تکنولوژی قند | جلسه یازدهم: سیلو کردن چغندر قند چیست؟ اصول نگهداری، تغییرات فیزیکی، شیمیایی و بیوشیمیایی در زمان انبارداری
مقدمه
در صنعت تولید شکر، فاصله زمانی بین برداشت چغندر قند و فرآوری آن در کارخانه، یکی از مهمترین چالشهای مدیریتی است. ظرفیت محدود کارخانهها، کوتاه بودن فصل برداشت و حجم بالای محصول باعث میشود امکان فرآوری همزمان تمام چغندرهای برداشتشده وجود نداشته باشد. به همین دلیل بخش زیادی از محصول برای مدتی در محوطه کارخانه یا نزدیک مزارع ذخیره میشود؛ فرآیندی که به آن سیلو کردن چغندر قند گفته میشود.
اگرچه سیلو کردن یک ضرورت در صنعت قند است، اما این فرآیند با تغییرات فیزیکی، شیمیایی، بیوشیمیایی و حتی میکروبی همراه است که در صورت مدیریت نادرست، میتواند موجب کاهش عیار، افزایش ضایعات و افت راندمان استخراج شکر شود.
در این مقاله به بررسی اصول علمی سیلو کردن، دلایل ذخیرهسازی، تغییرات ایجادشده در چغندر و روشهای کاهش خسارتهای ناشی از نگهداری میپردازیم.
سیلو کردن چغندر قند چیست؟
سیلو کردن به فرآیند انباشتن و نگهداری چغندر قند از زمان برداشت تا ورود به کارخانه گفته میشود. این ذخیرهسازی میتواند در مقیاسهای مختلف انجام شود؛ از تودههای کوچک کنار مزرعه تا سیلوهای چند ده هزار تنی در محوطه کارخانه.
هدف اصلی از سیلو کردن، ایجاد تعادل بین سرعت برداشت محصول و ظرفیت فرآوری کارخانه است.
چرا سیلو کردن اجتنابناپذیر است؟
در نگاه اول شاید بهترین راهکار، انتقال مستقیم چغندر از مزرعه به کارخانه باشد؛ اما در عمل چنین امکانی وجود ندارد. مهمترین دلایل عبارتاند از:
۱. کوتاه بودن فصل برداشت
برداشت چغندر قند معمولاً در بازه زمانی محدودی انجام میشود، در حالی که کارخانهها برای بهرهبرداری اقتصادی باید چندین ماه بهطور مداوم فعالیت کنند. بنابراین بخشی از محصول ناچار است ذخیره شود.
۲. محدودیت ظرفیت کارخانه
حتی کارخانههای بزرگ نیز نمیتوانند همه چغندر برداشتشده را در مدت کوتاهی فرآوری کنند. اگر محصول ذخیره نشود، بخشی از آن در مزرعه باقی میماند و دچار افت کیفیت خواهد شد.
۳. حفظ تداوم تولید
کارخانهها باید در تمام فصل تولید، خوراک کافی برای خطوط فرآوری داشته باشند. نبود ذخیره مناسب میتواند باعث توقف تولید و افزایش هزینههای عملیاتی شود.
۴. رقابت در خرید محصول
کارخانهها برای حفظ سهم بازار، معمولاً محصول کشاورزان را در همان زمان برداشت خریداری میکنند؛ حتی اگر امکان فرآوری فوری آن وجود نداشته باشد.
آیا چغندر پس از برداشت زنده است؟
بله. برخلاف تصور عمومی، پس از برداشت تنها فتوسنتز متوقف میشود، اما ریشه چغندر همچنان زنده است و فعالیتهای متابولیکی خود را ادامه میدهد.
مهمترین فعالیت باقیمانده، تنفس سلولی است؛ فرآیندی که در آن قندهای ذخیرهشده مصرف شده و به انرژی، آب و دیاکسید کربن تبدیل میشوند.
این موضوع باعث میشود هر روز بخشی از ساکارز ذخیرهشده از بین برود.
مهمترین تغییرات چغندر قند در زمان سیلو کردن
در طول نگهداری، پنج گروه تغییر عمده در چغندر رخ میدهد:
- تغییرات فیزیکی
- تغییرات شیمیایی
- تغییرات بیوشیمیایی
- تغییرات تکنولوژیکی
- تغییرات میکروبی
در این مقاله سه گروه نخست بررسی میشوند و تغییرات تکنولوژیکی و میکروبی در مقالات بعدی بهطور کامل توضیح داده خواهند شد.
