P9 - Prof. Bubník - Cukr, výrobky, voda

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