Microorganisme Zahar

=== 4249cd98f1e872fedcd00e3f78af3b709d6e463f_29585_1 ===

Tehnologia de fabricare a zahărului

Producția mondială de zahăr depășește în prezent 100 de milioane de tone, fiind localizată din punct de vedere geografic în zonele de cultura a materilor prime: sfecla și trestia de zahăr. Aria producției de sfeclă de zahăr este localizată cu precădere în emisfera nordică. Trestia este o cultură ce dă randament bun în zona tropical.

În țara noastră, din cauza dificultăților existente în cultura sfeclei și a randamentelor reduse de prelucrare în cadrul fabricilor producatoare se înregistrează anual producții tot mai mici. Printre dificultăți amintim lipsa soiurilor productive cu continut ridicat de zahăr, precum și mecanizarea limitată și resursele financiare destul de reduse.

Cea mai adesea zahărul se obține din sfeclă. Aceasta are compozitie complexă, conținând între 14 și 22% zaharoză, saponine, grăsimi, substanțe pectice, azotate, substanțe organice neazotate (zahar invertit și alți acizi organici), precum și substante organice insolubile (celuloza, hemiceluloză), etc.

Zahărul are culoare albă cristalizată, fiind solubil în apă, având un gust dulce și plăcut, obținut fie din sfeclă, fie din trestia de zahăr, fiind unul dintre produsele alimentare de bază.

Procesul tehnologic complex de prelucrare a sfeclei de zahăr în vederea obținerii zahărului cuprinde numeroase etape care au ca scop asigurarea condițiilor tehnice necesare pentru extragerea și cristalizarea cu randament ridicat și cheltuieli reduse a zahărului conținut în sfeclă.

Recoltarea sfeclei de zahăr se face în momentul în care aceasta a ajuns la maturitate industrial, stabilită în baza efectuării unor analize. Maturitatea industrială este etapa în care sunt evidente însușirile biologice, chimice și fizice ale sfeclei și se poate obține randament maxim. Recoltarea implică extracția din pământ, îndepărtarea capului cu Frunze și sortarea. Până la transport, sfecla se depozitează în grămezi acoperite cu frunze, ferite de soare și vânt. După recoltare sfecla poate fi transportată la bazele de recepție sau în fabrică. Transportul spre bazele de recepție sau spre fabrica prelucrătoare se face cu autocamioane, remorci sau căruțe.

1. Recepția sfeclei de zahăr

Recepția sfeclei de la cultivator are atât componentă calitativă, cât și cantitativă, și se realizează în conformitate cu prevederile din contractul de achiziție a sfeclei. Recepția cantitativă presupune cântărirea sfeclei, în vereme ce recepția calitativă prespune verificarea valorilor indicilor de calitate.

Indicii de calitate menționați ai sfeclei sunt:

Zaharoza conținută

gradul de vătămare

gradul de decoletare

conținutul de impurități.

2. Pregătirea sfeclei pentru industrializare

Pregătirea este faza inițială a procesului de prelucrare a sfeclei. Această fază asigură eliminarea tuturor impurităților minerale și organice, care pot produce fenomene microbiologice negative, cu efect direct asupra întregului proces tehnologic. Principalele operații desfășurate în această fază sunt:

descărcarea sfeclei

depozitarea sfeclei în silozurile fabricii

transportarea sfeclei din silozuri la halele de producție

îndepărtarea impurităților

spălarea și dezinfectarea sfeclei

tăierea sfeclei și obținerea tăițeilor de sfeclă.

3. Spălarea sfeclei

Prin spălarea sfeclei de zahăr se asigură îndepărtarea tuturor impurităților aderente pe suprafața sfeclei, dar și a tuturor impurităților ce nu au putut fi eliminate în fazele anterioare. Se utilizează aproximativ 40-50 de litri de apă la 100 de kilograme de sfeclă, iar durata spălării sfeclei este de 4, până la 6 minute.

Ulterior, sfecla spălată cu apă este clătită cu apă clorinată sau cu biocid cu activitate la rece. Pierderile de zahăr rezultate din operația de spălare a sfeclei sunt mici, chiar neînsemnate în cazul în care se utilizează sfeclă sănătoasă și proaspătă.

