تکنولوژی قند | جلسه بیست و دوم: مراحل تصفیه کلاسیک شربت خام؛ پرشوالژ، شوالژ، اشباع اول و اشباع دوم

مقدمه

پس از استخراج شربت خام از واحد دیفوزیون، مهم‌ترین مرحله در تولید شکر، حذف ناخالصی‌های موجود در این شربت است. این ناخالصی‌ها شامل پروتئین‌ها، پکتین‌ها، مواد کلوئیدی، اسیدهای آلی، آمیدها، رنگدانه‌ها و ترکیبات معدنی هستند که در صورت حذف نشدن، کیفیت شکر را کاهش داده و راندمان فرآیندهای تبخیر، کریستالیزاسیون و سانتریفیوژ را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

برای دستیابی به شربتی با درجه خلوص بالا، در کارخانه‌های قند از روش کلاسیک تصفیه استفاده می‌شود. این روش شامل چهار مرحله اصلی است:

• پرشوالژ (Preliming)
• شوالژ (Main Liming)
• اشباع اول (First Carbonation)
• اشباع دوم (Second Carbonation)

اجرای صحیح هر یک از این مراحل باعث افزایش خلوص شربت، کاهش مواد غیرقندی و بهبود کیفیت شکر نهایی می‌شود.

مراحل تصفیه کلاسیک شربت خام

فرآیند تصفیه کلاسیک به گونه‌ای طراحی شده است که حذف ناخالصی‌ها به‌صورت تدریجی انجام شود. افزایش ناگهانی pH یا دما می‌تواند موجب تجزیه ساکارز و تشکیل مواد رنگی شود، به همین دلیل عملیات در چند مرحله مجزا انجام می‌شود.

مراحل اصلی عبارت‌اند از:

1. پرشوالژ
2. شوالژ
3. اشباع اول
4. اشباع دوم

هر مرحله وظیفه مشخصی دارد و حذف بخشی از ناخالصی‌ها را بر عهده می‌گیرد.

پرشوالژ (Preliming) چیست؟

پرشوالژ اولین مرحله تصفیه شربت خام است.

در این مرحله مقدار محدودی شیر آهک به شربت خام اضافه می‌شود تا pH به‌آرامی افزایش یابد و شرایط برای حذف ترکیبات حساس فراهم شود.

این مرحله از حساس‌ترین بخش‌های فرآیند تصفیه است؛ زیرا بسیاری از واکنش‌های بعدی به عملکرد صحیح آن وابسته هستند.

هدف از پرشوالژ

مهم‌ترین اهداف این مرحله عبارت‌اند از:

• جلوگیری از شوک ناگهانی pH
• آماده‌سازی شربت برای آهک‌زنی کامل
• انعقاد تدریجی مواد کلوئیدی
• کاهش خطر تشکیل مواد رنگی
• حفظ پایداری ساکارز

در واقع، پرشوالژ شرایط را برای انجام مؤثر مرحله شوالژ فراهم می‌کند.

چرا pH باید به‌آرامی افزایش یابد؟

اگر آهک به‌طور ناگهانی و در مقدار زیاد به شربت خام افزوده شود، تغییر شدید pH می‌تواند باعث بروز مشکلاتی مانند:

• تجزیه برخی ترکیبات مفید
• تشکیل رنگ
• کاهش کیفیت شربت
• افت راندمان تصفیه

به همین دلیل، افزایش pH در مرحله پرشوالژ به‌صورت تدریجی انجام می‌شود.

نقش پروتئین‌ها در پرشوالژ

پروتئین‌های موجود در شربت خام از مهم‌ترین ناخالصی‌های محلول هستند.

با تغییر تدریجی pH، این ترکیبات ناپایدار شده و به‌تدریج منعقد می‌شوند.

انعقاد پروتئین‌ها موجب می‌شود که در مراحل بعدی به‌راحتی همراه رسوب کربنات کلسیم از شربت جدا شوند.

نقش پپتیدها و مواد کلوئیدی

علاوه بر پروتئین‌ها، مواد کلوئیدی و پپتیدها نیز در این مرحله تحت تأثیر قرار می‌گیرند.

این ترکیبات در صورت حذف نشدن:

• موجب افزایش ویسکوزیته شربت
• کاهش سرعت فیلتراسیون
• افزایش رنگ شکر

خواهند شد.

نقطه ایزوالکتریک چیست؟

یکی از مفاهیم مهم در مرحله پرشوالژ، نقطه ایزوالکتریک (Isoelectric Point) است.

در این نقطه، بار الکتریکی خالص مولکول‌های پروتئینی تقریباً صفر می‌شود و تمایل آن‌ها به تجمع و رسوب افزایش می‌یابد.

به همین دلیل، تنظیم مناسب pH باعث می‌شود پروتئین‌ها راحت‌تر از شربت جدا شوند.

روش بریگل مولر (Briegel Müller)

در بسیاری از کارخانه‌های قند، پرشوالژ بر اساس روش بریگل مولر انجام می‌شود.

در این روش:

• شیر آهک به‌تدریج تزریق می‌شود.
• pH مرحله‌به‌مرحله افزایش می‌یابد.
• از ایجاد شوک قلیایی جلوگیری می‌شود.
• شرایط مناسب برای انعقاد مواد کلوئیدی فراهم می‌شود.

شرایط دمایی پرشوالژ

دما نیز نقش مهمی در این مرحله دارد.

دمای پایین باعث کند شدن واکنش‌ها می‌شود و دمای بسیار بالا نیز احتمال تشکیل مواد رنگی را افزایش می‌دهد.

