Zucchero (produzione)
Il procedimento di produzione dello zucchero varia a seconda che si tratti di produzione dalla canna da zucchero o dalla bieta.
Indice |
Produzione dalla canna da zucchero [modifica]
Questa consiste nell'estrazione del saccarosio dalla canna spogliata delle foglie ed è tradizionalmente costituita da due fasi. L'estrazione dello zucchero grezzo mediante macinazione della canna e lo sbiancamento dell'estratto per ottenere zucchero raffinato, con un contenuto in saccarosio del 99%. Le raffinerie sono situate in genere vicino ai luoghi di consumo del prodotto finito in Europa, Nordamerica e Giappone. Le due fasi stanno lentamente combinandosi: l'incremento domanda di zucchero fa sì che le due fasi vengano eseguite nei medesimi stabilimenti. Le operazioni di trattamento della canna da zucchero possono provocare esplosioni di polveri, che necessitano l'uso di utensili anti-scintilla in molti stabilimenti di macinazione.[1]
Macinazione [modifica]
La canna da zucchero, già privata delle foglie al momento del raccolto, viene sottoposta a lavaggi multipli per eliminare le scorie ed i parassiti. Quindi le canne vengono tagliate e sottoposte all'azione di coltelli rotanti per essere sminuzzate. Dopo queste operazioni i ritagli di canna vengono ripetutamente sottoposti a fasi alterne di macerazione in acqua e torchiatura meccanica da rulli, fino all'estrazione di un succo (melassa) contenente circa il 10 - 15% di saccarosio. I residui solidi, chiamati bagasse, vengono utilizzati in gran parte come combustibile per generare vapore (spesso utilizzato nello stesso stabilimento per la raffinazione) e in parte come materia prima per la produzione di carta. Il succo così ricavato è pronto per la fase di raffinazione.
Un sottoprodotto della lavorazione è costituito dalla bagassa, un residuo di scorze e fibre che costituisce il 25/30% della massa iniziale della canna lavorata. La bagassa conosce diversi usi come materia seconda, compreso quello di combustibile negli stessi zuccherifici.
Raffinazione [modifica]
La raffinazione purifica ulteriormente lo zucchero greggio. Esso viene dapprima miscelato con sciroppo grezzo e quindi centrifugato in un procedimento detto di "affinamento". Il suo scopo è quello di asportare la pellicola che ricopre esternamente i cristalli di saccarosio, che è meno pura della parte interna. Ciò che rimane dopo questo "lavaggio" viene sciolto facendone uno sciroppo contenente circa il 60% di saccarosio. La soluzione viene chiarificata con aggiunta di acido fosforico e con idrossido di calcio che precipitano sotto forma di fosfato di calcio. Le particelle di fosfato di calcio "intrappolano" alcune impurità e ne assorbono altre e quindi risalgono in superficie ove possono venir scremate via. Un procedimento alternativo è quello della "carbonatazione", cioè l'utilizzo di anidride carbonica, al posto dell'acido fosforico, e idrossido di calcio, che producono un precipitato di carbonato di calcio.
Dopo aver filtrato ogni particella solida rimasta, lo sciroppo così "chiarificato" viene sbiancato facendolo passare su carbone attivo. In questa applicazione viene particolarmente usato il carbone animale.[2] Le impurità colorate vengono adsorbite dal carbone.
Lo sciroppo purificato viene poi concentrato per super-saturazione e ripetutamente cristallizzato sotto vuoto per produrre zucchero bianco raffinato. Come nel processo di macinazione, i cristalli di saccarosio vengono separati dalla melassa per centrifugazione. Altro zucchero viene recuperato dalla melassa mescolando lo sciroppo rimasto con i residui di lavaggio di affinamento e quindi cristallizzando il risultato che sarà lo zucchero marrone (brown sugar).
Quando ulteriori procedimenti di raffinazione sulla parte residua dei vari processi non sarebbero più economicamente convenienti, la melassa finale contiene ancora tra il 20 ed il 30% di saccarosio e tra il 15 e il 25% di glucosio e fruttosio.
Per produrre lo zucchero granulare che non si compatti in zolle, esso deve dapprima essere trattato a caldo in essiccatoi rotanti e successivamente raffreddato con correnti di aria fredda per più giorni.
Ribbon cane [modifica]
La Ribbon cane è un tipo di canna da zucchero che una volta era ampiamente coltivata negli stati meridionali degli USA, fino alla Carolina del Nord. Il succo veniva estratto con macine azionate da muli o da cavalli, quindi veniva bollito, come lo sciroppo d'acero, in un recipiente piatto, ed era usato come dolcificante in forma liquida. La coltivazione ora è limitata a ridotte estensioni.