4. Tăierea sfeclei și obținerea tăițeilor

Pentru ca extragerea zahărului să se facă cât mai rapid, sfecla de zahăr se taie în tăiței, cu ajutorul unor mașini speciale dotate cu cuțite adecvate acestei operațiuni. Tăițeii de sfeclă de zahăr trebuie să aibă exact următoarele dimensiuni:

lungimea de 1 centimetru

lățimea de 3-5 millimetri

grosimea de 0,5-1,5 milimetri.

5. Cântărirea tăițeilor de sfeclă de zahăr

Înainte de a se introduce în instalația de extracție, tăițeii vor fi cântăriți cu l un cântar montat sub banda care îi transportă de la mașina de tăiat. Cântarul este unul automat, însă trebuie să fie verificat des, pentru a evita afișarea și înregistrarea eronată.

6. Extracția zahărului

Extracția zahărului din tăiței se face prin difuzie în contra-curent, astfel că mediul de extracție este apa fierbinte. În sfecla de zahăr, zaharoza este în stare dizolvată în sucul celular din vacuolele situate în mijlocul celulelor țesutului rădăcinii. Trecerea moleculelor de zahăr în mediul înconjurător este ulterior împiedicată de către acțiunea masei protoplasmatice mărginită de pelicula semipermiabilă ce înconjoară vacuola. La o temperatură de peste 70oC, pelicula este distrusă, protoplasma fiind coagulată și distrusă, sucul celular ia locul protoplasmei și ajunge în contact cu membrana permiabilă trecând în mediul înconjurător printr-un proces de difuzie. Denaturarea protoplasmei la temperatură ridicată se numește plasmoliză și are un rolimportant în procesul de extracție a zahărului.

Difuzia este operația ce asigură condițiile necesare desfășurării operațiilor din procesul de prelucrare a sfeclei, deoarece:

de cantitatea de zahăr extrasă din tăiței depinde randamentul fabricii

de puritatea zemei de difuzie depinde modul de desfășurare ulterioară a procesului tehnologic.

7. Purificarea zemei de difuzie

Zeama de difuzie este o soluție slab acidă (pH = 5,8 – 6,5), cu o puritate de 82 -88%. Culoarea zemii este brun-închis spre negru. De fapt zeama de difuzie este o soluție apoasă și impură de zahăr, care are un gust specific de produs vegetal fiert.

Din sfecla de zahăr în zeamă trec următoarele substanțe:

Zaharoza

Substanțe nezaharate organice și anorganice

Substanțe azotate neproteice

Potasiu

Acid fosforic.

Cea mai răspândită metodă de epurare a zemei este tratarea cu lapte de var, urmată apoi de precipitarea excesului de var, prin saturarea cu dioxid de carbon. Utilizarea acestei metode de epurare se explică prin costurile scăzute și eficacitatea deosebită. Zeama epurată se supune apoi operației de carbonatare. Aceasta se realizează prin utilizarea gazului de carbonatare, care conține dioxid de carbon.

8. Concentrarea, fierberea, cristalizarea, centrifugarea și condiționarea zaharozei

Concentrarea zahărului se face în două etape:

concentrarea zemei subțiri, urmată de obținerea zemei groase

ulterior are loc fierberea zemei groase până la suprasaturație.

Temperatura maximă la care este supus zahărul în procesul de prelucrare a sfeclei de zahăr apare în primul corp al instalației de concentrare, unde apar valori ale temperaturii de 116-129oC.

Fierberea zemei groase se face la o temperature de 75oC, iar după 30 minute de fierbere a zemei se vor introduce în aparatul respectiv 30-40 de grame de pudră de zahăr, pentru a mări pe cât posibil viteza de cristalizare a zaharozei. Ulterior se obțin cristalele de zahăr omogene ca dimensiune. Cristalele astfel obținute sunt separate de apa conținută prin centrifugare.

Toate operațiile anterior menționate (fierbere, cristalizare, centrifugare) se vor repeta de câte ori este necesar, până când recuperarea zahărului din siropuri devine nerentabilă, rezultând melasa, cu un conținut de aproximativ 50% zahăr necristalizabil. Zahărul evacuat din centrifugă este trimis la transportorul vibrator unde vor fi separați bulgării de zahăr, iar zahărul va fi uscat cu aer cald până la obținerea umidității standard. Zahărul uscat urmează a fi depozitat în vrac în silozuri sau ambalat în saci.

