تکنولوژی قند | جلسه هشتم: ساکارز، رافینوز، ساپونین و ترکیبات معدنی در صنعت قند
مقدمه
در تکنولوژی قند، کیفیت شکر تولیدی تنها به مقدار ساکارز موجود در چغندر قند وابسته نیست. ترکیباتی مانند رافینوز، ساپونین، مواد معدنی، ترکیبات ازته و حتی شرایط شیمیایی شربت میتوانند فرآیند کریستالیزاسیون را تحت تأثیر قرار دهند و باعث کاهش راندمان تولید شکر شوند. به همین دلیل شناخت ویژگیهای شیمیایی ساکارز و سایر ترکیبات موجود در چغندر قند، برای دانشجویان صنایع غذایی، مهندسان کارخانههای قند و فعالان این صنعت اهمیت زیادی دارد.
در این مقاله از مجموعه تکنولوژی قند با مهمترین ترکیبات مؤثر بر تولید شکر و نقش آنها در فرآیند استخراج و کریستالیزاسیون آشنا میشویم.
ساکارز چیست؟
ساکارز مهمترین قند موجود در چغندر قند و نیشکر است و ماده اولیه تولید شکر سفید محسوب میشود.
از نظر شیمیایی، ساکارز یک دیساکارید است که از اتصال دو قند ساده یعنی گلوکز و فروکتوز تشکیل میشود.
تقریباً تمام ارزش اقتصادی چغندر قند به میزان ساکارز ذخیرهشده در ریشه آن بستگی دارد.
ویژگیهای شیمیایی ساکارز
ساکارز دارای ویژگیهایی است که آن را به مادهای مناسب برای تولید صنعتی شکر تبدیل کرده است.
مهمترین ویژگیهای آن عبارتاند از:
- حلالیت زیاد در آب
- افزایش حلالیت با بالا رفتن دما
- قابلیت تشکیل کریستال
- پایداری مناسب در شرایط معمول
- خاصیت چرخش نور پلاریزه (فعال نوری)
همین ویژگیها پایه بسیاری از مراحل کارخانههای تولید شکر هستند.
کریستالیزاسیون ساکارز چگونه انجام میشود؟
یکی از مهمترین مراحل در صنعت قند، تبدیل ساکارز محلول به کریستالهای شکر است.
این فرآیند در چند مرحله انجام میشود:
- تهیه شربت غلیظ
- رساندن محلول به حالت فوقاشباع
- ایجاد هستههای اولیه کریستال
- رشد تدریجی کریستالها
- جداسازی کریستال شکر از ملاس
اگر شرایط دما، غلظت و ترکیب شیمیایی شربت مناسب باشد، راندمان کریستالیزاسیون افزایش پیدا میکند.
پلاریمتری؛ روش اندازهگیری ساکارز
در کارخانههای قند، مقدار ساکارز معمولاً با استفاده از دستگاه پلاریمتر (Polarimeter) اندازهگیری میشود.
این دستگاه بر اساس خاصیت چرخش نور پلاریزه توسط مولکول ساکارز کار میکند.
مزایای این روش عبارتاند از:
- سرعت بالا
- دقت مناسب
- هزینه کم
- مناسب برای کنترل روزانه کارخانه
به همین دلیل پلاریمتری یکی از رایجترین روشهای تعیین عیار چغندر قند است.
چرا پلاریمتری همیشه دقیق نیست؟
اگرچه پلاریمتری روش مناسبی برای اندازهگیری ساکارز است، اما برخی ترکیبات نیز خاصیت چرخش نور دارند.
مهمترین آنها رافینوز است.
وجود رافینوز باعث میشود مقدار ساکارز بیشتر از مقدار واقعی اندازهگیری شود و در نتیجه، خطا در تعیین عیار به وجود آید.
رافینوز چیست؟
رافینوز یک تریساکارید است که از سه قند ساده تشکیل شده است:
- گالاکتوز
- گلوکز
- فروکتوز
در واقع میتوان گفت رافینوز از یک مولکول ساکارز تشکیل شده که یک مولکول گالاکتوز به آن متصل شده است.
چرا رافینوز برای کارخانههای قند مشکلساز است؟
رافینوز یکی از مهمترین عوامل کاهش راندمان تولید شکر محسوب میشود.
زیرا:
- مانع تشکیل کریستال ساکارز میشود.
- بین مولکولهای ساکارز قرار میگیرد.
- هستهگذاری کریستال را کاهش میدهد.
- سرعت رشد کریستالها را کم میکند.
در نتیجه مقدار بیشتری از ساکارز وارد ملاس شده و از چرخه تولید شکر خارج میشود.
تأثیر رافینوز بر ویسکوزیته شربت
رافینوز خاصیت آبدوستی بالایی دارد و باعث افزایش غلظت شربت میشود.
افزایش ویسکوزیته موجب میشود:
- حرکت مولکولهای ساکارز دشوارتر شود.
- تشکیل کریستال کاهش یابد.
- شکر بیشتری در ملاس باقی بماند.
- راندمان کارخانه افت کند.
به همین دلیل کنترل مقدار رافینوز در کارخانه اهمیت زیادی دارد.
ساپونین چیست؟
ساپونینها گروهی از ترکیبات طبیعی گیاهی هستند که در چغندر قند نیز وجود دارند.
