Produzione dello zucchero

Il procedimento di produzione dello zucchero consiste nell'estrazione del saccarosio (commercialmente detto "zucchero") dai vegetali.

Il saccarosio in natura è presente in moltissime specie vegetali, mentre le specie impiegate nell'industria sono la canna da zucchero (che contiene saccarosio al 7-18% in peso) e, dal XIX secolo, la barbabietola da zucchero (che ne contiene in ragione dell'8-22% in peso). La produzione di zucchero da altre fonti, quali ad esempio l'acero e la palma da dattero, riveste un ruolo minoritario.

Tale processo di produzione varia a seconda della materia prima utilizzata, alle parti della pianta impiegate nell'estrazione e al grado di impurezze da rimuovere o lavorare.

Dal processo di produzione dello zucchero si ottiene anche la melassa.

Produzione dello zucchero di canna

La produzione dello zucchero di canna consiste nell'estrazione del saccarosio dalla canna da zucchero spogliata delle foglie ed è tradizionalmente costituita da due fasi principali: estrazione dello zucchero grezzo mediante macinazione della canna; sbiancamento dell'estratto per ottenere zucchero raffinato, con un contenuto in saccarosio del 99%.

I primi complessi integrati per la produzione dello zucchero sorsero nell'isola di Madera e poi si svilupparono enormemente nel Nordest del Brasile, dove nacquero come engenhos. Man mano le raffinerie si sono situate poi più vicino ai luoghi di consumo del prodotto finito in Europa, Nordamerica e Giappone. Le due fasi stanno lentamente combinandosi: infatti l'incremento di domanda dello zucchero fa sì che le due fasi vengano eseguite nei medesimi stabilimenti in modo da azzerare i tempi di trasporto tra uno stabilimento e l'altro. Le operazioni di trattamento della canna da zucchero possono provocare esplosioni di polveri, per cui si rende necessaria l'installazione di dispositivi anti-scintilla in molti stabilimenti di macinazione in modo da prevenire tali disastri. Beryllium-Copper MSDS-csunitec.com (Controllato il 17 giugno 2011)

Approvvigionamento

Dapprima le canne devono essere sfogliate, operazione difficile da effettuare meccanicamente, quindi viene incendiato il campo con le canne mature. Successivamente le canne vengono tagliate con macchinari o a mano e viene eliminato lo stelo che è ricco di impurità. Poi vengono tagliate in dimensioni che dipendono dal macchinario presente in fabbrica e trasportate. Lo stoccaggio non deve superare le ventiquattro ore.

Macinazione

La canna da zucchero, già privata delle foglie al momento del raccolto, viene sottoposta a lavaggi multipli per eliminare le scorie ed i parassiti. Quindi le canne vengono tagliate e sottoposte all'azione di coltelli rotanti per essere sminuzzate.

Estrazione del succo Dopo queste operazioni i ritagli di canna vengono ripetutamente sottoposti a fasi alterne di macerazione in acqua e torchiatura meccanica da rulli, chiamati mulini, fino all'estrazione per spremitura di una soluzione (detta melassa o "sugo") contenente circa il 10-15% di saccarosio. I mulini sono formati da tre cilindri: uno superiore e due inferiori. Le canne frantumate passano prima tra il cilindro superiore e il primo inferiore, poi tra quello superiore e il secondo inferiore. Generalmente si usano 4-5 mulini.

Il "sugo" così ricavato è pronto per la fase di raffinazione.

I residui solidi, scorze e fibre che costituiscono il 25-30% della massa iniziale della canna lavorata, sono detti "bagasse" e vengono utilizzati in gran parte come combustibile per generare vapore (spesso utilizzato nello stesso stabilimento per la raffinazione) e in parte come materia prima per la produzione di carta.

Raffinazione

Dall'estrazione si ottiene un succo ricco di impurità: sali minerali, acidi organici (malico, ossalico, citrico e tartarico), basi azotate, composti fosforati e colloidi di origine vegetale. Inoltre i sughi presentano una colorazione intensa: il sugo di canna è verde-nero, quello di barbabietola è blu-nero, con la depurazione si ottiene un sugo giallo più o meno intenso.

