Przetwórstwo buraka cukrowego — co zrobić z odpadami?

Przetwarzanie buraków cukrowych jest ważnym procesem technologicznym w produkcji cukru. Produkt ten jest szeroko stosowany na całym świecie, o czym świadczą duże wolumeny produkcji — co najmniej 168 milionów ton rocznie. Brazylia, Indie, Unia Europejska, Tajlandia, Chiny, Stany Zjednoczone i Rosja wyróżniają się spośród największych producentów cukru. Kraje o ciepłym klimacie wykorzystują trzcinę cukrową jako surowiec do produkcji cukru, a kraje o chłodniejszym klimacie wykorzystują buraki cukrowe. W tym artykule omówimy, jak przebiega przetwórstwo buraków cukrowych, a także sposoby wykorzystania odpadów przemysłu cukrowniczego.

Przerób buraków cukrowych — główne etapy procesu

Proces pozyskiwania cukru z buraków cukrowych obejmuje kilka etapów:

• Buraki cukrowe przywożone są z pola do magazynu; zawierają jednak cząsteczki ziemi i inne zanieczyszczenia. Z tego powodu warzywa korzeniowe są najpierw myte.
• Buraki po umyciu kroimy w drobną krajankę.
• Krajanka buraczana jest przekształcana w sok z buraków przez dyfuzję. Cukier przechodzi z krajanki do wody, a otrzymany sok dyfuzyjny zawiera 12–18% cukru. Na tym etapie krajanka zamienia się w miąższ.
• Sok dyfuzyjny zawiera nie tylko cukier, ale także inne zanieczyszczenia, które mogą utrudniać ekstrakcję cukru. Dlatego cukier jest oczyszczany za pomocą środków chemicznych.
• Sok jest zagęszczany i filtrowany w celu zwiększenia zawartości cukru w ​​otrzymanym syropie do 38-40%.
• Syrop cukrowy gotuje się pod zmniejszonym ciśnieniem i otrzymuje się masę cukrową. Massecuite zawiera do 55% cukru krystalicznego i do 7,5% wody.
• Massecuite odwirowuje się w celu oddzielenia kryształków cukru.
• Otrzymany cukier „wybiela się” poprzez przemywanie gorącą wodą.
• Suszenie, chłodzenie i pakowanie.

Odpady przemysłu cukrowniczego

Przetwarzanie buraków cukrowych prowadzi do powstawania produktów ubocznych. Obejmują one:

• pulpa — rozdrobnione buraki cukrowe, z których wyekstrahowano użyteczne substancje;
• melasa — lepka ciemnobrązowa ciecz o nieprzyjemnym zapachu.

Zarówno miazgi, jak i melasy nie można tak po prostu wyrzucać lub zostawiać na polach, ponieważ mogą zagrozić integralności systemu ekologicznego, którego odbudowa zajmie kilka lat. Dlatego odpady z przemysłu cukrowniczego są wykorzystywane na różne sposoby. Na przykład pulpę można wykorzystać jako paszę dla bydła lub surowiec do produkcji biogazu i pektyny. Melasę stosuje się również w żywieniu zwierząt gospodarskich, np. przy produkcji mieszanek paszowych jako składnik wiążący.

Przetwarzanie pulpy z ekstrakcją pektyn

Jednym z korzystnych zastosowań pulpy jest ekstrakcja pektyny. Pektyna jest najaktywniej zużywana przez przemysł cukierniczy, gdzie jest stosowana jako dodatek do żywności w produkcji słodyczy, sufletów z pianki, lodów, marmolady i galaretek. W medycynie właściwości pektyn biorą udział w oczyszczaniu komórek organizmu człowieka ze szkodliwych substancji, w tym pierwiastków promieniotwórczych. Ze względu na dobroczynne wykorzystanie pektyny, pozyskiwanie jej z odpadów produkcyjnych jest w pełni uzasadnione. Oprócz wysłodków buraczanych (zawartość pektyn do 30%), surowcem do produkcji tej substancji są również odpady z przetwórstwa jabłek (do 20%), owoców cytrusowych (do 14%), topinamburu (do 12%) i słonecznika (do 24%). Przetwórstwo buraków cukrowych dostarcza obiecujących surowców do pozyskiwania pektyn.