Microorganisme patogene si nepatogene

După recoltarea sfeclei de zahăr se urmărește starea fito-sanitară a acesteia, adică gradul de îmbolnăvire cu diferite boli, apărute ca urmare a condițiilor climatice din perioada sa de vegetație, de nerespectarea pe deplin a tehnologiei de întreținere a culturii de sfeclă și de neexecutarea în timp util a tratamentelor la sfeclă, dar și de gradul de atac al microorganismelor în timpul păstrării.

Încărcarea microbiană a rădăcinilor determină apariția în cadrul procesului tehnologic a numeroase fenomene de degradare microbiologică, ce au unele efecte dezastruoase pentru desfașurarea procesului de fabricație a zahărului, dar și asupra calității și randamentului zahărului.

Cercetările efectuate de către specialiștii în domeniu au dus la identificarea de numeroase microorganisme dezvoltate pe sfecla de zahăr: Penicillium expansum, Fusarium betae, Rhizopus nigricans, Cladosporium herbarium, Lexternaria tenuis nees, Aspergillius niger,

În timpul însilozării sfeclei pot avea loc următoarele tipuri de alterări ale acesteia:

putrezirea sfeclei, realizată prin acțiunea mucegaiurilor Botrytis tinerea, Rhizopus betivora, precum și speciile genurilor Fusarium, Pleospora și Phoma. La putrezire, în sfeclă se formează cantități însemnate de acid oxalic, ducând la reducerea pH-ului. Ca un rezultat specific activității mucegaiurilor, are loc reducerea cantității existente de zahăr sau invertirea acestuia, producându-se dificultăți majore la cristalizarea zaharului.

înmuierea sfeclei, are loc după ce acțiunea mucegaiurilor amintite anterior duc la încet la degradarea învelișului celulozic și la distrugerea substanțelor pectice a sfeclei. Alterarea rădăcinilor este datorată bacteriilor din genul Bacillus, Corynebacterium și Pseudomonas, ce au capacitatea de a sintetiza poliglucide din glucide. Aceste bacterii produc atât terciuirea, cât și înnegrirea sfeclei de zahăr.

Alterarea sfeclei în siloz este un efect negativ deosebit de grav, prelucrarea rădăcinilor de sfeclă făcându-se mult mai greu, scăzând totodată și conținutul de zahăr și acumulându-se compuși anorganici ce fac destul de dificilă cristalizarea.

Din siloz, sfecla de zahăr este transportată către fabricile prelucrătoare. În timpul transportului sfeclei are loc detașarea particulelor de pământ de pe sfeclă, iar prin spălare, apa utilizată pe perioada transportului se îmbogățește cu o microbiotă variată. Pe perioada transportului, rădăcinile de sfeclă difuzează în apă zahăr și absorb apă. Zahărul solubilizat astfel în apă favorizează din păcate înmulțirea microorganismelor existente deja, iar absorbția apei în rădăcini produce o contaminare suplimentară.

Pe perioada transportului, în apa de transport se întâlnesc bacterii sporulate (Bacillus subtilis și cereus), bacterii lactice (Leuconostoc, Enterobacter) și bacterii coliforme (Escherichia coli). În scopul revenirii răspândirii acestora din apa de transport, se recomandă clorinarea ei.

Sfecla de zahăr este dirijată ulterior în mașina de spălat și în mașina de făcut tăiței. Aceste utilaje se încarcă rapid cu microorganisme ce consumă substanțele nutritive din sfeclă, adaptându-se continuu și devenind din ce în ce mai rezistente la temperatură și presiune. În mașina de făcut tăiței, microorganismele existente pe suprafața de contact sau pe rădăcinilor, sunt transferate prin intermediul cuțitelor pe tăiței.

Principalul proces tehnologic în cadrul procesului de fabricație a zahărului este difuzia, realizată în difuzoare de mare capacitate, în care atât tăițeii, cât și apa circulă contracurent. În prima parte temperaturile sunt mici, cu creșteri semnificative la ieșirea zemii. Acestea stimulează activitatea microbiană, producând două tipuri distincte de contaminări.