بیشترین مقدار ساپونین در قسمتهای زیر مشاهده میشود:
- طوقه چغندر
- محل اتصال برگها
- لایههای سطحی پوست ریشه
نقش ساپونین در صنعت قند
اگرچه مقدار ساپونین در چغندر زیاد نیست، اما حضور آن میتواند مشکلاتی ایجاد کند.
مهمترین اثر آن ایجاد کف در شربت خام است.
کف زیاد باعث اختلال در برخی مراحل فرآوری شده و کنترل عملیات کارخانه را دشوارتر میکند.
رفتار ساکارز در محیط اسیدی و قلیایی
یکی از مباحث مهم تکنولوژی قند، بررسی پایداری ساکارز در شرایط مختلف است.
در محیط اسیدی
ساکارز دچار واکنش هیدرولیز میشود.
در این واکنش:
- ساکارز به گلوکز و فروکتوز تبدیل میشود.
- قند اینورت تشکیل میشود.
- راندمان کریستالیزاسیون کاهش مییابد.
- مقدار قند موجود در ملاس افزایش پیدا میکند.
این فرآیند با نام Inversion شناخته میشود.
در محیط قلیایی
ساکارز مقاومت بیشتری دارد؛ اما در دماهای بالا ممکن است:
- تخریب شیمیایی رخ دهد.
- رنگ شربت افزایش پیدا کند.
- کیفیت شکر کاهش یابد.
به همین دلیل کنترل pH در کارخانههای قند اهمیت زیادی دارد.
مواد معدنی (Ash) در چغندر قند
مواد معدنی یا Ash شامل عناصر مختلفی هستند که به صورت محلول وارد شربت خام میشوند.
مهمترین آنها عبارتاند از:
- پتاسیم
- سدیم
- کلسیم
- منیزیم
- فسفاتها
- کلریدها
- سولفاتها
این عناصر اگر بیش از حد استاندارد باشند، راندمان استخراج شکر را کاهش میدهند.
اندازهگیری مواد معدنی چگونه انجام میشود؟
در کارخانههای مدرن، مقدار Ash معمولاً با استفاده از روش کنداکتومتری (Conductometry) اندازهگیری میشود.
در این روش:
- رسانایی الکتریکی شیره اندازهگیری میشود.
- هرچه هدایت الکتریکی بیشتر باشد، مقدار یونهای معدنی نیز بیشتر خواهد بود.
این روش سرعت و دقت بالایی دارد و برای کنترل کیفیت روزانه کارخانه بسیار مناسب است.
مواد ملاسزا چه هستند؟
برخی عناصر معدنی باعث میشوند مقدار بیشتری از ساکارز وارد ملاس شود.
مهمترین مواد ملاسزا عبارتاند از:
- پتاسیم (K)
- سدیم (Na)
- منیزیم (Mg)
افزایش این عناصر موجب کاهش ضریب استحصال و افزایش تلفات شکر خواهد شد.
روش Guantin چیست؟
یکی از روشهای بهبود عملکرد کارخانههای قند، استفاده از روش Guantin است.
هدف این روش عبارت است از:
- کاهش رسوبات در اواپراتورها
- افزایش انتقال حرارت
- کاهش مصرف بخار
- افزایش راندمان تولید
در این فرآیند ابتدا یونهای کلسیم با سدیم جایگزین میشوند تا از تشکیل رسوب جلوگیری شود و سپس پیش از مرحله کریستالیزاسیون، بخشی از سدیم کنترل یا جایگزین میشود تا کیفیت شربت حفظ گردد.
چرا عیار چغندر پس از برداشت افزایش پیدا میکند؟
گاهی مشاهده میشود که عیار چغندر پس از برداشت کمی بیشتر از مقدار واقعی اندازهگیری میشود.
دلیل این موضوع تبخیر بخشی از آب ریشه است.
با کاهش آب:
- وزن چغندر کمتر میشود.
- مقدار ساکارز تقریباً ثابت میماند.
- نسبت ساکارز به وزن کل افزایش پیدا میکند.
این افزایش، یک عیار ظاهری است و به معنای تولید شکر بیشتر نیست.
شکر سفید یا شکر قهوهای؟
در فرآیند تولید شکر سفید، بیشتر ترکیبات غیرساکارزی حذف میشوند؛ بنابراین محصول نهایی حدود ۹۹٫۸ درصد ساکارز خالص است.
در مقابل، شکر قهوهای واقعی مقدار کمی ملاس طبیعی روی کریستالهای خود دارد و به همین دلیل حاوی:
- مواد معدنی
- پلیفنولها
- آنتیاکسیدانها
- ترکیبات آروماتیک طبیعی
است. البته این تفاوت به معنای سالم بودن مطلق شکر قهوهای نیست و هر دو باید در حد اعتدال مصرف شوند.
جمعبندی
در تکنولوژی قند، شناخت ویژگیهای ساکارز، رافینوز، ساپونین و مواد معدنی نقش مهمی در بهبود فرآیند تولید شکر دارد. ترکیبات غیرقندی میتوانند با افزایش ویسکوزیته شربت، کاهش کریستالیزاسیون و افزایش ملاس، راندمان کارخانه را کاهش دهند. به همین دلیل کنترل کیفیت ماده اولیه، مدیریت صحیح فرآیندهای تولید و استفاده از روشهای مناسب اندازهگیری، از مهمترین عوامل موفقیت در صنعت قند به شمار میروند.
بدون دیدگاه