PL172722B1

PL172722B1 - Sposób wytwarzania cukru PL PL

Info

Publication number: PL172722B1
Application number: PL93308747A
Authority: PL
Inventors: Michel De Miniac
Original assignee: Ungda
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1997-11-28
Also published as: HU9501316D0; ATE138790T1; MX9306941A; TR28110A; AU669592B2; PL308747A1; DE69303029D1; RU2105065C1; CA2148718A1; CZ116195A3; MD950374A; EP0666717A1; CN1040026C; SK58295A3; ZW14893A1; JP3424233B2; BR9307385A; PH31086A; JPH08503130A; AU5424894A

Abstract

1. Sposób wytwarzania cukru, znamienny tym, ze do regulowania lub hamowania gramdodatnich bakterii w produkcji cukru w fazie lugowania dodaje sie jonofor poliete- rowy w ilosci od 0,5 do 3,0 ppm. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cukru, w którym regulowany jest wzrost bakterii. Wynalazek może być wykorzystywany w odniesieniu do wielu różnych surowców takich jak sok z buraków cukrowych, sok z trzciny cukrowej, hydrolizowane ziarno (np. kukurydza lub pszenica) oraz dowolny materiał zawierający skrobię lub cukier, który może być stosowany do wytwarzania cukrów prostych.

Jeden z kluczowych etapów w produkcji cukru stanowi ługowanie, w czasie którego surowce takie jak buraki cukrowe lub trzcina cukrowa, poddaje się obróbce w celu wyługowania cukru z materiału roślinnego uzyskując wodny roztwór określony jako słodki sok. Tak np. w przypadku buraków cukrowych zazwyczaj przeprowadza się proces dyfuzyjny, w którym buraki moczy się w ciepłej wodzie. Proces ten przeprowadza się zazwyczaj w około 70°C w środowisku kwaśnym (pH około 6) przez 1-2 godziny. W tym czasie mogą rozwijać się bakterie niewrażliwe na ciepło, które żywią się cukrem zmniejszając w ten sposób ilość cukru, którą można odzyskać i sprzedać. Wpływa to niekorzystnie na wydajność instalacji i stanowi poważny problem w przemyśle. Trzcinę cukrową zazwyczaj poddaje się procesowi ługowania obejmującemu mielenie, w czasie którego pojawiają się podobne problemy.

Drobnoustroje powodujące taki problem stanowią głównie bakterie gramododatnie należące do gatunku lactobacillus. Mogą być również obecne bakterie Streptococcus. bacillus, clostridum, leuconostoc i pedicoccus. W przeszłości do regulowania wzrostu bakterii stosowano formaldehyd, z tym że stwarza on poważne problemy związane z bezpieczeństwem.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania cukru, w którym polieterowy antybiotyk jonoforowy taki jak monenzyna, naryzyna, salinomycyna, lasalocid, maduramycyna lub semduramycyna, stosuje się w celu regulowania lub ograniczania wzrostu bakterii w produkcji cukru. Związki takie wykazują dobrą aktywność w odniesieniu do bakterii gramododatnich i nie ulegają łatwo degradacji w czasie w podwyższonych temperaturach. Powoduje to, że są one bardzo atrakcyjne dla przemysłu cukrowniczego, gdyż

1. pozostają aktywne przez wiele dni w typowych warunkach panujących w instalacji cukrowniczej; oraz

2. zachowują aktywność w wysokich temperaturach i w ośrodku o kwaśnym pH, wykorzystywanym w etapie ługowania.

Populację bakterii w kąpieli ługującej znacznie zmniejsza się w wyniku dodania w bakteriostatycznym lub bakteriobójczym stężeniu, np. od 0,5 do 3,0 ppm, korzystnie 0,5-1,5 ppm, polieterowego jonoforu takiego jak monenzyna. Takie działanie regulujące powoduje znaczne zmniejszenie zużycia cukru przez bakterie, co prowadzi do znacznego wzrostu wydajności instalacji. Nieoczekiwanie nie wykrywa się reszty polieteru w ostatecz172 722 nych kryształach białego cukru. Jest to szczególnie ważne, gdyż umożliwia wytwarzanie kryształów białego cukru o dobrej jakości. Podstawowe etapy produkcyjne.