Primul tip de contaminare este contaminarea mezofilă. Aceasta are loc în momentul în care în zeama de difuzie temperaturile ating valori de 45°C, favorizând activitatea microorganismelor mezofile și ducând la modificări fizicochimice și microbiologice. Sub acțiunea acestor microorganisme, zaharoza este metabolizată ulterior în acizi, cu eliberarea treptată de dioxid de carbon și de apă. Contaminarea mezofilă este carcaterizată de modificarea pH-ului și de creșterea vâscozității.

Bacteriile care se dezvoltă în zeama de difuzie aparțin speciilor mezofile ale genului Leuconostoc. Astfel apare Leuconostoc mesenteroides sub formă de diplococi sau lanțuri scurte de coci și în mediu de zaharoza se înconjoară cu o capsulă de dextran, producând produce creșterea vâscozitatii zemii. Totodată apare și Leuconostoc dextranicum.

În contaminarea mezofilă apar și bacteriile coliforme (E coli și Enterobacter), dar și bacteriile sporulate (Bacillus subtilis, B cereus și B pumillus). Pentru a preveni pe cât posibil efectele negative produse de contaminarea cu aceste tipuri de bacterii se utilizează adesea dezinfectanți puternici cum sunt formolul și septozolul.

Al doilea tip de contaminare, contaminarea termofilă apare în intervalul de temperaturi cuprins între 45 – 85°C, interval ce stimulează apariția bacteriilor aerobe (Bacillus sthearotbermophillus, Bacillus coagulans), a bacteriilor facultativ anaerobe (Lactobacillus thermophyllus), precum și a bacteriilor anaerobe (Closthdium nigrificans).

În cadrul contaminării termofile are loc o creștere semni8ficativă a aciditatii în zeama de difuzie, din cauza transformării zahărului în acid lactic. Astfel crește și conținutul de nitriți, cu efecte în oxidarea amoniacului și reducerea nitraților din zeama de difuzie.

Nitriții din zeamă se acumulează înainte de a se acumula acidul lactic, astfel că detectarea contaminării microbiene se face cu benzi indicatoare de nitriți. Se evită pe cât posibil nitriții deoarece aceștia se acumulează adesea în melasă, reducând calitatea acesteia.

Sub acțiunea acestor microorganisme contaminante au loc importante pierderi de zahăr, cu valori de 0,2-0,4% față de sfecla de zahăr, iar ca efect negative, acidul lactic rezultat duce la coroziunea rapidă a tuturor utilajelor cu care intră în contact zeama.

În cadrul operațiilor de purificare și de concentrare, numărul de microorganisme patogene și nepatogene se reduce substanțial, astfel că în zeama concentrată numărul lor este destul de redus, însă în această etapă sunt prezente bacteriile sporulate termorezistente.

După etapa de concentrare urmează etapele de centrifugare și de obținere a zahărului brut, prelucrat ulterior în scopul obținerii zahărului rafinat. După concentrarea și cristalizarea zaharozei din zahăr, contaminarea cristalelor de zahăr se poate produce în cadrul etapei de centrifugare prin contact cu aerul impurificat sau purificat insuficient sau prin contactul cristalelor cu banda de transportare și ambalajul protector.

Modalitati de expertizare a zahărului

La efectuarea expertizei zahărului se vor rezolva cu succes urmatoarele tipuri de probleme:

identificarea tipului de zahăr

aprecierea metodelor de falsificare a zaharului și a metodelor de depistare a falsificărilor.

Identificarea tipului de zahăr presupune determinarea tipului de zahăr obținut, pornind de la material primă utilizată si de la identificarea sortimentală a zahărului.

În primă fază are loc identificarea tipului de zahăr, astfel zahărul obținut din trestie de zahăr se deosebește de zahărul obținut din sfecla de zahăr din punct de vedere al caracteristicilor sale vizuale, astfel zahărul obținut din trestie este mai mărunt.

