Zuccherificio

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Uno zuccherificio è una fabbrica dedita alla produzione di zucchero tramite depurazione, cristallizzazione e raffinazione degli estratti acquosi della canna da zucchero o della barbabietola.

Una raffineria di zucchero a Groninga, Olanda.

Indice

1 Tecnologia della produzione
2 Utilizzo dei sottoprodotti
3 Le acque di processo
4 Voci correlate
5 Bibliografia

[modifica] Tecnologia della produzione

[modifica] Approvvigionamento di materie prime

Trasporto di canne da zucchero su barca.

Raccolta di barbabietole.

In linea teorica si potrebbe produrre zucchero da qualsiasi vegetale che contiene saccarosio, ma le uniche due materie prime usate in tutto il mondo sono la canna da zucchero che contiene saccarosio al 13-18% e la barbabietola da zucchero che ne contiene in ragione del 15-18%.

Canna Dapprima le canne devono essere sfogliate, operazione difficile da effettuare meccanicamente, quindi viene incendiato il campo con le canne mature. Successivamente le canne vengono tagliate con macchinari o a mano e viene eliminato lo stelo che è ricco di impurezze. Poi vengono tagliate in dimensioni che dipendono dal macchinario presente in fabbrica e trasportate. Lo stoccaggio non deve superare le ventiquattro ore.

Barbabietola Le piante vengono sradicate con macchinari che recidono anche il colletto e caricate su camion diretti alla fabbrica. Le barbabietole possono anche essere conservate per settimane (in cumuli ai bordi dei campi), il che però causa la perdita del contenuto in zucchero. Insieme alle radici sono presenti anche terra, sassi e talvolta parti metalliche che costituiscono tutti insiema la cosiddetta tara del carico che a volte arriva anche al 50% del peso. Quando il carico arriva in fabbrica è quindi necessaria una grossa opera di pulizia che consiste in: lavaggio, eliminazione pietre e purga magnetica; la terra accumulata in fabbrica rappresenta talvolta un gravoso problema di smaltimento.

[modifica] Estrazione del sugo

La soluzione che si ottiene dal processo di estrazione viene chiamata sugo.

Canna Il tipo di estrazione è per spremitura. Dapprima la canna è sottoposta a frantumazione e poi inviata ai cilindri di estrazione chiamati mulini. I mulini sono formati da tre cilindri: uno superiore e due inferiori. Le canne frantumate passano prima tra il cilindro superiore e il primo inferiore, poi tra quello superiore e il secondo inferiore. Generalmente si usano 4-5 mulini.

Spremitura delle canne.

Il residuo di estrazione prende il nome di bagassa e viene utilizzato come combustibile il che rende le raffinerie energeticamente indipendenti.

Barbabietola Il tipo di estrazione è per diffusione. Con un macchinario chiamato tagliaradici le barbabietole vengono tagliate in strisce trapezoidali di dimensioni 4×2 mm, le fettucce. Le fattucce passano poi dagli estrattori solido/liquido che sono solitamente in serie e in controcorrente con il solvente. Il solvente è acqua a circa 70°C, comunque a temperatura inferiore a 80°C che causerebbe l'idrolisi del saccarosio. Il sugo che si ottiene contiene circa il 11-15% di zucchero mentre la polpa (fettucce esauste) contengono il 90-95% di acqua e per questo vengono inviate al pressapolpe per ridurre la percentuale all'80%.

[modifica] Depurazione del sugo

Dall'estrazione si ottiene un sugo ricco di impurezze: sali minerali, acidi organici (malico, ossalico, citrico e tartarico), basi azotate, composti fosforati e colloidi di origine vegetale. Inoltre i sughi sono molto colorati: il sugo di canna è verde-nero, quello di barbabietola è blu-nero, con la depurazione si ottiene un sugo giallo più o meno intenso.

Canna Si aggiunge latte di calce fino a pH alcalino (7,5-8), il precipitato ingloba le impurezze ed è facilmente filtrabile (formazione sul filtro del pannello o schiuma). Il sugo purificato ha pH neutro.

Barbabietola Viene aggiunto latte di calce, il precipitato però non è facilmente filtrabile per cui si manda una corrente di anidride carbonica senza però raggiungere la completa carbonatazione. Il carbonato rende il precipitato filtrabile, quindi si procede alla filtrazione, a una seconda carbonatazione e a una seconda filtrazione. Successivamente viene aggiunta anidride solforosa per eliminare Ca²⁺ e K⁺ come solfati, i due cationi causano una maggiore formazione di melasso e per questo sono detti ioni melassigeni. Oltre ad eliminare questi ioni l'anidride solforosa decolora ulteriormente il sugo.

