Valorificarea Produselor Derivate din Zahar

REZUMAT

Lucrarea “Valorificarea produselor derivate din zahăr” este structurata în 5 capitole.

În primul capitol sunt prezentate materiile prime folosite pentru obținerea zahărului, caracterizând sfecla de zahăr din punct de vedere morfologic, al compoziției chimice, factorii care influențează calitatea sfeclei, dar și indicatorii de calitate ai acesteia.

Capitolul al II-lea redă tehnologia de obținere a zahărului, pornind de la tehnologia inițială de prelucrare a sfeclei de zahăr și etapele cuprinse aceasta, apoi extrația zahărului din tăieței (difuzia), purificarea zemii de difuzie, evaporarea, fierberea și cristalizarea, rafinarea zaharului. Deasemenea sunt prezentate etapele prelucrării zahărului umed, dar și valorificarea subproduselor din industria zahărului.

Capitolul al III-lea este alcătuit din produse derivare din zahăr și sunt prezentate materiile prime și auxiliare utilizate, tehnologia de obținere a produselor pe bază de masă de caramel și tehnologia fabricării caramelelor.

În cel de-al IV-lea capitol sunt caracterizați înlocuitorii zahărului (îndulcitori artificiali). Acest capitol cuprinde clasificarea îndulcitoriilor și reprezentanți ai acestora cu putere mare de îndulcire și poliolii.

Capitolul V reprezintă partea de calcul tehnologic, ce cuprinde bilanțul de materiale în fabricarea zahărului, dar și cel din obținerea caramelelor.

Capitolul al VI-lea este alcătuit din concluziile acestei lucrări.

CUPRINS

INTRODUCERE

Zahărul este un aliment obținut din sfecla de zahăr sau din trestia de zahăr, cu un conținut mare de zaharoză (un dizaharid solid, alb, cristalin), care îi conferă un gust dulce pronunțat. Este folosit în alimentație pentru a îndulci mâncărurile și băuturile, dar și drept conservant. Se digeră repede, constituind o sursă rapidă de glucoză, un monozaharid care este folosit în celulele biologice pentru producerea de energie.

Zahărul joacă un rol important în dieta omului, fiind bine reprezentat în majoritatea alimentelor și contribuie într-o măsură mare la aportul total de nutrienți, cel puțin în țările dezvoltate. Interesul pentru înlocuirea în totalitate sau în parte a zahărului din alimente fără a modifica gustul acestora a apărut în primul rând ca urmare a necesității reducerii conținutului de zahăr din alimentele componente ale dietei persoanelor diabetice care reprezintă la ora actuală mai mult de 2% din populația globului. O altă motivație a constituit-o creșterea alarmantă a numărului de persoane suferinde de obezitate, cauzată de consumul alimentelor cu conținut ridicat de calorii, afecțiune însoțită de un întreg cortegiu de tulburări ale sănătății consumatorului [1].

Există două tipuri de zahăr: zahărul brut, nerafinat, care, pe lângă zaharoză, mai păstrează și urme din alte substanțe naturale provenite din planta de extracție, și zahărul alb rafinat, care conține exclusiv zaharoză, toate celelalte substanțe fiind înlăturate prin procedee chimice. Zahărul comercializat sub denumirea de zahăr brun poate fi zahăr brut, nerafinat, sau zahăr alb rafinat, care a fost colorat după rafinare cu melasă sau caramel.

În țările cu climă temperată, zahărul se obține din sfecla de zahăr, iar în țările cu climă caldă (tropicală, subtropicală și ecuatorială) – din trestia de zahăr. Țările cu producțiile cele mai mari de zahăr sunt Brazilia , India și China. Dintre țările europene, producătoare mai importante sunt Franța, Germania și Polonia.

Îndulcitorii artificiali sunt substanțe care adăugate în alimente conferă acestora gustul dulce fără a le crește substanțial valoarea energetică. Dincolo de intensitatea gustului dulce, alte caracteristici ale substanțelor folosite ca îndulcitori, cum sunt relația timp-intensitate, senzația de după gustul inițial (amar, metalic, acru, etc.), existența unor arome specifice, senzația de plenitudine etc, sunt esențiale în definirea unui îndulcitor. Apariția gustului dulce și modificarea acestuia în timp este foarte importantă în aprecierea calității unui îndulcitor. Pe de altă parte, prelungirea senzației de dulce peste anumite limite de timp este un fenomen nedorit și afectează negativ calitatea îndulcitorului. În evaluarea calității unui îndulcitor, proprietățile acestora sunt comparate cu ale zahărului care este unitatea etalon.