Poniżej opisano 4 główne etapy produkcyjne przeprowadzane w typowej cukrowni. Ługowanie

Celem tego etapu jest wyługowanie cukru z surowca. Uzyskuje się słodki sok o pH około 6, bardzo podatny na zanieczyszczenie przez bakterie. Ługowaniu ulegają również rozpuszczalne w wodzie substancje takie jak białka, które muszą być usunięte z ośrodka, gdyż mogą one zahamować krystalizację cukru.

Oczyszczanie

Celem jego jest wyeliminowanie substancji organicznych wyługowanych z cukru. Oczyszczanie obejmuje dodawanie wapnia i wody do słodkiego soku, a następnie przepuszczenie strumienia ditlenku węgla w celu wytrącenia wapna w postaci węglanu wapniowego. Po przesączeniu uzyskuje się klarowny sok o małej zawartości związków organicznych innych niż sacharoza

Zatężanie

Klarowny sok zawierający około 14% cukru ogrzewa się i zatęża uzyskując syrop o zawartości cukru od 60 do 70% wagowych.

Krystalizacja

W tym ostatnim etapie uzyskuje się biały cukier i półprodukt, melasę. Etap obejmuje dalsze zatężanie syropu w 85°C pod zmniejszonym ciśnieniem w celu przekroczenia stanu nasycenia sacharozy (w technice określanego jako przesycenie). Następnie wprowadza się niewielką ilość kryształów cukru (około 0,5 g) w celu zainicjowania krystalizacji, która szybko rozprzestrzenia się w cieczy, tak że zmienia się ona w masę białych kryształów cukru zawieszonych w syropie zabarwionym przez zanieczyszczenia. Kryształy białego cukru odwirowuje się, przemywa i suszy.

Taki etap krystalizacji powtarza się dwukrotne w odniesieniu do niewykrystalizowanego syropu opuszczającego wirówkę. Za drugim i trzecim razem uzyskuje się cukier brązowy, który nie jest przeznaczony do sprzedaży. Wprowadza się go na początku fazy krystalizacji wraz z syropem pochodzącym z etapu odparowania, tak aby uzyskać cenniejszy biały cukier. Tylko biały cukier przeznaczony jest do sprzedaży.

Po trzeciej krystalizacji ciemny, nie krystalizujący sok staje się melasą. Zawiera ona około 50% cukru i 30% obcych ciał, które zapobiegają dalszej krystalizacji.

Szczegółowy opis sposobu produkcji cukru

Opisano proces prowadzony w instalacji przerabiającej 500 ton buraków cukrowych/godzinę.

1. Ługowanie

Warunki procesu:

Temperatura: 70°C; pH = 6, czas: 1-2 godziny; proces ciągły.

Ługowanie prowadzi się na przenośniku zanurzonym w wodzie. Na jednym końcu wprowadza się krajankę buraków cukrowych, a z drugiej strony ciepłą wodę, do której dodano zawracane bogate w cukier pozostałości. Buraki przemieszczają się w przeciwprądzie względem wody, tak że stężenie cukru w burakach spada, a w wodzie wzrasta.

Słodki sok zawierający około 14% cukru (oraz rozpuszczalne w wodzie białka i inne zanieczyszczenia) wypływa z końca, na którym wprowadza się na przenośniku świeże buraki, z drugiego końca odprowadza się wyczerpane buraki (pulpę). Przy przeróbce 500 ton buraków na godzinę uzyskuje się około 500 m³ słodkiego soku i 500 ton pulpy.

172 722

2. Oczyszczanie

Warunki procesu:

Temperatura: 75°C: pH = 8 ,5; czas: 1 godzina; proces ciągły.

Słodki sok z etapu ługowania przesyła się do kadzi, w której miesza się go z wodną zawiesiną wapna (200 g CaO/litr). Strumień ditlenku węgla przedmuchuje się przez kadź, co powoduje wytrącanie się węglanu wapniowego wraz z dużymi cząsteczkami takimi jak białka, które mogą zakłócić krystalizację.

Przy przeróbce 500 m³ słodkiego soku na godzinę zużywa się około 30 m³ zawiesiny wapna w wodzie i uzyskuje się około 500 iu oczyszczonego słodkiego soku.

3. Zatężenie

Warunki procesu:

Temperatura: obniża się od 130 do 85°C; pH 8,5; proces ciągły.

Oczyszczany słodki sok wygotowuje się. Przy przeróbce 500 m^:r słodkiego soku (14-16% cukru) na godzinę uzyskuje się 110 m3 zatężonego syropu (60-70% cukru).

