Lo zucchero è uno degli alimenti più consumati al mondo, derivato principalmente dalla canna da zucchero e dalla barbabietola da zucchero. Produrre zucchero di alta qualità è un processo complesso che comprende diverse fasi: estrazione, chiarificazione, evaporazione, cristallizzazione e raffinazione. In ogni fase della lavorazione dello zucchero, la qualità e la purezza del succo di zucchero devono essere controllate con precisione. Le impurità naturali, come particelle colloidali, proteine, pigmenti e microrganismi, possono compromettere seriamente l'efficienza della chiarificazione, della filtrazione e della cristallizzazione.
Le sostanze chimiche svolgono un ruolo cruciale nei moderni processi di produzione dello zucchero. Senza un adeguato controllo chimico, queste impurità possono causare incrostazioni, problemi di colore e perdite di produzione. Le sostanze chimiche utilizzate nella produzione dello zucchero non solo migliorano l'efficienza e la produttività, ma migliorano anche la qualità del prodotto, riducono il consumo energetico e aiutano gli stabilimenti a rispettare gli standard di tutela ambientale. Queste sostanze chimiche possono:
- Migliora l'efficienza della chiarificazione e l'effetto di separazione solido-liquido.
- Impedisce la crescita di microrganismi nei succhi di frutta e negli sciroppi.
- Migliora l'effetto decolorante dello zucchero semolato bianco ad alta purezza.
- Controllare la formazione di schiuma e incrostazioni nell'evaporatore e nell'evaporatore sotto vuoto.
Questo articolo prende come esempio la canna da zucchero per riassumere in modo esaustivo il processo di produzione dello zucchero. Spiega inoltre come diverse sostanze chimiche - flocculanti, disinfettanti, decoloranti e antischiuma - vengono applicate in ogni fase per garantire un funzionamento regolare e una produzione di zucchero di alta qualità.
Processo di produzione dello zucchero e applicazione di prodotti chimici
Preparazione delle materie prime
La produzione dello zucchero inizia con la raccolta e la preparazione delle materie prime. La canna da zucchero viene lavata e tritata per rimuovere terra, pietre e foglie. In questa fase, se il succo viene lasciato riposare a lungo, inizierà a proliferare microrganismi. Per ridurre la carica microbica sulla superficie delle materie prime, prevenire la contaminazione o il deterioramento del succo di zucchero durante il processo di saccarificazione, a volte vengono applicati disinfettanti sulla superficie della canna da zucchero, sull'acqua di stoccaggio o sulle attrezzature di pulizia.
| Tipo di disinfettante | Concentrazione consigliata | Metodo di applicazione | Funzioni principali | Precauzioni | Vantaggi |
| Ipoclorito di sodio (NaClO) | 50–200 ppm di cloro libero | Spruzzare o immergere la superficie della canna da zucchero per 5-10 minuti | Sterilizzazione ad ampio spettro, riduce la carica microbica | Concentrazione di controllo (generalmente 50-200 ppm di cloro libero). Evitare eccessivi residui di cloro nel succo per prevenire problemi di colore o cristallizzazione. Risciacquare o scolare dopo l'uso, se necessario. | Sterilizzazione ad ampio spettro; basso costo. |
| Dicloroisocianurato di sodio (SDIC) | 50–150 ppm di cloro libero | Spruzzare o immergere la superficie della canna da zucchero per 5-10 minuti | Elevata stabilità, forte efficienza di sterilizzazione | Controllare il cloro libero per evitare di compromettere la cristallizzazione e il colore del succo. | Più stabile dell'ipoclorito di sodio; elevata efficienza; cloro residuo controllato; ampiamente utilizzato negli ambienti di lavorazione alimentare. |
| Perossido di idrogeno (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Aggiunto all'acqua di pulizia o alla spruzzatura superficiale | Sterilizzazione, senza residui, rispettosa dell'ambiente | Concentrazione di controllo; generalmente 0,1-0,5% per il trattamento superficiale. Maneggiare con cura durante il funzionamento. | Si decompone senza lasciare residui; sicuro ed ecologico. |
| Acqua calda / Vapore | Acqua calda a 80–90°C o vapore a 100°C | Risciacquo con acqua calda o trattamento a vapore per 2-5 minuti | Sterilizzazione senza aggiunta di sostanze chimiche | Elevato consumo energetico; richiede attrezzature adeguate; osservare le precauzioni di sicurezza. | Nessun additivo chimico; riduce i residui chimici. |
| Disinfezione dell'acqua per la pulizia di impianti/strutture | SDIC, 50–100 ppm | Pulizia di attrezzature, mezzi di trasporto | Previene la contaminazione secondaria | Sostituire e monitorare regolarmente la concentrazione di cloro libero. | — |
Pratica consigliata
Quando la canna da zucchero entra in fabbrica, viene sottoposta a un lavaggio iniziale con acqua pulita per rimuovere terra e impurità.
