Cukr Výrobky z cukru Zpracování cukru Vodní hospodářství 1
Skupina
podskupina
Cukr extra bílý
krystal směs krystalů stejnoměrného zrnění, volně sypká krupice směs menších nebo rozdrcených krystalů, stejnoměrného zrnění, volně sypká moučka volně sypaná směs jemně mletých drcených krystalů Cukr bílý krystal krupice moučka Cukr polobílý krystal krupice moučka Cukr moučka s obsahem protihrudkujících látek (nejvýše 3 %) Tvarovaný cukr (kostky, bridž, homole) Cukr s přísadami Přírodní cukr sypký, zrnitý, světlě žlutý krystal, mírně lepivý Kandys směs velkých krystalů a srostlic, žluté až hnědé barvy Tekuté výrobky invertovaný sirob karamel 2
3
Třídění krystalu Frakce
F6 F10 F18 F24 F32 F45
Propad sítem o velikosti oka (mm) 3 mm 2 mm 1 mm 0,8 mm 0,63 mm 0,4 mm
Pojmenování exportního krystalu hrubý normální polojemný jemný jemný krupice
Coarse Grain Crystals Granulated Fine Granulated Extra Fine Granulated Finest Castor
C.G. C G FG EFG FC
Rovinné třídiče - třasadla
Hrubý krystal
Jemný krystal © P.Kadlec - Technologie cukru - P9
4
Vibrační třídič
5
Stabilizace cukru Proč ? - Princip : z teorie krystalizace – „glass transition“ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
cukr usušený stabilizovaný
sacharosa krystalická 99,4 99,9
Podmínky stabilizace cukru: - provětrávané silo - provětrávaný zásobník
sacharosa v roztoku 0,4 0,02
necukry v roztoku 0,03 0,03
voda 0,17 0,05
normální teplota, 5 - 6 dní teplota 45 - 55 oC, 24 - 48 h
Stabilizace v provětrávaném zásobníku: - krystalizace sacharosy v povrchové vrstvě sirobu, migrace molekul sacharosy směrem k povrchu krystalické fáze a uvolňování molekul vody z roztoku - migrace vlhkosti směrem k vnějšímu povrchu - molekulární difúze - ustavení rovnováhy mezi povrchovou vlhkostí cukru a okolním prostředím (Sorpční izoterma, Mollierův diagram !) - odvedení uvolněné vody suchým provětrávaným vzduchem 6
7
8
© P.Kadlec - Technologie cukru - P9
9
Typy cukerných sil • • • •
Nevětrané Nevětrané s topeným pláštěm Provětrávané Provětrávané s topeným pláštěm 10
Silo na cukr Weibull
Závady Cukr vlhne Cukr se vysouší Roste obsah RL Cukr tvrdne Cukr obsahuje hodně cukerného prachu 11
Skladování cukru v pytlích automatické pytlovací linky · zajišťují plnění, vážení a uzavírání pytlů · výkon linky: 200 - 400 pytlů/h · max. přípustná teplota cukru při plnění do pytlů: 40 °C · min. objem uzavřeného vzduchu v naplněném pytli · rel. vlhkost vzduchu při plnění: 50 – 60 % Obal reguluje proces migrace vzdušné vlhkosti · částečně zachytí průnik vnější vzdušné vlhkosti do cukru · brání unikání vodní páry uzavřené v obalu s cukrem ven · pokud je vlhkost v obalu uzavřena, může to způsobit následné tvrdnutí cukru Skladování v extrémních podmínkách (přístav, loď) · vysoká nebo nízká relativní vlhkost vzduchu · značné kolísání teploty i vlhkosti · obaly minimálně propustné pro vodní páry 12