به همین دلیل کارخانه‌ها دمای این مرحله را در محدوده مشخصی کنترل می‌کنند تا بهترین عملکرد حاصل شود.

شوالژ (Main Liming) چیست؟

پس از پایان پرشوالژ، شربت وارد مرحله شوالژ می‌شود.

در این مرحله مقدار اصلی شیر آهک به شربت افزوده می‌شود تا pH به مقدار مورد نیاز برسد و واکنش‌های شیمیایی اصلی انجام شوند.

هدف از شوالژ

شوالژ مهم‌ترین مرحله آهک‌زنی در فرآیند تصفیه است.

اهداف این مرحله عبارت‌اند از:

• حذف بیشتر مواد غیرقندی
• تجزیه ترکیبات مضر
• آماده‌سازی برای اشباع اول
• افزایش راندمان رسوب‌گذاری

تجزیه قند اینورت

یکی از اهداف اصلی شوالژ، تجزیه قندهای اینورت است.

قندهای احیاکننده در شرایط مناسب قلیایی تجزیه شده و از تشکیل رنگ در مراحل بعدی جلوگیری می‌کنند.

در صورت باقی ماندن این ترکیبات، کیفیت شکر نهایی کاهش خواهد یافت.

تجزیه آمیدها

آمیدها نیز از جمله ترکیبات نامطلوب موجود در شربت هستند.

در مرحله شوالژ:

• بخشی از آمیدها تجزیه می‌شوند.
• ترکیبات مضر کاهش می‌یابند.
• کیفیت شربت افزایش پیدا می‌کند.

این واکنش‌ها نقش مهمی در کاهش رنگ و افزایش خلوص شربت دارند.

اهمیت کنترل pH در شوالژ

در این مرحله، pH باید به‌دقت کنترل شود.

اگر pH کمتر از مقدار مناسب باشد:

• حذف ناخالصی‌ها کامل انجام نمی‌شود.

اگر بیش از حد افزایش یابد:

• احتمال تجزیه ساکارز
• افزایش تشکیل مواد رنگی
• افزایش مصرف آهک

وجود خواهد داشت.

اهمیت زمان ماند

واکنش‌های شیمیایی برای کامل شدن به زمان کافی نیاز دارند.

اگر زمان ماند شربت در مرحله شوالژ کوتاه باشد:

• واکنش‌ها ناقص می‌مانند.
• مواد غیرقندی حذف نمی‌شوند.
• کیفیت تصفیه کاهش پیدا می‌کند.

نقش دما در شوالژ

دمای مناسب موجب افزایش سرعت واکنش‌ها می‌شود.

اما افزایش بیش از حد دما نیز می‌تواند موجب:

• تشکیل رنگ
• تجزیه ساکارز
• افزایش افت قند

شود.

به همین دلیل دما همواره تحت کنترل قرار دارد.

تفاوت پرشوالژ و شوالژ

اگرچه هر دو مرحله با استفاده از شیر آهک انجام می‌شوند، اما اهداف متفاوتی دارند.

پرشوالژ	شوالژ
افزایش تدریجی pH	افزایش کامل pH
انعقاد اولیه پروتئین‌ها	حذف عمده ناخالصی‌ها
جلوگیری از شوک قلیایی	انجام واکنش‌های اصلی
آماده‌سازی شربت	آماده‌سازی برای اشباع

نقش حرارت بین دو مرحله

در بسیاری از کارخانه‌ها، بین پرشوالژ و شوالژ عملیات گرم کردن شربت انجام می‌شود.

این کار باعث:

• تسریع واکنش‌ها
• بهبود انعقاد پروتئین‌ها
• افزایش راندمان حذف ناخالصی‌ها

می‌شود.

چرا کنترل این دو مرحله اهمیت دارد؟

پرشوالژ و شوالژ در حقیقت پایه اصلی تصفیه شربت هستند.

اگر این مراحل به‌درستی انجام نشوند:

• اشباع اول عملکرد مناسبی نخواهد داشت.
• مقدار گل افزایش می‌یابد.
• فیلتراسیون دشوار می‌شود.
• کیفیت شربت رقیق کاهش پیدا می‌کند.
• مصرف آهک و انرژی افزایش می‌یابد.

ارتباط این مراحل با اشباع اول

پس از پایان شوالژ، شربت وارد مرحله اشباع اول می‌شود.

در این مرحله، گاز دی‌اکسید کربن با آهک اضافی واکنش داده و رسوب کربنات کلسیم تشکیل می‌شود.

این رسوب، بخش عمده ناخالصی‌های باقی‌مانده را جذب کرده و از شربت خارج می‌کند.

به همین دلیل، کیفیت پرشوالژ و شوالژ تأثیر مستقیمی بر عملکرد اشباع اول دارد.

جمع‌بندی

پرشوالژ و شوالژ دو مرحله ابتدایی و بسیار مهم در فرآیند تصفیه کلاسیک شربت خام هستند. در پرشوالژ، pH به‌تدریج افزایش یافته و شرایط برای انعقاد پروتئین‌ها و مواد کلوئیدی فراهم می‌شود. سپس در شوالژ، با افزودن مقدار اصلی شیر آهک، واکنش‌های شیمیایی لازم برای حذف مواد غیرقندی، تجزیه اینورت و آمیدها و آماده‌سازی شربت برای اشباع اول انجام می‌شود. کنترل دقیق pH، دما و زمان ماند در این مراحل، نقش تعیین‌کننده‌ای در کیفیت تصفیه و تولید شکر با خلوص بالا دارد.