مراحل تولید شکر از نیشکر چگونه است؟

 شکر طی مراحل مختلف از دو منبع گیاهی نیشکر و چغندرقند به‌عنوان منبع اصلی ساکارز تولید می‌شود. در سطح جهان ۸۰ درصد شکر تولیدی از نیشکر  و بیست درصد باقی‌مانده از چغندرقند است. هر چند این میزان در کشورهای مختلف تفاوت دارد اما در مجموع نیشکر ، منبع اصلی تولید شکر در بیشتر نفاط جهان است. فرایند تولید شکر از نیشکر و چغندر قند تفاوت چندانی ندارد و شامل هفت مرحله اصلی استخراج عصاره، تصفیه، تغلیظ، تبلور، جداسازی کریستال و بسته‌بندی است. با این حال کیفیت شکر نیشکر بالاتر بوده و طعم بهتری دارد. در این مطلب، بعد از توضیح مراحل اصلی تولید شکر از ساقه نیشکر در انتها به‌صورت خلاصه تفاوت آن با شکر چغندر قند را بیان می‌کنیم.

همچنین بخوانید:

♣ کاشت و برداشت نیشکر | بهترین روش‌ها برای افزایش عملکرد و سودآوری

♣ چغندرقند | بهترین روش های کاشت و برداشت

مرحله اول: عصاره‌گیری یا استخراج شیره نیشکر

بعد از وزن‌کشی، عصاره ساقه‌های نیشکر در اولین مرحله از فرآوری استخراج می‌شود. ابتدا ساقه‌های نیشکر از طریق نوار متحرک به سمت چاقوهای دوار می‌روند و با تبدیل به قطعات کوچک‌تر بافت درون سلولی آن‌ها می شکند. معمولا در کارخانه‌ها بعد از برش زدن ساقه‌ها با استفاده از دستگاه خردکن ساقه‌ها را به قطعات کوچک‌تری تقسیم می‌کنند تا عصاره‌گیری در حداکثر مقدار ممکن انجام گیرد.

در مرحله بعد این قطعات کوچک با ورود به دستگاه خرد کن اصلی که مجموعه‌ای از غلتک‌های مختلف هستند، تحت فشار قرار می‌گیرند. در اثر این فشار، بافت سلولی ساقه کاملا تخریب شده و عصاره نیشکر از آن خارج می‌شود. از طرفی دیگر باقی‌مانده عصاره ساقه‌های فشرده شده بعد از عبور از آسیاب‌های غلتکی با عبور از جریان آب مخالف استخراج می‌شوند. در مرحله نهایی عصاره‌گیری کلیه شیره‌های نیشکر حاصل از مراحل مختلف با یکدیگر ترکیب شده و شیره رقیق حاصل همراه با عصاره غلیظ استخراجی اولیه که فاقد آب است، به‌عنوان خروجی این مرحله به قسمت بعدی فرایند می‌روند.

البته در برخی کارخانه‌ها، استخراج عصاره با استفاده از فرایند دیفیوژن انجام می‌گیرد. به این شکل که ساقه‌های خرد شده از میان یک دیفیوز عبور می‌کنند و در جهت مخالف آب داغ به دستگاه تزریق می‌شود. در اثر تماس نیشکر تازه با آب داغ، شکر و سایر مواد محلول از بافت نیشکر به داخل آب داغ می‌روند. به این شکل مایع حاوی شکر بعد از خروج از دستگاه دیفیوز به مرحله بعدی می‌رود. مزیت اصلی این روش بازدهی بالای آن در عصاره‌گیری است، با این حال به ‌دلیل نیاز به مصرف بالای آب و تصفیه پساب حاصله، پرهزینه‌تر است.

مرحله دوم: تصفیه عصاره نیشکر

از آنجا که شیره به‌دست آمده در مرحله اول حاوی ناخالصی است، با افزودن آهک و مواد انعقادی، آن‌ها را جدا می‌کنند. آهک مورد استفاده در فرایند تصفیه عصاره نیشکر، سوسپانسیون هیدروکسید کلسیم  یا همان Ca (OH)₃ است که با افزودن آن به عصاره داغ آنزیم‌های موجود در شیره نیشکر را از بین برده و پی اچ محلول را از حالت اسیدی به خنثی می‌رساند. این خنثی‌سازی در فرایند تولید شکر بسیار اهمیت دارد. زیرا در پی اچ اسیدی به‌دلیل هیدرولیز ساکاروز، شکر به عناصر سازنده آن یعنی گلوکز و فروکتوز تبدیل می‌شود. در پی اچ قلیایی نیز این حالت تجزیه و تخریب شکر بسیار با سرعت اتفاق می‌افتد.