Velkokapacitní halové sklady · dřevěné podlážky na podlaze · mechanizace při ukládání pytlů do skladu i při následném vyskladňování · ukládání pytlů do stohů (figur) pomocí ukládacího stroje · stohy se zužují směrem nahoru · nesmí se opírat o žádnou zeď · výška stohu 11 - 15 m · pevnost obalového materiálu v tlaku
13
Tradiční velkospotřebitelské obaly (15 - 100 kg) · pytle jutové · jutové s PE-vložkou · plastové (viscocel) · papírové (ev.s PE-vložkou) Moderní alternativa Velkoobjemové přepravní vaky (big-bag) - 1 t
14
Přeprava
15
Mletí cukru Mleté zboží • Krupice • Moučka • Pudr Mlecí zařízení
F45 (0,40/0,315)
Úderové agregáty
kolíčkový mlýn kladivový mlýn
Válcové stolice
z s d
průměr válců povrch válců předstih mlecí zóna mlecí spára úhel záběru velikost drcených krystalů 16
Výbušnost cukerného prachu usazený cukerný prach látka obtížně vznětlivá min. teplota vznícení 400 - 500 oC rozvířený cukerný prach látka vznětlivá min. teplota vznícení 300 - 450 oC velmi výbušná směs spodní mez výbušnosti 4 - 50 g/m3 nebezpečnost výbuchů cukerného prachu tlakový náraz Závislost explosivní koncentrace na velikosti částic cukru 17
Preventivní opatření k zabránění exploze cukerného prachu: · · · · · ·
omezení vzniku cukerného prachu prachotěsné elektrické pohony omezení počtu pohonů v prašných místech antistatické, nehořlavé materiály na dopravníkové pásy uzemnění veškerých zařízení neustálé odstraňování cukerného prachu
měření cukerného prachu ve vzduchu měření množství cukerného prachu, usazeného na podlaze 0,1 - 5 g/m2.h, nejvyšší hodnoty u třasadel a v mlýnech příklad: spodní mez výbušnosti 40 g/m3, spad 5 g/m2.h čištění podlah se musí provádět nejméně každých 8 h 18
Tvrdnutí moučky • příčinou tvrdnutí a hrudkovatění moučkového cukru je jeho vysoká vlhkost (a změny podmínek při dopravě a skladování) • velký povrch rozdrcených částic cukru snadno přijímá vzdušnou vlhkost • uvolnění vnitřní vlhkosti z krystalu při mletí cukru • uzavření vlhké moučky a vlhkého vzduchu do obalu • správné podmínky pro balení moučkového cukru: teplota 20 - 25 oC relativní vlhkost vzduchu 45 - 60 % © P.Kadlec - Technologie cukru - P9
19
Ochrana proti tvrdnutí moučky • vlhkost moučky musí být při plnění do obalů v rovnováze s vlhkostí vzduchu • nesmí docházet ke kolísání teploty • obal nesmí být propustný pro vzdušnou vlhkost Tepelný záhřev – kondicionování • krátký ohřev rozemletého cukru, 3 - 9 min • teplota 40 - 50 oC Přídavek hygroskopické látky
• křemičitany, koloidní kyselina křemičitá (léčiva) • škrob - amylóza 20
Výroba instantního cukru - aglomerací 1
3 4 5 6
2
7
8
9
10
1 - krystal 2 – cukerný mlýn, velikost částic 100 µm 3 – voda 4 – cukerný roztok 5 – vlhký vzduch 6 – vodní pára 7 – vlhčicí komora 8 – sušicí pásmo 9 – třídění 10 – balení, expedice sušením cukerných roztoků v rozprašovací sušárně 21