[modifica] Concentrazione del sugo

Interno di uno zuccherificio.

Il sugo che contiene un massimo di 15% di saccarosio deve essere concentrato fino al 60-65% (sciroppo). Quest'operazione avviene con un sistema di concentrazione in multiplo effetto e sottovuoto. In questa fase occorrono ingenti quantità di vapore che viene prodotto in fabbrica da una caldaia (vapore a 30 bar) e deve smaltire una enorme quantità di condense che permettono però un recupero di calore.

[modifica] Cristallizzazione dello zucchero

La cristallizzazione avviene in apparecchiature discontinue chiamate bolle di cottura, che sono grossi reattori con sistema di riscaldamento a fascio tubiero. All'apparecchio giunge lo sciroppo che viene concentrato ulteriormente fino a sovrasaturazione e quindi viene aggiunto zucchero macinato per fornire i germi di cristallizzazione. Per nutrire i cristalli si aggiunge altro sciroppo mantenendo il riscaldamento. Quando si raggiunge la saturazione il reattore si riempie e si interrompe il processo. Tutto il processo si conduce a una temperatura inferiore a 80°C e sotovuoto. Dalla bolla di cottura si ottiene un miscuglio di cristalli e acque madri al 50% in cristalli chiamato massa cotta. La massa cotta viene mandata a una centrifuga da cui si separa uno zucchero di prima qualità e uno scolo verde; lo scolo viene concentrato, cristallizzato e centrifugato di nuovo per dare lo zucchero di seconda qualità e la melassa. La melassa è una soluzione acquosa di saccarosio dove lo stesso non può più essere cristallizzato. Generalmente poi tutto lo zucchero viene mescolato.

[modifica] Raffinazione dello zucchero

Lo zucchero ottenuto dalla cristallizzazione è di un colore giallo più o meno carico; dato che l'industria alimentare e il consumatore richiedono uno zucchero bianco, occorre un processo di raffinazione. Dapprima lo zucchero viene sciolto in acqua poi si aggiunge del carbone attivo che lo decolora completamente. Dopo lo sciroppo viene filtrato, concentrato e cristallizzato lo zucchero, a questo punto si ha uno zucchero bianco con un'umidità di circa l'1,5%.

[modifica] Tipi di zucchero

Esistono in commercio vari tipi di zucchero:
zucchero agglomerato: quando è ancora umido gli viene dato la forma a zolletta ed essiccato;
zuccheri macinati e setacciati: in uscita alla raffinazione lo zucchero viene macinato e setacciato, la parte più grossolana è lo zucchero semolato mentre quella più fine viene ulteriormente macina e diviene zucchero a velo;
zuccheri speciali: fanno parte di questa categoria gli sciroppi (soluzioni acquose al 70%), lo zucchero candito (zucchero in cristalli di 1-2 cm) e lo zucchero istantaneo (zucchero molto solubile ottenuto portando a secchezza uno sciroppo di elevata purezza).

[modifica] Utilizzo dei sottoprodotti

Le polpe vengono essiccate e usate come mangimi per bovini.
I pannelli dei filtri o schiume possono essere usate come ammendante per terreni acidi dato che contiene una sufficiente quantità di azoto.
La bagassa viene utilizzata in parte come combustibile all'interno della stessa raffineria e le eccedenze usate in edilizia e nell'industria della carta.
La melassa o melasso può avere vari usi. Con un trattamento con calce può dare ancora saccarosio, dato che ne contiene il 50%. Diluito e addizionato di protidi e lipidi viene utilizzato per l'alimentazione animale. Un uso più recente ed in via di sviluppo è quello nell'industria delle fermentazioni e in applicazioni biotecnologiche in generale.

[modifica] Le acque di processo

L'industria del saccarosio necessita di grandi quantità di acqua, quindi l'economia del processo e la questione ambientale impongono dei ricircoli e una depurazione finale. Per questo vengono individuate nel processo tre linee di acqua classificate in base al trattamento e all'uso in ricircolo:
1. le acque di condensa e le acque di raffinazione derivanti dai riscaldatori e dai condensatori subiscono un raffreddamento (che è sempre un recupero di calore) e una clorazione e vengono ricircolate come acque di processo;
2. le acque di lavaggio delle barbabietole e delle apparecchiature e le acque dal pressapolpe subiscono una chiariflocculazione e una clorazione e vengono ricircolate per gli stessi processi;
3. le acque di fine campagna, che alla fine del processo hanno un BOD di 4000 mg/L vengono inviate ad un impianto di depurazione biologico anaerobico e scaricate.