بعد از عملیات خنثی‌سازی، عصاره نیشکر تحت حرارت بالای ۹۹ تا ۱۰۴ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد و در صورت نیاز به تصفیه بیشتر مواد منعقدکننده مانند پلی‌اکریل آمید هم به ان اضافه می‌کنند. بعد از تکمیل فرایند، شیره نیشکر به داخل مخزن تصفیه پمپ می‌شود تا فرایند تکمیلی ته‌نشینی ناخالصی یا دفکاسیون انجام گیرد. در این مخزن کلیه ناخالصی‌ها و مواد جامد ته‌نشین و عصاره شفاف از قسمت بالایی مخزن بیرون می‌رود. در انتهای این مرحله، شکر باقی‌مانده روی ناخالصی‌ها و مواد ته‌نشین را بعد از ورود به فیلترهای دوار تحت خلاء همراه با پاشیدن آب کاملا بازیابی می‌کنند. عصاره تصفیه نیز با ورود به دستگاه تبخیر چند مرحله‌ای تحت فرایند تغلیظ قرار می‌گیرد.

مرحله سوم: تغلیظ عصاره

در این مرحله عصاره نیشکر با عبور از چند تبخیرکننده به حالت غلیظ در می‌آید. به این شکل که شیره تصفیه شده که در ابتدای ورود به تبخیرکننده اول حاوی ۱۰ تا ۱۵ درصد ساکاروز است، در نهایت به شربت غلیظ با ۵۵ تا ۵۹ درصد ساکاروز تبدیل می‌شود. البته در طی عملیات ترکیبات غیرقندی روی لوله‌ها و دیواره‌های تبخیرکننده رسوب می‌کنند و این جرم انتقال حرارت را کاهش می‌دهد که نیاز به پاکسازی دوره‌ای دارد.

مرحله چهارم: تبلور

مرحله تبلور تبدیل شربت غلیظ به کریستال شکر در مخزن‌های تحت خلاء است. شربت غلیظ در این مخزن‌ها تحت دمای پایین‌تر به حالت فوق اشباع می‌رسد. البته همراه این کار به میزان مناسب بلورهای بسیار ریز کریستال را نیز به شربت اضافه می‌کنند تا فرایند تبلور آغاز شود. در نهایت بخشی از شکر موجود در محلول غلیظ به‌صورت بلورهای جامد ته‌نشین می‌شود که حدود ۵۰ درصد وزن آن شکر کریستالی است. البته فرایند تبلور یک عملیات سه مرحله‌ای است که در هر یک از آن‌ها، شکر با درصدهای مختلف ساکاروز تولید می‌شود.

مرحله پنجم: جداسازی کریستال‌های شکر

بعد از مرحله تبلور، کریستال‌های شکر را از محلول مادر را در سانتریفوژهای سبدی شکل از یکدیگر جدا می‌کنند. در طی این عملیات، بلورهای سنگین شکر محلول مادر که همان شربت باقی‌مانده بعد از کریستاله شدن است در اثر نیروی گریز از مرکز سانتریفوژ به دیواره سبدهای آن می‌چسبند و مایع سبک‌تر از دستگاه خارج می‌شود. همچنین با عبور جریان کمی از آب روی بلورهای چسبیده به دیواره سانتریفوژ، حداکثر مقدار شکر را نیز از این شربت خارج می‌کنند.

مرحله ششم: الک کردن و بسته‌بندی شکر

در پایان عملیات، رطوبت شکر‌های تولیدی را با عبور از خشک‌کن‌های دوار می‌گیرند و از الک‌های مخصوص عبور می‌دهند تا ذرات خارجی یا ناخالصی‌های احتمالی از آن خارج شود. در این مرحله، شکر تولیدی رنگ قهوه‌ای روشن تا طلایی رنگ دارد و حاوی ۹۷ تا ۹۹ درصد ساکاروز است. این شکر خام که نوع تجاری شکر به حساب می‌آید برای تبدیل به شکر سفید یک مرحله تصفیه نیز نیاز دارد. بعد از تکمیل مراحل شکر آماده بسته‌بندی و عرضه به بازار است.