4. Krystalizacja

500 m3 zatężonego syropu poddaje się różnym fazom etapu krystalizacji, w czasie których odparowuje się kolejne 106 m3 wody. Ostatecznie uzyskuje się 60 t/godzinę białego cukru i 20 ton melasy o stężeniu cukru 50%. Podstawowe właściwości polieterowych antybiotyków jonoforowych.

Przeprowadzono doświadczenia z różnymi polieterowymi antybiotykami jonoforowymi takimi jak monenzyna, lasalocid i salinomycyna, stosując słodki sok z buraków cukrowych. Doświadczenia te potwierdziły występowanie bakteriostatycznych i bakteriobójczych stężeń, które w przypadku tych cząsteczek mogą wynosić zaledwie 0,5-3,0 ppm. Przy stężeniach bakteriobójczych wzrost populacji bakterii zostaje zahamowany. Przy stężeniach bakteriostatycznych populacja bakterii zanika.

Przeprowadzono również badania wrażliwości, które wykazały, że polieterowe antybiotyki jonoforowe są aktywne w stosunku do większości bakterii powszechnie występujących w roślinach zawierających cukier. Tak np. w tabeli 1 przedstawiono spadek w mianie bakterii zaobserwowany w 6 godzin po obróbce monenzyną w stężeniu 3 ppm.

172 722 Tabela 1

Działanie monenzyny na miano bakteryjne różnych drobnoustrojów

	Miano t>akt eryj πe
t = 0	t = 6 h	% zmniejszenia
Lactobacillus plantarium	1,2x108	4,1x10®	-99,70
Lactobacillus fermentum	6,2x10®	4,4x108	-99,99
Lactobacillus vaccinmostercus	2.8x10®	2,1x10®	-99,90
Lactobacillus buchneri	5,5x10®	3,0x103	-99,99
Lactobacillus yamanashiensis	1,8x10®	4,6x104	-74,70
Lactobacillus coryniformis	3,7x10®	3,3x10®	-99,10
Leuconostoc mesenteroides	8,0x10®	®,4x103	-99,30
Leuconostoc acidilactici	8,2x10®	3,7x108	-®4,90
Bacillus subtilis	3,1x10®	5,5x104	-82,30
Bacillus brevis	3,3x108	5,5x104	-99,99
Bacillus megaterium	1,3x108	®,8x107	-SS,40
1Bacillus coagulans	1,1x10®	6,1x104	-44,60

Dodatkowo stwierdzono, że polieterowe antybiotyki jonoforowe są stabilne w temperaturach około 70°C przy pH około 6, czyli w warunkach zbliżonych do występujących w kąpielach do ługowania. W związku z tym są one aktywne w zwykłych warunkach pracy instalacji. Ulegają one jednak częściowej degradacji w wyższych temperaturach występujących za ługowaniem, co ułatwia produkcję kryształów białego cukru wolnych od resztek monenzyny.

Analiza resztkowa

W celu potwierdzenia, że kryształy białego cukru są wolne od resztek monenzyny, przeprowadzono badania we Francuskim Instytucie Badawczym Cukru, będącym instytucją badawczą zorganizowaną przez przemysł. Wszystkie testy monenzyny wykonano w Europejskim Instytucie Środowiska zlokalizowanym w Bordeaux, Francja, znanym niezależnym laboratorium wykorzystującym oficjalnie uznaną metodę analityczną (HPLC - wysokosprawna chromatografia cieczowa).

Monenzyna w fazie oczyszczania

Najpierw wykonano roztwór podstawowy monenzyny rozpuszczając kryształy monenzyny w 96% alkoholu do uzyskania stężenia 20 g monenzyny/litr roztworu. Część tego roztworu rozcieńczono wodą do uzyskania stężenia 150 mg/litr. Taki roztwór zastosowano do wprowadzania do słodkiego soku z ługowania. Wykonano trzy różne próby przy rożnych stężeniach monenzyny w słodkim soku, to znaczy 0,5, 1,0 i 1,5 ppm.

Sok z dodatkiem monenzyny poddano zwykłemu procesowi oczyszczania. Próbki po 500 ml przesączonego, oczyszczonego soku pobrano ze strumienia odlotowego bezpośrednio po przesączeniu. Analizowano je oficjalnie zaaprobowaną metodą HPLC. Wyniki zestawiono w tabeli poniżej. Wskazują one, że prawie 90% monenzyny zostaje usunięte w etapie oczyszczania. Jest to zrozumiałe w związku ze znanym powinowactwem monenzyny względem jonów dodatnich: łączy się ona z jonami wapniowymi i wraz z nimi jest usuwana.