Produzione [modifica]
| I dieci maggiori produttori mondiali nel 2009[3] | ||
|---|---|---|
| Country | Production (Tonnellate) |
Footnotes |
 Brasile |
671.395.000 | |
 India |
285.029.000 | |
 Cina |
116.251.272 | |
 Thailandia |
66.816.400 | |
 Pakistan |
50.045.400 | |
 Messico |
49.492.700 | |
 Colombia |
38.500.000 | F |
 Australia |
31.456.900 | |
 Argentina |
29.950.000 | F |
 Stati Uniti |
27.456.000 | |
| Mondo | 1.530.000.000 | A |
| P = cifre ufficiali, F = stime FAO, * = Non-ufficiali/Semi-ufficiali/dati speculari, C = Cifre calcolate A = Aggregati (possono comprendere cifre ufficiali, semi-ufficiali o stimate); |
||
In India, gli stati di Uttar Pradesh (38.57 %), Maharashtra (17.76 %) e Karnataka (12.20 %) guidano il paese nella produzione di canna da zucchero.[4]
Negli Stati Uniti, la canna da zucchero viene coltivata per la produzione industriale dello zucchero in Florida, Hawaii, Louisiana, e Texas.[5]
Produzione dalla bieta [modifica]
Controllo sul raccolto [modifica]
La parte della bieta che interessa la produzione dello zucchero è la radice, grossa, carnosa, lunga fino a 2 metri, di colore grigiastro, con rugosità trasversali nella parte superiore e due solchi longitudinali (detti solchi saccariferi). Il fogliame esterno, che cresce fuori terra ed una volta veniva usato come foraggio, non interessa la produzione di zucchero e viene quindi eliminato.
Dopo il raccolto, viene fatta una campionatura delle radici di bieta per accertare:
- la parte non utile giunta con il carico
- il contenuto di saccarosio
- il contenuto di azoto, per suggerimenti futuri al coltivatore sull'uso dei fertilizzanti
I dati raccolti vengono utilizzati per determinare il prezzo da pagare al coltivatore per il raccolto fornito. Quindi il carico viene portato nello stabilimento di lavorazione.
Diffusione [modifica]
Nello stabilimento si procede dapprima al lavaggio delle biete che vengono quindi affettate meccanicamente in strisce (ingl. cossettes) e passate in una macchinario chiamato "diffusore" per l'estraziome dello zucchero contenuto in soluzione acquosa.
I diffusori sono recipienti lunghi parecchi metri nei quali le strisce di bieta si muovono in una direzione mentre l'acqua calda va in direzione opposta. Il moto può essere generato da una vite rotante o da una unità rotante intera con acqua e strisce che si muovono in camere interne.
Ci sono tre tipi di progetto identico di diffusore: il rotore orizzontale "RT" (produttore: Raffinerie Tirlemontoise), la vite rotante inclinata "DDS" (ted.: De Danske Sukkerfabrikker), o una torre rotante verticale. I moderni impianti a torre hanno una capacità produttiva di 17.000 tonnellate al giorno.[6]
Un sistema meno utilizzato usa una cinghia che muove le strisce e l'acqua viene pompata dalla sommità della cinghia verso il basso. Il rapporto fra volumi di acqua e strisce di radice di bieta, in ogni sistema, è di uno a due.
Le strisce impiegano circa 90 minuti per attraversare il diffusore, l'acqua solo 45 minuti. Questi sono tutti metodi di scambio in controcorrente che estraggono più zucchero dalle strisce di bieta usando una minor quantità di acqua rispetto ad una semplice, lunga immersione in un serbatoio di acqua calda. Il liquido che esce dal diffusore viene chiamato "succo grezzo". Il suo colore va dal nero al rosso scuro, secondo il livello di ossidazione, che dipende a sua volta dal tipo di diffusore.
L'insieme dei residui delle strisce, detto pulp, esce dal diffusore in una miscela con circa il 95% di umidità ma con basso contenuto zuccherino. Usando delle presse a vite, il pulp, viene premuto fino al raggiungimento del 75% di umidità. Ciò consente un ulteriore recupero di saccarosio e riduce la quantità necessaria per essiccare il pulp. Esso viene infatti deumidificato per venire poi venduto come alimento per animali. Il liquido recuperato come saccarosio viene mescolato al succo grezzo o, più spesso, introdotto nel diffusore in un appropriato punto del processo di scambio in controcorrente. Il residuo secondario finale, chiamato Vinasse, viene utilizzato come fertilizzante o come substrato di crescita per colture di fermenti.
Durante la diffusione vi è un livello limite oltre il quale il saccarosio diviene saccarosio invertito. Ciò può provocare un'ulteriore trasformazione in acidi. Questo fenomeno non conduce solo ad una perdita di saccarosio ma ha anche effetti di riduzione della produzione finale di zucchero nello stabilimento. Per limitare l'azione dei batteri termofili, l'acqua utilizzata può essere addizionata con formaldeide e viene anche utilizzato il controllo del pH dell'acqua. Vi sono stati tentativi di eseguire la diffusione in ambiente alcalino, ma il procedimento si è rivelato problematico.
Carbonatazione [modifica]
La carbonatazione è un processo che toglie le impurità dal succo grezzo prima che questo subisca la cristallizzazione. Prima il succo viene miscelato con latte di calce (una miscela di idrossido di calcio ed acqua), che provoca la precipitazione di numerose impurità, compresi gli anioni come il solfato, il fosfato, il citrato e l'ossalato, che precipitano come i loro sali di calcio e le grosse molecole organiche come proteine, saponine e pectine, che si aggregano in presenza di cationi multavalenti. In più, la situazione alcalina converte gli zuccheri semplici quali il glucosio e il fruttosio, insieme all'aminoacido glutammina, nei chimicamente stabili acidi carbossilici. Lasciati tali, questi zuccheri ed amine frustrerebbero infine la cristallizzazione del saccarosio.