شکر تولیدی از نیشکر با شکر چغندرقند چه تفاوتی دارد؟

روش رایج تولید شکر از ساقه نیشکر است است که مقدار بالایی ملاس طبیعی دارد. اما شکر تولیدی از چغندرقند که از ریشه این گیاه به‌دست می‌آید دارای ملاس طبیعی کمتر و کیفیت پایین‌تری است. مراحل تولید هر یک از این انواع شکر کاملا یکسان است، تنها تفاوت اصلی در مرحله تصفیه نهایی و تولید شکر سفید است. برای سفید کردن شکر نیشکر و حذف ناخالصی‌ها معمولا از ذغال تولیدی از استخوان حیوانات استفاده می‌کنند که این موضوع مخالف اصول اخلاقی گیاه‌خواران و وگن‌ها است. بنابراین این دسته افراد شکر چغندر قند را مصرف می‌کنند که مرحله سفید کردن با کربن فعال یا آهک انجام می‌گیرد.

همچنین رنگ و طعم شکر قهوه‌ای نیشکر نسبت به شکر چغندرقند کیفیت بالاتری دارد. به همین دلیل  بسیاری از تولیدکنندگان شیرینی‌جات از شکر چغندر قند استفاده نمی‌کنند. ضمن اینکه بافت خشک‌تر شکر چغندرقند تاثیر منفی در پخت کیک و دسرها دارد. البته تشخیص ظاهری شکر نیشکر و چغندر قند به‌راحتی امکان‌پذیر نیست و نیاز به استفاده از روش‌های آزمایشگاهی دارد.

لزوم ضدعفونی خطوط تولید شکر از نیشکر با پراستیک اسید

در تمامی مراحل تولید شکر از نیشکر، تجهیزات در تماس مستقیم با مواد خام ارگانیک و رطوبت بالا قرار دارند. این شرایط، محیطی ایده‌آل برای رشد باکتری‌ها، کپک‌ها، قارچ‌ها و حتی بیوفیلم‌های مقاوم فراهم می‌کند. آلودگی‌های میکروبی در خطوط تولید شکر می‌تواند موجب تخمیر ناخواسته، تغییر رنگ شربت، کاهش خلوص قند و افزایش ضایعات تولیدی شود. بنابراین، رعایت اصول بهداشت صنعتی و ضدعفونی منظم سیستم‌های لوله‌کشی، تانک‌ها، سانتریفیوژها و مبدل‌های حرارتی از الزامات حیاتی در کارخانه‌های تولید شکر است. در گذشته از موادی مانند کلر یا سود برای شست‌وشو و ضدعفونی استفاده می‌شد، اما این ترکیبات مشکلاتی مانند خوردگی فلزات، باقی‌ماندن بو و طعم نامطلوب و آلودگی زیست‌محیطی ایجاد می‌کردند.

یکی از روش‌های کارآمد برای ضدعفونی تجهیزات و خطوط تولید شکر از نیشکر، استفاده از مواد ضدعفونی‌کننده با اثرگذاری بالا و بدون باقی‌مانده مضر است. در خطوط تولید شکر، در مراحل CIP برای شست‌وشو و ضدعفونی مخازن و لوله‌ها، معمولاً از پراستیک اسید استفاده می‌شود. این ماده با غلظت‌های مناسب در سیستم به گردش درمی‌آید و پس از مدت کوتاهی تماس، تمامی آلودگی‌های میکروبی را از بین می‌برد. همچنین به دلیل خاصیت ضدخوردگی و تجزیه‌پذیری بالا، طول عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد و نیاز به شست‌وشوی مکرر را کاهش می‌دهد.

کلام آخر:

باقی‌ماندن ذرات نیشکر یا چغندر و تجمع رطوبت در دستگاه‌ها می‌تواند منجر به فساد محصولات، کاهش کیفیت شکر و حتی ایجاد مشکلات بهداشتی برای مصرف‌کنندگان شود. پراستیک اسید، به عنوان یک عامل قوی ضدعفونی‌کننده شناخته می‌شود که می‌تواند باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها را به سرعت از بین ببرد. این ماده علاوه بر اثرگذاری بالا، به دلیل تجزیه سریع به اکسیژن و آب، آسیبی به محیط زیست وارد نمی‌کند و گزینه‌ای ایده‌آل برای کارخانه‌های شکر سفید است که به دنبال حفظ کیفیت محصول و رعایت استانداردهای بهداشتی هستند. صنایع آرال شیمی، با محصول فوداسیب بر پایه پراستیک اسید 15%، یک گزینه ایده ال در اختیار صنایع تولید قند و شکر قرار می دهد.