La raffinazione purifica ulteriormente lo zucchero greggio. Esso viene dapprima miscelato con sciroppo grezzo e quindi centrifugato in un procedimento detto di "affinamento". Il suo scopo è quello di asportare la pellicola che ricopre esternamente i cristalli di saccarosio, che è meno pura della parte interna. Ciò che rimane dopo questo "lavaggio" viene sciolto facendone uno sciroppo contenente circa il 60% di saccarosio. La soluzione viene chiarificata (nel caso dello zucchero bianco) con aggiunta di acido fosforico e con idrossido di calcio fino a pH alcalino (7,5-8), che precipitano sotto forma di fosfato di calcio. Le particelle di fosfato di calcio "intrappolano" alcune impurità e ne assorbono altre e quindi risalgono in superficie, formando sul filtro un pannello o schiuma che può essere facilmente scremato via. Il sugo purificato ha pH neutro. Un procedimento alternativo è quello della "carbonatazione", cioè l'utilizzo di anidride carbonica (al posto dell'acido fosforico) e idrossido di calcio, che producono un precipitato di carbonato di calcio.

Concentrazione del succo

Il succo che contiene un massimo di 15% di saccarosio deve essere concentrato fino al 60-65% (sciroppo). Questa operazione avviene con un sistema di concentrazione sottovuoto in multiplo effetto. In questa fase occorrono ingenti quantità di vapore che viene prodotto in fabbrica da una caldaia (vapore a 30 bar) e deve smaltire una enorme quantità di condense che permettono però un recupero di calore. Se il sugo concentrato non viene inviato immediatamente alla cristallizzazione ma stoccato per la lavorazione in tempi successivi, deve essere concentrato fino al 68-70% ed avere un pH alcalino (intorno a 8,5-9,0) altrimenti ne è impossibilitata la conservazione a causa del fenomeno della fermentazione alcolica.

Cristallizzazione dello zucchero

La cristallizzazione avviene in apparecchiature discontinue chiamate bolle di cottura, che sono grossi recipienti con un sistema di riscaldamento a fascio tubiero. All'apparecchiatura giunge lo sciroppo che viene sottoposto a basse pressioni, in modo da provocare la sovrassaturazione della soluzione e la conseguente precipitazione del saccarosio disciolto. Durante tale processo viene aggiunto all'interno dell'apparecchiatura una piccola quantità di zucchero macinato per fornire i germi di cristallizzazione e in modo da avere il controllo sulla granulometria del prodotto finito. Per nutrire i cristalli, si aggiunge altro sciroppo, mantenendo il riscaldamento.

L'intero processo si conduce a una temperatura inferiore a 80 °C e sottovuoto. Dalla bolla di cottura si ottiene un miscuglio di cristalli e acque madri al 50% in cristalli chiamato massa cotta. La massa cotta viene mandata a una centrifuga, da cui si separa uno zucchero di prima qualità e uno scolo verde; lo scolo viene concentrato, cristallizzato e centrifugato di nuovo per dare lo zucchero di seconda qualità (brown sugar) e la melassa. La melassa è una soluzione acquosa di saccarosio dove lo stesso non può più essere cristallizzato. Generalmente poi tutto lo zucchero viene mescolato.

Quando ulteriori procedimenti di raffinazione sulla parte residua dei vari processi non sarebbero più economicamente convenienti, la melassa finale contiene ancora tra il 20 ed il 30% di saccarosio e tra il 15 e il 25% di glucosio e fruttosio.

Decolorazione Lo zucchero ottenuto dalla cristallizzazione è di un colore giallo più o meno carico; dato che l'industria alimentare e il consumatore richiedono uno zucchero bianco, occorre un processo di raffinazione. La decolorazione dello zucchero si effettua mediante centrifugazione in un idroestrattore, ove una volta introdotta la massacotta, tramite forza centrifuga avviene la separazione tra l'acqua contenuta nello scolo madre ed i cristalli di zucchero formati nella precedente opera di cottura in bolla. Successivamente spruzzi di acqua calda contribuiscono a decolorare i cristalli di zucchero.