Drobné - spotřebitelské balení krystalový nebo mletý cukr obaly: papír polyetylén papír s termoplastickou vložkou hmotnost: 0,5 kg, 1 kg balicí automaty firmy F.Hesser (SRN), SIG (Švýcarsko) výkon 85 - 120 balíčků 1 kg za min, tj. 5t/h rotační automaty termoplastické balení cukru hygienické balení krystalového cukru po 5 g
22
Balicí automat Bosch
23
24
Tvarovaný cukr - lisované zboží •kostky krychle (18 x 18 x 18 mm) •kostky kvádr (11 x 18 x 22 mm) •kostky mocca (12 x 12 x 12 mm) •kostky mocca duo (12 x 12 x 24 mm) •bridž bílé •bridž barevné •Homole Linky na výrobu kostek
•vlhčení krystalu na obsah vody 1,5 - 2 % •vliv na tvrdost a rozpustnost kostek •tvarování jednotlivých kostek •rotační lis - Chambon, Elba •tabletkovací stroj - Stork (GOKA) •formovací stroj - SSA Vibro, účinek vibrací •sušení (parní nebo elektrická sušárna) •plnění do krabic a balení 25
Linka na výrobu kostek
1 - dopravník krystalu
2 – zásobník krystalu
dopravník krystalu 1
3 – váha
Zásobník vody 4
4 – zásobník vody 5 – homogenizátor
2
6 – zásobník před lisem
3 váha homogenizátor
7 – rotační lis
vlhčení na 1-2 %
8 – dopravní pás na kostky 9 – sušárna
5
10 – chladič
6
9
11 – balení a expedice
sušárna 7 Rotační lis
8
chladič 10
balení a expedice 11 26
Kostkárna Elba
27
Kostkárna Chambon
28
Kostkárna Stork 29
Kostky tvarované vibracemi – systém Vibro 30
Druhy cukru podle Zákona o potravinách Skupina
podskupina
Cukr extra bílý
krystal směs krystalů stejnoměrného zrnění, volně sypká krupice směs menších nebo rozdrcených krystalů, stejnoměrného zrnění, volně sypká moučka volně sypaná směs jemně mletých drcených krystalů Cukr bílý krystal krupice moučka Cukr polobílý krystal krupice moučka Cukr moučka s obsahem protihrudkujících látek (nejvýše 3 %) Tvarovaný cukr (kostky, bridž, homole) Cukr s přísadami Přírodní cukr sypký, zrnitý, světlě žlutý krystal, mírně lepivý Kandys směs velkých krystalů a srostlic, žluté až hnědé barvy Tekuté výrobky invertovaný sirob karamel 31
32
33
Chemické a fyzikální požadavky na jakost krystalového cukru podle Úředního věstníku Evropské unie Parametr
Cukr extra bílý
Polarizace (°Z) min. 99,7 Invertní cukr (%) max. 0,04 Úbytek hmotnosti sušením (%) max. 0,06 body Obsah popela (%) 0,0108 max. 6 Barva v roztoku (ICUMSA Unit)22,5 max. 3 Typ barvy 2 max. 4 Celkový počet bodů max. 8
1 bod odpovídá:
Cukr bílý (cukr) Cukr polobílý min. 99,7 max. 0,04 max. 0,06
min. 99,5 max. 0,1 max. 0,1 body
max. 4,5 max. 22
max. 9 max. >22
0,0018 % popela 0,5 jednotky typu barvy 7,5 ICUMSA Unit při 420 nm
34
Dobrovice 2007/8
6,9 eubodů
1 bod odpovídá
0,0018 % popela
0,5
barva typy
7,5 I.U.
barva roztoku
35
36
37
Tekuté cukry a sirupy - pro výrobu ochucených minerálek a nealkoholických nápojů Složení výrobku lze modifikovat podle požadavků zákazníka s různým obsahem sacharosy, glukosy, fruktosy i umělých sladidel.