Într-o fază ulterioară are loc identificarea sortimentală a zahărului, astfel se observă că zahărul este fabricat în numeroase sortimente, în funcție de gradul de purificare. Gradul de purificare determină proprietățile organoleptice si fizico-chimice ale zahărului. Din acest punct de vedere zahărul poate fi zahăr rafinat sau zahăr nerafinat.

Zahărul nerafinat poate fi:

zahăr tos, având o marime a cristalelor de 0,5-2,5 milimetri

zahăr pulbere, având o marime a cristalelor de 0,5 milimetri

zahăr pudră, având o marime a cristalelor mai mica de 0,1 milimetri

Zahărul rafinat poate fi:

zahăr rafinat bucăți

zahăr tos rafinat

zahăr pudră rafinat

zahăr rafinat cristal

Zahărul rafinat se deosebește de zahărul nerafinat prin următoarele aspecte:

zahărul rafinat are o culoare mai albă, ce prezintă uneori o nuanță ușor albăstruie

zahărul rafinat are o cantitate mai mică de substante reducătoare decât zahărul nerafinat

zahărul rafinat are o cantitate mai crescută de zaharoză decât zahărul nerafinat.

La zahăr apare destul de des falsificarea sortimentală, care constă în înlocuirea zahărului rafinat cu zahăr nerafinat și zahărului pudră cu praful de zahar rezultat ca deșeu în urma cernerii zahărului. Falsificarea zahărului poate fi falsificare calitativă, falsificare cantitativă sau falsificare informațional.

În cadrul falsificării calitative a zahărului se utilizează ca metodă de expertizare examinarea organoleptică. Examinarea organoleptică a zahărului începe cu pregatirea probei pentru analiză. Probele astfel alese se păstrează pentru 6 ore în ambalajul original sau în vrac în încăperea în care urmează a se realiza analiza organoleptică. Ulterior se deschide ambalajul, se amestecă probele de zahăr luate și se trece la efectuarea analizei organoleptice. În acdrul acesteia se verifică următoarele caracteristici: aspectul zahărului în stare solidă și aspectul în soluție 10%, culoarea zahărului, precum și gustul și mirosul acestuia. Un lucru interesant este legat de aspectul zahărului în stare solidă, care se examinează prin întinderea unui strat subțire de zahăr pe o suprafață alba, urmând ca zahărul să fie apoi examinat cu ochiul liber.

În vederea depistării falsificării cantitative a zahărului se verifică prin cântărire greutatea zahărului, iar deviarea medie nu trebuie să depășească 2% din masa nominal acestuia.

În cadrul falsificării informaționale a zahărului se falsifică adesea țara de proveniență sau denumirea producătorului.

În cadrul examinării organoleptice, calitatea zahărului este dată de proprietățile psiho-senzoriale și de compoziție a acestuia. Dintre toate proprietățile zahărului, culoarea este cea mai importantă, reprezentând un criteriu important de evaluare a gradului de rafinare al zahărului și de diferențiere pe tipuri și sortimente.

Zahărul care are o culoare mai închisă, spre gălbui, conține de obicei mai multe impurități organice. Astfel, pentru aprecierea calității diferitelor sortimente de zahăr se utilizează culoarea unei soluții de zahar de 10%, care la zahărul de calitate superioară este incoloră.

Din proprietățile principale de compoziție a zahărului pentru controlul calității se folosesc următoarele:

Continutul total de apă trebuie să fie de maxim 0,1%

Continutul total de zaharoză trebuie să fie de minim 99,6%

Continutul total de substanțe reducătoare din zahăr trebuie să fie de maxim 0,07%

Continutul total de substanțe insolubile în apă trebuie să fie cuprins între 10-300 mg/kg, în funcție de sortimentul de zahăr

Continutul total de cenușă trebuie să fie foarte redus.

Zaharul este un ingredient important în diverse produse feluri de mâncare, băuturi, produse de panificație și patiserie. Acesta se adaugă la ceai, cafea sau cacao, fiind și componenta principală a bomboanelor, cremelor si inghetatei, dar si a altor produse de cofetărie. Zahărul servește ca și conservant în gemuri, jeleuri și alte produse din fructelor.

În industria chimică zahărul se folosește în diferite domenii, inclusiv în producerea de materiale plastice, produse farmaceutice, bauturi acidulate sau produse alimentare congelate.