172 722

Zawartość monenzyny	Procent monenzyny usunię- wcj w wyniku oczyszczania
przed oczyszczanie
po ooz-yi,vzeuu.u
0,5	< 0,1	> 80
1,0	0,13	87
1,5	0, 17	89

Monenzyna w fazie zatężania

Oczyszczony sok z etapu oczyszczania najpierw doprowadzono do zawartości suchej masy 14,7% dodając wodę destylowaną. Do tego standaryzowanego soku dodano następnie 1,5 ppm monenzyny stosując rozcieńczony roztwór alkoholowy o stężeniu 150 mg/litr, przygotowany w etapie ługowania. Sok zawierający monenzynę ogrzewano najpierw w 120°C przez 10 minut. Następnie temperaturę obniżono do 100°C, aż do uzyskania zawartości suchej masy około 61%. Syrop analizowano metodą HPLC i ustalono, że zawartość monenzyny wynosiła 2,2 ppm.

Jest to ilość znacznie mniejsza od ilości, jakiej możnaby oczekiwać w wyniku prostego odparowania soku. W zasadzie stężenie monenzyny powinno wzrosnąć z 1,5 do

6,2 ppm. W związku z tym, że oznaczone stężenie wynosiło jedynie 2 ppm, 4 ppm czyli 64% wyjściowej ilości wprowadzonej na początku doświadczenia, uległo rozkładowi pod wpływem ciepła.

Monenzyna w fazie krystalizacji

Syrop z etapu zatężania uzupełniono 1,5 ppm monenzyny stosując rozcieńczony roztwór alkoholowy o stężeniu 150 mg/litr, przygotowany w etapie ługowania. Po wykrystalizowaniu, przemyciu i wysuszeniu białego cukru analizie poddano zarówno cukier jak i melasę, Uzyskano następujące wyniki:

- nie stwierdzono wykrywalnych ilości monenzyny w białym cukrze (czułość analizy: 0,5 ppm)

- 1,5 ppm w pozostałości w postaci melasy nie ulegającej krystalizacji.

Wyniki te wskazują, że monenzyna pozostaje w fazie ciekłej, oraz że przemyte kryształy białego cukru są wolne od monenzyny. Monenzyna pozostaje natomiast w melasie.

Korzyści ekonomiczne

Zwykłe miano bakteryjne w kąpieli cukrowniczej po ługowaniu wynosi około 10⁵ - 10⁶organizmów/ml. Obawy pojawiają się, gdy zanieczyszczenie osiągnie znaczący poziom, 1(7 organizmów/ml. Bakterie te odżywiają się cukrem i w związku z tym zmniejszają odzyskiwaną jego ilość.

Zamieszczony poniżej schemat ideowy ilustruje, co stanie się, gdy 1,5 ppm monenzyny wprowadzi się do soku po ługowaniu. Większość jej zostanie rozłożona podczas procesu. Reszta pozostaje w melasie w stężeniu 2,6 ppm.

W wyliczeniach tych zakłada się jednak ciągłe użycie monenzyny w produkcji cukru. W praktyce kontrola zanieczyszczenia przez bakterie wymaga jedynie obróbki soku z ługowania tylko raz w tygodniu, tak aby doprowadzić miano bakteryjne do poziomu nie stwarzającego problemów aż do następnej obróbki. W takich warunkach średnie stężenie monenzyny w melasie wynosić będzie 0,4 ppm.

Jest to wielkość korzystna w porównaniu z 30 ppm monenzyny powszechnie dodawanej do paszy dla bydła i nie powinna ona zakłócająco wpłynąć na zastosowanie melasy jako paszy dla zwierząt.

172 722

Przykład instalacji przerabiającej 500 ton buraków cukrowych/godzinę.

(2,6 ppm monenzyny)

172 722

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania cukru, znamienny tym, że do regulowania lub hamowania gramdodatnich bakterii w produkcji cukru w fazie ługowania dodaje się jonofor polieterowy w ilości od 0,5 do 3,0 ppm.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jonofor dodaje się w ilości od 0,5 do 1,5 ppm.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako jonofor polieterowy stosuje się monenzynę, narazynę, salinomycynę, lasalocid, maduramycynę lub semduramycynę.