahrului reprezint suma de operaii prin care se ndeprteaz impuritile reinute la suprafaa cristalelor de zahr, prin adsorbie sau incluziune (incluziuni solide sau lichide). Datorit impuritilor se obine zahr cu cristale neuniforme, deformate si o coloraie destul de intens. ndeprtarea impuritilor se face prin mai multe metode: - operaia de afinaie a zahrului brut; - dizolvare si recristalizare, dup o prealabil decolorare si filtrare a clerselor. a. Afinaia este metoda de purificare a zahrului prin care se nlocuieste mecanic pelicula de sirop intercristalin aderent pe cristale si care nu se ndeprteaz la centrifugare, cu o pelicul de sirop cu puritate mai mare dect siropul intercristalin aderent. Afinarea decurge n dou etape. Afinatia etape :obinerea masei artificiale prin amestecarea zaharului cu sirop nclzit la 85-90oC, avand o puritate mai mare dect a siropului intercristalin, ntr-un malaxor special; centrifugarea masei artificiale n centrifuge, ocazie cu care se poate face i o albire cu ap sau abur.

Condiiile n care are loc operaia de afinare Brixul masei groase trebuie s fie ct mai ridicat (9092oBrix), evitndu-se astfel dizolvarea zahrului; amestecarea masei groase n malaxor trebuie s dureze mai mult de o or; nainte de centrifugare masa artificial se aduce la 88-90 o Brix prin adaos de sirop, care nu trebuie s depseasc 25% fa de greutatea zahrului supus afinrii; siropul adugat trebuie s aib temperatura de 85-90oC, astfel nct masa artificial s aib o temperatur ct mai ridicat, ceea ce favorizeaz centrifugarea. b. Obinerea clerselor (clerelor) purificate Clersele purificate se obin prin dizolvarea zahrului galben sau a zahrului afinat n ap de condens sau ntr-o zeam subire bine purificat si trebuie s ajung la 80-90oC si 65oBx. Operaia de dizolvare are loc n vase cu agitator si serpentine de nclzire. Clersele se decoloreaz cu carbune, adugat n proporie de 0,8% fa de substana uscat, anume: - crbune de oase (crbune animal); - crbune activ vegetal. Dup amestecare, clersa se filtreaz n filtre cu discuri sau filtre cu lumnri. Purificarea clerselor se poate face si cu ajutorul schimbtorilor de ioni.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

54

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

6.3. Scheme de obinere a zahrului rafinat n fabricile de zahr se folosesc mai multe scheme de obinere a zahrului rafinat, anume : scheme de fierbere cristalizare cu patru produse (Fig. 6.2.); scheme de fierbere cristalizare cu patru produse si picior de cristal (Fig. 6.3.).Zeam purificat concentrat Fierbere - cristalizare Masa groas I Centrifugare

Zahr galben

Sirop verde I Fierbere - cristalizare Masa groas II Centrifugare Zahr brut Malaxare Masa groas artificial Centrifugare

Sirop alb

Zahr afinat Dizolvare Decolorare Filtrare Clers purificat Ape condens

Sirop de afinatie Zahr rafinat Sirop rafinat II

Centrifugare Fierbere - cristalizare Masa rafinat I Centrifugare Masa rafinat II Fierbere - cristalizare

Zahr rafinat

Sirop rafinat I

Fig. 6.2. Schema de fierbere i rafinare cu patru produse.

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

55

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria AlimentelorZeam purificat concentrat Fierbere - cristalizare Masa groas I Centrifugare

Zahr galben

Sirop verde I Fierbere - cristalizare

Zahr afinat I Sirop de afinatie

Masa groas II Centrifugare

Zahr brut final II H O2

Melas

Zahr afinat II Picior de cristal

Ap

Clers Decolorare Filtrare Clers purificat Fierbere - cristalizare Masa groas rafinat I Centrifugare

Sirop rafinat II

Zahr rafinat II

Centrifugare Masa groas rafinat II Fierbere - cristalizare

Fig. 6.2. Schema de fierbere i rafinare cu patru produse si picior de cristal

Zahr rafinat I

Sirop rafinat I

Centrifugarea La toate schemele menionate se observ c intervine operaia de centrifugare, prin care se obin: zahrul cristal, cu 0,5% umiditate; siropul verde; siropul alb, rezultat din splarea zahrului cristal cu ap (70-80oC) sau abur. Centrifugele utilizate n industria zahrului pot fi cu funcionare periodic (verticale, suspendate) si cu funcionare continu (orizontale si verticale) (Fig. 6.4.). Principiul centrifugrii. La rotirea tamburului ia nastere o for centrifug (Fc), care se poate determina cu urmatoarea formula de calcul: 2 Fc = m r ;

= 2 n ;60

G m = ; g

Fc =

G 2 n2 r; 900 g

n2 r ; g 900 Oricare centrifuge se caracterizeaz prin factorul de separare (Z) : =1

2

Fc=

Z=

2 rg

sau Z =

r n2 . 90056

___________________________________________________________________________ Tehnologia zahrului

Universitatea Dunrea de Jos Galai Facultatea de tiina i Ingineria Alimentelor

-

Centrifugele din industria zahrului au: centrifuge cu funcionare periodic : Z = 650-1500, turaia = 1000 rot/min; centrifuge cu fun