Successivamente viene insufflata anidride carbonica nella soluzione alcalina di zucchero, facendo precipitare il latte di calce. Le particelle calcaree intrappolano alcune impurità e ne adsorbono altre.
Ha inizio quindi un riciclo che aumenta le dimensioni delle particelle di calcio ed ha luogo un processo di flocculazione nel quale le particelle più pesanti scendono nei serbatoi (chiarificatori). Una conclusiva aggiunta di altra anidride carbonica fa precipitare ancora più calcio dalla soluzione: questo viene tolto mediante filtraggio, lasciando nei serbatoi una soluzione color marrone leggermente dorato chiamata thin juice (succo liquido, fluido).
Prima di iniziare la fase successiva il succo fluido può venir addizionato di carbonato di sodio, per modificare il pH, e subire una solfatazione con composti a base di solfo per ridurre il cromatismo dovuto alla scomposizione dei monosaccaridi per effetto del calore.
Evaporazione [modifica]
Il succo sottile viene concentrato utilizzando un evaporatore a multiplo effetto per trasformarlo in thick juice (succo denso), che contiene all'incirca il 60% di saccarosio in peso e simile, all'apparenza, allo sciroppo d'acero. Esso può venir immagazzinato in appositi serbatoi per una lavorazione successiva.
Cristallizzazione [modifica]
Il succo denso viene inviato alla cristallizzazione. Zucchero riciclato viene in esso disciolto e ne esce uno sciroppo chiamato "liquore madre". Il liquore viene ulteriormente concentrato tramite bollitura sotto vuoto in ampi recipienti (dette pentole del vuoto) e cristallizza in grani sottili. Questi crescono man mano che il liquore madre si forma attorno ad essi. La mistura di sciroppo e cristalli si chiama (in lingua francese) massecuite. Questa viene passata in una centrifuga ove il liquido viene separato dai cristalli. Lo sciroppo che rimane viene sciacquato con acqua ed i cristalli essiccati con aria calda.
Lo sciroppo rimasto viene inserito in un altro processo di cristallizzazione dal quale esce un'altra "infornata" di cristalli di zucchero.
Lo zucchero così prodotto è uno zucchero grezzo e di bassa qualità, con molti colori ed impurità e la principale fonte che viene nuovamente disciolta nel liquore madre. Anche questo sciroppo di zucchero grezzo viene inviato nuovamente al cristallizzatore. Di qui esce altro zucchero di bassa qualità, chiamato AP sugar, anch'esso ridisciolto. Il procedimento si ripete iterativamente con successivi ricicli di cristallizzazione e soluzione. Ottenuta una quantità sufficiente di zucchero puro, resta un residuo liquido detto melassa che contiene zucchero con una tale quantità d'impurità da renderne antieconomico un ulteriore riciclo.
Dati della produzione [modifica]
| I dieci maggiori produttori mondiali nel 2009[3] | ||
|---|---|---|
| Paese | Produzione (Tonnellate) |
Note |
 Francia |
35.066.600 | |
| Stati Uniti |
26.779.200 | |
 Germania |
25.919.000 | |
 Russia |
24.892.000 | |
 Turchia |
17.274.700 | |
 Polonia |
10.849.200 | |
 Ucraina |
10.067.500 | |
 Regno Unito |
8.333.000 | F |
 Paesi Bassi |
5.735.000 | |
.svg){kind=small} Belgio |
5.186.180 | |
| Mondo | 209.393.000 | A |
| P = cifre ufficiali, F = stime FAO, * = Non-ufficiali/Semi-ufficiali/dati speculari, C = Cifre calcolate A = Aggregati (possono comprendere cifre ufficiali, semi-ufficiali o stimate); Fonte: |
||
Note [modifica]
- ^ (EN) Beryllium-Copper MSDS-csunitec.com (Controllato il 17 giugno 2011)
- ^ (EN) Vegetarian Journal - Is Your Sugar Really Vegan?
- ^ a b (EN) Produzione 2009 dal sito: FAOSTAT (Controllato il 24 settembre 2011)
- ^ (EN) Three largest producing states of important crops ( Controllato il 4 giugno 2008)
- ^ (EN) Meagher: Sugarcane IPM, ipmworld.umn.edu (Controllato l'11 aprile 2008)
- ^ (EN) article on tower diffusers, retrieved on 24 June, 2010
- ^ (EN) Food and Agriculture Organisation: Statistics
Altri progetti [modifica]
Commons contiene immagini o altri file su Zucchero (produzione)
Collegamenti esterni [modifica]
- (EN) Sugar related online glossary
- (EN) Online encyclopedia about sugar production
- (EN) Sugar and the Environment, World Wildlife Federation
- (EN) CaneInfo: India-specific
- Industrie