Successivamente, la disinfezione della superficie viene effettuata spruzzando SDIC a bassa concentrazione o ipoclorito di sodio, a seconda delle condizioni.
Anche le fonti d'acqua e le attrezzature per la pulizia dello zuccherificio devono essere disinfettate regolarmente per garantire l'igiene generale dell'ambiente.
Estrazione del succo
Dopo la prima fase di pulizia e disinfezione, il passo successivo è l'estrazione del succo di canna da zucchero. Il succo viene solitamente estratto mediante pressatura meccanica o sistemi di diffusione. Questa fase consiste nel rompere la struttura dura della canna da zucchero e nell'estrarne il succo.
Nella maggior parte dei casi, un estrattore di canna da zucchero è costituito da tre mulini a cilindri combinati con un trituratore o lame rotanti. Dopo essere stata lavorata su un nastro trasportatore, la canna da zucchero viene convogliata su un altro nastro trasportatore per estrarre altro succo. Tuttavia, prima del trasporto, viene spruzzata acqua per estrarre ulteriormente il succo. Il residuo rimasto dopo la spremitura è chiamato bagassa.
Il succo contiene impurità solubili e sospese, tra cui fibre vegetali, proteine e persino particelle di terreno completamente lavate via. Queste impurità devono essere trattate per migliorare l'efficienza della successiva chiarificazione e cristallizzazione.
Chiarificazione del succo di canna da zucchero
La chiarificazione del succo è il passaggio più cruciale nella fase iniziale del processo di produzione dello zucchero. L'obiettivo è rimuovere le impurità (come terra, proteine, colloidi, acidi organici, ecc.) dal succo di canna da zucchero e migliorarne la purezza. Generalmente, si adotta il processo con calce, combinato con il metodo della flottazione al fosforo o con il metodo della carbonatazione.
Uso chimico
Calce (CaO)/latte di calce (Ca(OH)2) : Neutralizza le sostanze acide e precipita le impurità.
Anidride carbonica (CO2) (utilizzato nel metodo di carbonatazione): reagisce con la calce per formare un precipitato di carbonato di calcio, che assorbe le impurità.
Coadiuvante flocculante/coagulante: aiuta i solidi sospesi a depositarsi rapidamente.
Comunemente utilizzati: cloruro di polialluminio (PAC), poliacrilammide (PAM), ecc.
Zolfo (SO2) o solfito di sodio: svolge un ruolo nello sbiancamento, nella decolorazione e nella sterilizzazione nella flottazione del fosforo.
Filtrazione e preriscaldamento
Dopo la chiarificazione, il succo deve essere filtrato per rimuovere i sedimenti. Preriscaldare il succo prima dell'evaporazione è fondamentale, poiché aiuta a ridurne la viscosità e previene la crescita microbica.
Evaporazione e concentrazione
Il succo di frutta viene poi concentrato in uno sciroppo utilizzando un evaporatore multieffetto, riducendo il contenuto di umidità da circa l'85% al 30-40%. L'evaporazione sotto vuoto aiuta a mantenere la qualità dello zucchero, ma presenta anche alcune sfide operative:
- Le proteine e i tensioattivi disciolti causano la formazione di schiuma.
- Accumulo di calcare sulla superficie dell'evaporatore.
Applicazioni chimiche:
Antischiuma: Antischiuma a base di silicone per l'eliminazione della schiuma ad alte temperature. Antischiuma a base di polietere e alcol grasso adatti per sistemi di succhi di frutta a media schiumosità.