Obecnie dojrzała technologia pozyskiwania pektyn składająca się z trzech następujących po sobie etapów:

• Ekstrakcja pektyny z pulpy metodą hydrolizy.
• Wytrącanie pektyny z otrzymanego ekstraktu.
• Suszenie i oczyszczanie pektyny.

Podobnie jak w przypadku przetwórstwa buraków cukrowych, gdzie efektywność zastosowanych technologii decyduje o ilości cukru wydobytego z surowca, tak zastosowane technologie i urządzenia decydują o ilości pektyny wyekstrahowanej z wysłodków buraczanych. Ale zawsze pozostaje zadanie uzyskania maksymalnej ilości użytecznego produktu z tej samej ilości odpadów przemysłu cukrowniczego.

Perspektywy zastosowania młynów elektromagnetycznych w przetwórstwie wysłodków buraczanych

Doświadczenie naszej firmy wskazuje, że wstępne przygotowanie surowca przed obróbką za pomocą młyn elektromagnetyczny prowadzi do lepszych wyników. Hipotezę tę potwierdził Ye. Michejewa i in. [2017] dla przypadku ekstrakcji pektyn z wysłodków buraczanych.

Co to jest urządzenie do układania warstw wirowych i jak działa? Pod względem konstrukcyjnym urządzenie warstwy wirowej stanowi induktor do wytwarzania wirującego pola elektromagnetycznego, w którym umieszczona jest komora operacyjna wykonana z materiału niemagnetycznego. Do tej komory wprowadzane są cząsteczki ferromagnetyczne w kształcie igieł. Po przyłożeniu napięcia do uzwojenia cewki indukcyjnej cząstki ferromagnetyczne są wprawiane w ruch przez pole elektromagnetyczne; trajektorie ruchu pozostają jednak złożone, ponieważ cząsteczki nieustannie zderzają się ze sobą, ze ścianami komory roboczej oraz z cząstkami przetwarzanej substancji, którą w naszym przypadku jest wysłodek buraczany. W komorze operacyjnej zachodzi kilka czynników i zjawisk mających korzystny wpływ na przetwarzaną substancję. Należą do nich efekt pola elektromagnetycznego, bezpośredni kontakt cząstek ferromagnetycznych z pulpą, wibracje akustyczne itp. Powoduje to jednoczesne mieszanie i mielenie produktu w bardzo intensywnym tempie. W większości przypadków do uzyskania pozytywnego efektu wystarczyłyby sekundy lub dziesiątki sekund, podczas gdy podobne procesy trwają kilkadziesiąt minut lub całe godziny w innych młynkach i aktywatorach.

Wyniki doświadczenia ekstrakcji pektyn z wysłodków buraczanych

W ramach doświadczenia wykorzystano granulowane wysłodki buraczane o wilgotności 11,08%. Pulpę umieszczono w komorze roboczej urządzenia młyn elektromagnetyczny i przetwarzano przez 15 sekund. Po wstępnej obróbce wysłodki buraczane wykorzystano jako surowiec do ekstrakcji pektyn według schematu „hydroliza kwasowa – filtracja – zatężanie roztworu – separacja i suszenie”. Ten sam schemat zastosowano dla pulpy, która nie została wstępnie przetworzona w urządzeniu z warstwą wirową.

Uzyskane wyniki wskazują, że obróbka wstępna granulowanych wysłodków buraczanych w urządzeniu do wirowania cząstek ferromagnetycznych w rozpatrywanym przypadku zwiększyła wydajność pektyn o 28,5%, co jest wynikiem bardzo dobrym.

Obróbka buraków cukrowych i młyn elektromagnetyczny

Wyniki eksperymentalne pozwalają na postawienie innej hipotezy, zgodnie z którą urządzenie z warstwą wirową może być wykorzystane do otrzymywania syropu z buraków cukrowych w celu zwiększenia wydajności cukru o 10–20%. Osiągnięcie tego efektu jest możliwe dzięki całkowitemu rozpadowi komórek roślinnych oraz wydajniejszemu procesowi ekstrakcji.

W przypadku zainteresowania możliwością zastosowania układarek wirowych do obróbki buraków cukrowych lub ekstrakcji pektyny z wysłodków buraczanych, a także prowadzenia eksperymentów, prosimy o kontakt korzystając z danych kontaktowych dostępnych w odpowiedniej sekcji serwisu.