Výroba sirupů a tekutého cukru v Hanácké potravinářské společnosti, zprac. kapacita 250 tun sirupu a tekutého cukru vyrobených v jedné směně . 38
Tekuté cukry Výhoda: - úspora energie - odstranění náročné manipulační práce - výhodné pro velkospotřebitele
Nevýhoda: - zvýšené dopravní náklady - problémy se skladováním Tekutý cukr TC 90 · Q = 90 % S > 65 % · kvalitní těžká šťáva · fermentační substrát pro výrobu L-lysinu Tekutá rafináda TR 98 · Q = 98 % · klér z výroby - dlouhodobé skladování · přísná sanitační opatření · průmyslové zpracování v pivovarech, při výrobě ovocných vín, v pekárnách, v konzervárnách
39
Tekutá rafináda TR 99 · · · · · ·
Q = 99 % výroba:
rozpouštění afinády filtrace odbarvování nízké zabarvení mikrobiologická nezávadnost neskladuje se dlouhodobě pro náročné výroby cukrovinkářského, nápojářského a konzervárenského průmyslu
40
Laboratorní kontrola u TC: obsah sacharosy polarimetricky obsah sušiny refraktometricky obsah redukujících látek pro TC s RL < 2 % - metoda Ofnerova pro TC s RL > 2 % - metoda Lane-Eynonova popel - konduktometricky barva - absorbance při 560 nm zákal - náchylnost k tvorbě zákalu v kyselém vodném cukerném roztoku během skladování 41
Invertované tekuté cukry (siroby) hydrolyzované enzymaticky nebo kysele do požadovaného stupně obsah invertu (glukosy a fruktosy) v sušině IS 50 IS 90 S > 73 %
45 - 55 % > 85 % pH 3 - 5,5
Zlatý sirob - kyselá hydrolýza Biogold - enzymová hydrolýza biokatalyzátor s invertasovou aktivitou pekařské kvasnice 42
OCHUCENÉ SIRUPY s libovolnou příchutí podle receptury na přání zákazníka
LIGHT SIRUPY sirupy pro výrobu nízkoenergetických nápojů
43
Karamel Koncentrovaný cukerný roztok nahořklé chuti, hnědé až hnědočerné barvy S > 73 %, obsah invertu v sušině 50 %, pH 4 - 6 Vyrábí se zahříváním krystalového rafinovaného cukru na 180 oC nebo invertovaného sirobu na 120 oC Po zkaramelizovaní se přidá horká voda, upraví se pH a ochladí se Ochucení - příchuť rumová, griotková, lísko-oříšková Použití: k ochucování mléčných výrobků, přípravě zmrzlinových pohárů, mrazených krémů, pudinků, moučníků, nápojů • Balení: plastová láhev à 600 g 44
45
Zvláštní druhy cukru ….. a další výrobky Barevný cukr Lisované homoličky Želírovací cukr
jablečný pektin (min. 0,5 %), vysoká rosolotvornost kyselina citronová (min. 0,6 %) konzervování v domácnosti rychlá a snadná příprava marmelád a džemů 1 kg želírovacího cukru na 1 kg ovoce
Úsporný želírovací cukr
speciální druh pektinu, umožňující gelovatění ovoce při nižší sušině, s nižším obsahem cukru nutnost sterilace nebo přídavek konzervačního činidla Sirobové cukry - přírodní, surový cukr
46
Zdobicí cukry · Moučkový cukr s vanilinem · Barevný máček · Cukerná zdobicí pasta - cukr fix
47
48
49
50
Kandys · pozvolná krystalizace cukerného roztoku · ochlazování po dobu 7 - 10 dnů ze 105 oC na 30 oC · sacharosa krystaluje na nerezových drátech, napnutých vodorovně v cukerném roztoku · krystaly dorůstají velikosti až 3 cm · opláchnutí krystalů vodou · sušení proudem vzduchu · dosušení na lískách · použití: jako cukrovinka, pro slazení čaje a teplých nápojů
51
Kulér · tmavohnědá sirupovitá kapalina nahořklé chuti s vysoce barvicí mohutností · připravuje se zahříváním invertovaného sirobu s přídavkem čpavkové vody, síranu amonného a alkalického katalyzátoru při teplotě do 128 oC · přítomnost 4-methylimidazolu · použití: k barvení nealkoholických nápojů, lihovin, octa, do omáček, konzervovaného masa, k barvení sirupů proti kašli, detergentů a krmiv
52
Výroba litých homolí
1
2
3 40 °C
4
5
6
7
20-25 °C