Per produrre lo zucchero granulare che non si compatti in zolle, esso deve dapprima essere trattato a caldo in essiccatoi rotanti e successivamente raffreddato con correnti di aria fredda per più giorni.

Ribbon cane La Ribbon cane è un tipo di canna da zucchero che una volta era ampiamente coltivata negli stati meridionali degli USA, fino alla Carolina del Nord. Il succo veniva estratto con macine azionate da muli o da cavalli, quindi veniva bollito, come lo sciroppo d'acero, in un recipiente piatto, ed era usato come dolcificante in forma liquida. La coltivazione ora è limitata a ridotte estensioni.

Produzione mondiale

I dieci maggiori produttori mondiali - 2018 PaeseProduzione(Tonnellate) Note 746.828.157 376.900.000 F 108.097.100 104.360.867 67.173.975 56.841.523 36.276.860 35.568.207 33.506.830 31.335.984 Mondo 1.907.024.732 AP = cifre ufficiali, F = stime FAO, * = Non-ufficiali/Semi-ufficiali/dati speculari, C = Cifre calcolateA = Aggregati (possono comprendere cifre ufficiali, semi-ufficiali o stimate); Fonte: Food And Agricultural Organization of United Nations: Economic And Social Department: The Statistical Division

In India, gli stati di Uttar Pradesh (38.57 %), Maharashtra (17.76 %) e Karnataka (12.20 %) guidano il paese nella produzione di canna da zucchero. Three largest producing states of important crops ( Controllato il 4 giugno 2008)

Negli Stati Uniti, la canna da zucchero viene coltivata per la produzione industriale dello zucchero in Florida, Hawaii, Louisiana, e Texas. Meagher: Sugarcane IPM, ipmworld.umn.edu (Controllato l'11 aprile 2008)

Produzione dello zucchero di barbabietola

Approvvigionamento

Le piante, seminate intorno a febbraio-marzo, sono raccolte intorno ad agosto-settembre, con macchinari che recidono anche il colletto e vengono caricate su camion diretti allo zuccherificio. Le barbabietole possono anche essere conservate per settimane (in cumuli ai bordi dei campi), il che però causa il degrado del prodotto con perdita di zuccheri, in quanto appena dopo lo sradicamento inizia il processo di fermentazione. In particolare, a seconda delle condizioni climatiche, si ha una perdita di contenuto zuccherino attorno allo 0,015–0,020% in peso al giorno.

Insieme alle radici sono presenti anche terra, sassi e talvolta parti metalliche che costituiscono nel loro insieme la cosiddetta tara del carico, che a volte arriva anche al 50% del peso. Quando il carico arriva in fabbrica è quindi necessaria una grossa opera di pulizia che consiste in: lavaggio, eliminazione pietre e purga magnetica; la terra accumulata in fabbrica rappresenta talvolta un gravoso problema di smaltimento: si stima che per ogni 500.000 tonnellate di barbabietole processate bisogna separare dal carico 60.000 tonnellate di terra.

Controllo sul raccolto

La parte della barbabietola che interessa la produzione dello zucchero è la radice, grossa, carnosa, lunga fino a 20 cm, di colore grigiastro, con rugosità trasversali nella parte superiore e due solchi longitudinali (detti "solchi saccariferi"). Il fogliame esterno, che cresce fuori terra e una volta veniva usato come foraggio, non interessa la produzione di zucchero e viene quindi eliminato.

Dopo il raccolto, viene fatta una campionatura delle radici di barbabietola per accertare: la parte non utile giunta con il carico il contenuto di saccarosio il contenuto di azoto, per suggerimenti futuri al coltivatore sull'uso dei fertilizzanti.

I dati raccolti vengono utilizzati per determinare il prezzo da pagare al coltivatore per il raccolto fornito. Quindi il carico viene portato nello stabilimento di lavorazione.

Prelievo dal parco materie prime