Deși utili din punctul de vedere al reducerii valorii energetice, aceste substanțe nu pot substitui întotdeauna zahărul din alimente deoarece aceștia nu sunt carbohidrați și ca urmare au proprietăți diferite. Zahărul are o mare influență asupra texturii alimentelor în care se adaugă (produse de patiserie, glazuri, etc.); prin creșterea presiunii osmotice și reducerea apei disponibile din aliment zahărul exercită o acțiune conservantă (gemuri, siropuri, etc.); în procesele fermentative zahărul reprezintă substratul fermentativ (unele băuturi răcoritoare etc.), în produsele înghețate zahărul, prin reducerea cantității de apă controlează dimensiunea cristalelor de zahăr și indirect textura alimentelor.

În anul 2014, un român consuma în medie 30 kg de zahăr anual, față de circa 16 kg cât consuma în medie un european.

Scopul lucrării este realizarea bilanțului de materiale pentru fluxul tehnologic de obținere a zahărului și a produselor derivate din zahăr, caramelele.

I. DATE DE LITERATURĂ

CAPITOLUL I

MATERII PRIME PENTRU OBȚINEREA ZAHÃRULUI

Materiile prime pentru fabricarea zahãrului sunt reprezentate de sfecla de zahãr și trestia de zahãr. Fabricile de zahãr din Europa nu lucreazã cu trestie de zahãr, ci cu zahãrul brun din trestie important din țãrile producãtoare de zahãr din trestie cum ar fi Cuba, Brazilia etc.

1.1. Sfecla de zahãr

Sfecla de zahãr -Beta vulgaris saccharifera- este o plantã ierbaceae aparținând familiei Chenopodiaceae. Se utilizeazã sfecla din primul an de vegetație când se formeazã rãdãcina și frunzele. (în al doilea an de vegetație are loc fecundarea și formarea seminței, planta devenind .semincer. adicã producãtoare de sãmânțã) [1].

1.1.1. Structura morfologicã a sfeclei de zahãr

Rãdãcina sfeclei de zahãr este formatã din:

– cap sau epicotil . porțiune care poartã și frunzele;

– gât sau cotlet, respectiv hipocotil;

– corpul rãdãcinii sau rizocorp;

– codițã terminalã cu rãdãcinile derivate din aceasta.

1.1.2. Compoziția chimicã a sfeclei

Sfecla de zahãr, maturã, sãnãtoasã, cu o masã de 300-1000 g și chiar mai mult, conține apã, zaharozã, substanțe pectice (protopectinã), celulozã și hemicelulozã, subatanțe proteice, substanțe neproteice cu azot și fãrã azot și cenușã (substanțe minerale).

1.1.3. Factorii care influențeazã calitatea sfeclei

Acești factori sunt reprezentați de:

a) Factorii genetici care determinã forma și dimensiunea corpului rãdãcinii, gradul de ramificare a rãdãcinii, masa corpului rãdãcinii. În categoria factorilor genetici intrã calitatea seminței, caracteristicile soiului sau hibridului de sfeclã cultivatã.

b) Factorii pedoclimatici care sunt determinați de caracteristicile soiului și particularitãțile climei din aria de cultivare. Acești factori determinã producția de sfeclã și starea ei de sãnãtate.

c) Factorii fitotehnici, respectiv tehnologia de cultivare și întreținere a culturii. Acești factori determinã, deasemenea, producția de sfeclã și starea de sãnãtate a acesteia.

d) Factorii care se referã la modul de recoltare ce determinã:

– gradul de rãnire mecanicã a sfeclei;

– conținutul de impuritãți de pe sfeclã care la rândul sãu este dependent de starea vremii de recoltare și modul de recoltare.

e) Condițiile de depozitare ce influențeazã:

– starea de vestejire a sfeclei;

-gradul de alterare, sub acțiunea microorganismelor sau a altor factori cum ar fi înghețul/desghețul;

– gradul de degradare ca o consecințã a unei depozitãri îndelungate.