1 – homolová cukrovina 2 – plnění cukroviny do forem 3 – teplá spilka – 40 °C – volná krystalizace 4 – studená spilka – 20-25 °C, 12 h 5 – homolové odstředivky 6 – vyrážení homolí z forem 7 – sušárna – teplé pásmo 52-58 °C 8 – sušárna – chladicí pásmo 35 °C, celkem sušení 72 h 9 – konečná úprava homolí, balení, expedice
52-58 °C
9
8 35 °C
53
54
55
Vodní hospodářství Pitná voda
Vody plavicí a prací Vody chladicí a oteplené · z barometrické kondenzace · od nepřímého chlazení strojního zařízení · k přímému chlazení · mají nedostatek kyslíku · obsahují (NH4)2CO3 · stopy cukru · nutno chladit a okysličit - chladicí věže, rybníky
Požadavky • • • •
tvrdost (Ca,Mg) veškeré látky organické látky teplota
1,5 mmol /litr 4000 mg/litr 25 mg/litr 13 - 17 °C
56
· · · ·
uzavřený okruh 1000 % n.ř. hlavní podíl jde na barometrickou kondenzaci a odtud na chlazení přítok čisté vody z vodního toku 200 % n.ř. z okruhu odchází (kromě výparu) voda do okruhu plavicích a pracích vod 57
58
Odpadní vody • splaškové • průmyslové – přebytky z okruhu plavicích a pracích vod z kotelny z laboratoře z výrob s celoročním provozem Znečištění odpadních vod – rozpuštěné látky (cukr a jeho rozkladné produkty, organické látky z řepy, anorganické sole, …) - nerozpuštěné látky (zemina, ropné produkty, …) 59
Znečištění organickými látkami se vyjadřuje v kyslíkových jednotkách:
BSK5 (mg/litr) - spotřeba kyslíku za 5 dní na biochemickou oxidaci biologicky rozložitelných látek mikroorganismy přítomnými ve vodě
CHSK(Cr) (mg/litr) - spotřeba kyslíku na oxidaci organických látek dvojchromanem v prostředí 50% kyseliny sírové po 2 h varu, zahrnuje tedy i látky biologicky nerozložitelné
poměr BSK5 : CHSK je mírou biologické čistitelnosti vody, u běžných odpadních vod dosahuje hodnot 0,5 - 0,8 60
Čištění odpadních vod • Mechanické (síta, česla, usazováky, filtry… ) • Biologické
61
Biologické čištění odpadních vod Využívá se činnost tzv. funkční polykultury, což je směs heterotrofních aerobních i fakultativně anaerobních bakterií, plísní, hub, kvasinek, prvoků aj. Organické látky v odpadní vodě jsou těmito mikroorganismy využívány jako substrát, který je zčásti oxidován na CO2 a vodu, částečně je převeden na novou biomasu. V aktivačním procesu je funkční polykultura kultivována v suspenzi a nazývá se aktivovaný kal. Tento kal se v anaerobní části čistírny odpadních vod vrací.
62
1. stupeň čištění – anaerobní fermentace kombinace kyselého a methanového kvašení (acido- a metanogenese) Výchozí složky: proces Meziprodukty: proces Meziprodukty: proces Finální produkt:
polysacharidy, bílkoviny, tuky, … hydrolýza monosacharidy, aminokyseliny, alifatické kyseliny, glycerol, … acidogenese nižší alifatické kyseliny a alkoholy, … metanogenese stabilizovaný kal, kalová voda, bioplyn (65-75 % methanu, 25-35 % CO2, výhřevnost 20-30MJ/kg) 63
2. stupeň čištění – aerobní fermentace • účelem je odstranit zbytkové znečištění a meziprodukty anaerobního rozkladu • převést vodu do okysličeného stavu, aby mohla být vypouštěna do veřejného toku • akumulační nádrž na čistou vodu - provzdušňování pomocí dmychadel a aerobní usazovák • během provzdušňování v retenčních nádržích klesá BSK5 na 25-50 mg/litr
64
Biologická čistírna odpadních vod
© P.Kadlec - Technologie cukru - P9
65
Parametry biologické čistírny vstupní znečištění odpadních vod BSK5 2500 – 6000 mg/l množství odpadní vody 1200 – 5000 m3/d účinnost čistírny (BSK5) až 99,2 % zastavěná plocha 50 x 50 m elektrický příkon 0,7 - 1,2 kW/m3 produkce bioplynu 0,4 m3/kg BSK5 tvorba biokalu méně než 5 % na 1 kg odstraněného BSK5
66