تغییرات فیزیکی در سیلو کردن
اولین و ملموسترین تغییری که در چغندر مشاهده میشود، کاهش وزن است.
علت کاهش وزن
ریشه چغندر پس از برداشت بهتدریج رطوبت خود را از دست میدهد. این تبخیر آب باعث کاهش وزن و تغییر در بافت محصول میشود.
هرچه سرعت تبخیر بیشتر باشد، افت وزن نیز افزایش پیدا میکند.
اثر کاهش وزن بر کیفیت
افت وزن تنها به معنای کاهش جرم نیست؛ بلکه بر کیفیت فرآوری نیز تأثیر میگذارد.
اگر کاهش وزن به حدود ۵ تا ۱۰ درصد برسد:
- بافت چغندر تردتر و شکنندهتر میشود.
- احتمال شکستگی در هنگام حمل افزایش مییابد.
اگر افت وزن به حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد برسد:
- بافت نرم و پلاسیده میشود.
- کیفیت خلال تولیدی کاهش مییابد.
- راندمان استخراج شکر افت میکند.
در بسیاری از کارخانهها، افت وزن بیش از حدود ۱۰ درصد بهعنوان یک وضعیت هشدار تلقی میشود.
چه عواملی باعث افزایش خشک شدن چغندر میشوند؟
چند عامل میتوانند سرعت از دست دادن آب را افزایش دهند:
- دمای بالا
- وزش باد
- رطوبت نسبی پایین هوا
- تابش مستقیم نور خورشید
- طولانی شدن زمان نگهداری
به همین دلیل در بسیاری از کارخانهها، سیلوها بهگونهای طراحی میشوند که تبادل حرارتی و از دست رفتن رطوبت تا حد امکان کنترل شود.
تغییرات شیمیایی در زمان نگهداری
یکی از مهمترین تغییرات شیمیایی، تجزیه ساکارز است.
در اثر فعالیت آنزیمها و میکروارگانیسمها، ساکارز به دو قند سادهتر یعنی گلوکز و فروکتوز تبدیل میشود.
این فرآیند چند پیامد مهم دارد:
- کاهش عیار واقعی
- افزایش قندهای احیاکننده
- کاهش راندمان استخراج
- افزایش مشکلات فرآوری
چرا در روزهای اول درصد قند ظاهراً افزایش پیدا میکند؟
این موضوع ممکن است در نگاه اول عجیب به نظر برسد.
در روزهای ابتدایی سیلو کردن، معمولاً درصد ساکارز اندازهگیریشده کمی افزایش مییابد.
اما این افزایش واقعی نیست.
دلیل چیست؟
در ابتدای نگهداری، سرعت تبخیر آب بیشتر از سرعت تجزیه ساکارز است.
به همین دلیل وزن چغندر کاهش پیدا میکند، اما مقدار قند تقریباً ثابت میماند.
در نتیجه غلظت قند در واحد وزن بیشتر دیده میشود.
به بیان دیگر، درصد قند افزایش یافته است، اما مقدار واقعی ساکارز تغییری نکرده است.
چرا پس از چند هفته عیار کاهش پیدا میکند؟
پس از مدتی، میزان آب آزاد موجود در بافت کاهش مییابد و سرعت تبخیر کم میشود.
در این مرحله، تجزیه واقعی ساکارز بر تبخیر آب غلبه میکند.
در نتیجه:
- عیار کاهش پیدا میکند.
- مقدار گلوکز و فروکتوز افزایش مییابد.
- کیفیت چغندر افت میکند.
افزایش رافینوز؛ یکی از مشکلات مهم در سیلو
در شرایط سرمای شدید یا یخزدگی، مقدار رافینوز در چغندر افزایش مییابد.
رافینوز یک الیگوساکارید است که اگرچه به مقدار کم در چغندر وجود دارد، اما افزایش آن میتواند فرآیند تبلور شکر را با مشکل مواجه کند.
در نتیجه:
- استخراج شکر دشوارتر میشود.
- راندمان کارخانه کاهش پیدا میکند.
- کیفیت ملاس تغییر میکند.
افزایش قندهای احیاکننده
در طول نگهداری، مقدار گلوکز و فروکتوز نیز افزایش مییابد.
این دو قند از تجزیه ساکارز به وجود میآیند و نسبت به ساکارز واکنشپذیری بیشتری دارند.