Inibitori/disperdenti di calcare: impediscono la formazione di calcare di carbonato di calcio o solfato nell'evaporatore.
Impatto: il controllo efficiente della schiuma e la prevenzione del calcare garantiscono un'evaporazione uniforme, una maggiore efficienza di trasferimento del calore e tempi di fermo ridotti.
Cristallizzazione
Il processo di cristallizzazione nella produzione dello zucchero (spesso definito nel settore "bollitura") è un passaggio cruciale nella conversione dello sciroppo di zucchero concentrato in cristalli solidi di saccarosio. Lo sciroppo concentrato viene fatto bollire in un bollitore sotto vuoto per avviare la cristallizzazione dello zucchero. Una corretta cristallizzazione è essenziale per la resa in zucchero, la dimensione dei cristalli e il colore. Si tratta di un processo fisico-chimico complesso progettato per controllare la dimensione e l'uniformità dei cristalli di saccarosio precipitati.
In questo processo vengono spesso utilizzati degli antischiuma. Gli antischiuma controllano la formazione di schiuma durante l'ebollizione, impedendo la fuoriuscita dello sciroppo.
Una cristallizzazione stabile aumenta la resa dello zucchero e riduce le perdite durante la centrifugazione.
Centrifugazione e separazione
Dopo la formazione dei cristalli, questi vengono separati dalla melassa mediante centrifuga e poi essiccati attraverso tubi caldi. La melassa può essere ulteriormente lavorata per la produzione di etanolo, mangimi per animali o altri usi.
Decolorazione e raffinazione
La decolorazione e la raffinazione sono le fasi finali del processo di produzione dello zucchero, utilizzate principalmente per la produzione di zucchero raffinato bianco ad alta purezza (come lo zucchero semolato o lo zucchero di canna). Questa fase richiede l'utilizzo di grandi quantità di sostanze chimiche e assorbenti.
Tra i prodotti chimici comunemente utilizzati figurano:
Carbone attivo (polvere o granuli): assorbe polifenoli, caramello e altri pigmenti.
Resine decoloranti/resine a scambio ionico: rimuovono i composti colorati ionici e non ionici.
Perossido di idrogeno (H₂O₂): ossida i pigmenti rimanenti, schiarendo ulteriormente il colore dello sciroppo.
Agenti decoloranti: garantiscono bassi valori ICUMSA e un'elevata qualità visiva.
Quanto sopra descrive i principali processi e applicazioni chimiche nell'industria dello zucchero.
Esposizione di prodotti chimici correlati:
Come vengono trattate le acque reflue dell'industria saccarifera?
Gli zuccherifici generano acque reflue durante il processo di produzione dello zucchero. Queste acque reflue sono di qualità complessa e presentano un elevato carico inquinante, che richiede un trattamento sistematico delle acque prima dello scarico.
Le acque reflue provengono principalmente dal lavaggio delle materie prime, dalla pulizia delle attrezzature, dalle acque reflue del processo di produzione dello zucchero, dall'acqua di raffreddamento/condensa e dallo spurgo delle caldaie. Queste acque reflue sono caratterizzate da valori molto elevati di COD e BOD (dovuti al contenuto di zucchero), elevato contenuto di solidi sospesi, elevata biodegradabilità e talvolta contengono olio e limo. Pertanto, per trattare queste acque reflue viene in genere utilizzata una combinazione di processi: pretrattamento + coagulazione e sedimentazione + trattamento biologico + trattamento avanzato. I metodi di trattamento più comuni includono il trattamento fisico (come sedimentazione e filtrazione), il trattamento chimico (come coagulazione e neutralizzazione) e il trattamento biologico (come i processi a fanghi attivi e le zone umide fitodepurate).
Quali sostanze chimiche sono necessarie per trattare le acque reflue dell'industria dello zucchero?
I passaggi specifici e le applicazioni chimiche sono i seguenti:
| Fase di trattamento | Scopo | Prodotti chimici consigliati | Funzioni principali |
| 1. Lavaggio delle materie prime e pretrattamento primario | Rimuovere sabbia, fango, fibre, solidi sospesi | PAC (cloruro di polialluminio) | Coagulazione rapida, rimozione di SS e torbidità |
| PAM (poliacrilammide) – Anionico/Non ionico | Formazione di fiocchi, migliora la sedimentazione | ||
| Antischiuma | Controlla la schiuma generata durante il lavaggio della canna e l'estrazione del succo | ||
| 2. Equalizzazione e regolazione del pH | Stabilizzare la qualità dell'afflusso, regolare il pH per i processi a valle | Calce (CaO / Ca(OH)₂) | Aumenta il pH, rimozione parziale della durezza |
| idrossido di sodio (NaOH) | Regolazione precisa del pH | ||
| Acido solforico / acido cloridrico | Abbassa il pH | ||
| Antischiuma | Riduce la schiuma nella vasca di equalizzazione | ||
| 3. Coagulazione e flocculazione (sedimentazione primaria) | Rimuovere solidi sospesi, colloidi, colore; ridurre il COD | PAC / PolyDADMAC / Poliammina | Coagulanti primari per la rimozione di torbidità e colore |
| PAM (anionico) | Migliora la resistenza dei fiocchi e la velocità di sedimentazione | ||
| Coadiuvanti della coagulazione (ad esempio, silicato di magnesio) | Migliora la chiarezza e le prestazioni di sedimentazione | ||
| 4. Trattamento biologico anaerobico (UASB, EGSB) | Ridurre l'elevato carico organico (COD, BOD) | Additivi nutritivi (fonti di N e P) | Mantenere l'attività microbica e la biomassa sana |
| Regolatori di pH | Mantenere un pH ottimale (6,8–7,2) per i batteri anaerobici | ||
| Antischiuma | Sopprime la schiuma legata al biogas | ||
| 5. Trattamento aerobico (fanghi attivi, SBR) | Ridurre ulteriormente COD, BOD, ammoniaca | Additivi nutritivi (N e P) | Fornire nutrienti bilanciati ai microrganismi |
| Antischiuma | Controlla la schiuma durante l'aerazione | ||
| Bioenzimi / Colture microbiche | Migliora l'efficienza della degradazione biologica | ||
| 6. Trattamento avanzato (se si applicano rigorosi standard di dimissione) | Migliora la chiarezza, rimuove i residui di COD, SS, colore | Poliammina / PoliDADMAC | Forte decolorazione e rimozione della torbidità |
| PAC | Rimozione aggiuntiva di SS e colloidi | ||
| PAM (alto peso molecolare) | Flocculazione finale e lucidatura | ||
| Carbone attivo | Rimuove colore, odore e residui organici | ||
| 7. Disinfezione e riutilizzo dell'acqua | Garantire la sicurezza microbica per lo scarico o il riutilizzo | Ipoclorito di calcio | Disinfezione potente |
| Ipoclorito di sodio | Disinfettante comune per il dosaggio online | ||
| SDIC (dicloroisocianurato di sodio) | Rilascio di cloro stabile e duraturo | ||
| TCCA (acido tricloroisocianurico) | Alto contenuto di cloro, clorazione a rilascio lento |
La produzione dello zucchero è un processo industriale complesso che richiede un controllo preciso in ogni fase: dalla preparazione delle materie prime e dalla spremitura alla chiarificazione, all'evaporazione, alla cristallizzazione, alla raffinazione e al trattamento delle acque reflue. Ogni fase presenta le sue sfide, tra cui solidi sospesi, colore, attività microbica, formazione di schiuma e accumulo di calcare. Integrando prodotti chimici appropriati in ogni fase del processo di produzione dello zucchero, gli zuccherifici possono aumentare la produttività, migliorare la qualità dei cristalli, migliorare il colore, ridurre le perdite e minimizzare i tempi di fermo. Allo stesso tempo, soluzioni chimiche ottimizzate contribuiscono alla tutela dell'ambiente attraverso un trattamento più efficiente delle acque reflue e una riduzione degli sprechi chimici.
Scegliere il giusto partner chimico consente agli zuccherifici di migliorare l'efficienza produttiva, garantire una qualità costante del prodotto, prolungare la durata delle apparecchiature e raggiungere l'eccellenza operativa a lungo termine.