وجود مقدار زیاد این ترکیبات میتواند:
- رنگ شربت را تیرهتر کند.
- مصرف مواد شیمیایی تصفیه را افزایش دهد.
- کیفیت شکر سفید را کاهش دهد.
تغییرات بیوشیمیایی؛ تنفس همچنان ادامه دارد
چغندر برداشتشده همچنان موجودی زنده است و برای ادامه حیات، قند ذخیرهشده را مصرف میکند.
واکنش کلی تنفس به صورت زیر است:
ساکارز + اکسیژن → دیاکسید کربن + آب + انرژی (گرما)
نتیجه این فرآیند عبارت است از:
- مصرف ساکارز
- تولید گرما
- کاهش وزن
- کاهش کیفیت محصول
دما؛ مهمترین عامل مؤثر بر شدت تنفس
شدت تنفس تابع دمای محیط است.
بر اساس قانون Q10، با هر ۱۰ درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت بسیاری از واکنشهای زیستی تقریباً دو برابر میشود.
به همین دلیل، دمای مناسب برای نگهداری چغندر معمولاً بین ۱ تا ۴ درجه سانتیگراد در نظر گرفته میشود؛ محدودهای که هم از یخزدگی جلوگیری میکند و هم سرعت تنفس را کاهش میدهد.
چه عواملی شدت تنفس را افزایش میدهند؟
تنها دما مؤثر نیست. عوامل دیگری نیز میتوانند مصرف قند را افزایش دهند، از جمله:
- ضربهدیدگی و شکستگی ریشه
- آلودگی به آفات و بیماریها
- باقی ماندن برگ و طوقه
- وجود مقدار زیاد خاک و گل
- آسیبهای ناشی از برداشت
این عوامل باعث تحریک متابولیسم و افزایش فعالیت آنزیمی میشوند و در نهایت قند بیشتری مصرف میشود.
اندازه چغندر چه تأثیری بر نگهداری دارد؟
چغندرهای کوچکتر نسبت سطح به حجم بیشتری دارند.
به همین دلیل:
- تبادل گاز در آنها بیشتر است.
- سرعت تنفس افزایش مییابد.
- آب سریعتر از دست میرود.
- افت کیفیت زودتر اتفاق میافتد.
به همین علت، یکنواخت بودن اندازه ریشهها یکی از معیارهای مطلوب در مدیریت سیلو است.
تخمیر؛ زمانی که اکسیژن کافی وجود ندارد
اگر میزان اکسیژن اطراف چغندر کاهش پیدا کند، تنفس هوازی جای خود را به تخمیر میدهد.
در این شرایط:
- الکل تولید میشود.
- اسیدهای آلی افزایش مییابند.
- بوی ترشیدگی ایجاد میشود.
- فساد محصول سرعت میگیرد.
تخمیر معمولاً در بخشهای متراکم سیلو، نقاط با تهویه ضعیف یا مناطقی که دچار یخزدگی و ذوب مجدد شدهاند، رخ میدهد.
چگونه میتوان خسارتهای ناشی از سیلو کردن را کاهش داد؟
برای حفظ کیفیت چغندر قند، رعایت چند اصل ضروری است:
- برداشت در زمان مناسب
- جلوگیری از آسیبهای مکانیکی
- حذف برگ و طوقه اضافی
- کاهش مدت زمان نگهداری
- کنترل دمای سیلو
- تهویه مناسب
- جلوگیری از تجمع آب و رطوبت اضافی
- فرآوری سریعتر محمولههای آسیبدیده
اجرای این اقدامات باعث کاهش افت قند و افزایش راندمان کارخانه میشود.
جمعبندی
سیلو کردن چغندر قند اگرچه بخشی اجتنابناپذیر از زنجیره تولید شکر است، اما همواره با کاهش تدریجی کیفیت محصول همراه است. از دست رفتن رطوبت، ادامه تنفس، تجزیه ساکارز، افزایش قندهای احیاکننده و آغاز فرآیندهای تخمیری، همگی عواملی هستند که میتوانند ارزش تکنولوژیکی چغندر را کاهش دهند.
مدیریت صحیح شرایط نگهداری، کنترل دما و رطوبت، کاهش مدت زمان ذخیرهسازی و جلوگیری از آسیبهای مکانیکی، مهمترین راهکارها برای حفظ کیفیت چغندر و افزایش راندمان استخراج شکر در کارخانهها هستند.
بدون دیدگاه