Durata de depozitare a sfeclei va fi influențatã de modul cum a fost recoltatã sfecla și cantitatea de impuritãți din sfeclã.

Din punct de vedere tehnologic intereseazã în principal urmãtoarele caracteristici:

Conținutul de zahãr exprimat în procente din greutatea sfeclei, conținut dependent de:

perioada în care se face recoltarea;

regimul de fertilizare aplicat soiului;

agrotehnica aplicatã la semãnarea, întreținerea, recoltarea, condițiile de manipulare și depozitare de la recoltare pânã la prelucrare.

Puritatea sucului intracelular exprimat în procente de zahãr raportat la substanța uscatã a sucului. Coeficientul de puritate al sucului este influențat de aceiași factori care determinã conținutul de zahãr, determinant fiind însã soiul de sfeclã. Coeficientul de puritate este de:

86-88% pentru sfecla de bunã calitate;

83-85% pewntru sfecla de calitate mijlocie;

81-83% pentru sfecla de calitate mediocrã.

Conținutul de marc (pulpã al sfeclei).

Rezistența la tãiere a sfeclei.

Elasticitatea tãiețeilor de sfeclã.

Compoziția cantitativã și calitativã a nezahãrului din sucul de sfeclã, ce va fi influențat de:

soiul de sfeclã;

condițiile pedoclimatice în care crește sfecla;

modul de fertilizare a solului;

perioada de recoltare.

1.1.4. Indicatorii de calitate ai sfeclei de zahãr

Acești indicatori se impart în douã categorii: indicatori ai aspectului exterior; indicatori de calitate tehnologicã.

A. Indicatorii aspectului exterior

a) Indicatorul coletului:

b) Indicatorul de formã:

c) Indicatorul de diametru:

B. Indicatori de calitate tehnologicã a sfeclei

a) Conținutul în zahãr al sfeclei, determinat polarimetric, și exprimat în kg/100 kg sfeclã.

b) Puritatea sucului celular, calculat ca procent de zahãr fațã de substanța uscatã a sucului celular.

c) Conținutul de marc (pulpã) al sfeclei, care reprezintã, conținutul de substanțã insolubilã în apã și exprimatã în kg/100 kg sfeclã.

d) Conținutul de substanțã reducãtoare, exprimat în kg/100 kg sfeclã.

e) Conținutul de rafinozã din sfeclã, exprimat în kg/100 kg sfeclã.

f) Factorul Mz, care exprimã kg de melasã, tip 50, ce se obține la 100 kg zahãr cristal.

g) Randamentul teoretic de zahãr cristal, care va depinde de zahãrul rãmas în melasã și conținutul de zahãr din sfeclã.

1.2. Trestia de zahăr

Trestia de zahăr (Saccharum officinarum) este plantă din familia der Poaceae, subfamilia Panicoideae care cuprinde 3270 de specii.

Ca aspect planta seamănă cu bambusul sau cu porumbul. Tulpina poate atinge o grosime de 5 cm și o înălțime de 4 metri.

În prezent trestia de zahăr este produsă pe tot globul, ea reprezentând 55 % din producția de zahăr din lume. Principalii producători din anul 2005 fiind:

Brazilia (420.121)

India (232.320)

China (92.130)

Thailanda (49.572)

Pakistan (47.244)

Mexic (45.127)[1]

CAPITOLUL II

TEHNOLOGIA DE OBȚINERE A ZAHĂRULUI

2.1. Tehnologia de prelucrare inițialã a sfeclei

Tehnologia de prelucrare inițialã a sfeclei [2] cuprinde operațiile prezentate în figura 2.1.

Figura 2.1. Schema tehnologicăde prelucrare inițială a sfeclei

2.1.1. Recoltarea sfeclei

Recoltarea sfeclei se face când aceasta a ajuns la maturitatea industrialã stabilitã pe baza analizelor de laborator. Maturitatea industrialã a sfeclei, reprezintã acea etapã a sfeclei în care sunt evidente însușirile biologice, chimice și fizice și când se obține un randament maxim de zahãr. Recoltarea este în funcție de zona de cultivare a sfeclei, respectivzone calde (recoltare în septembrie) și zone mai reci (recoltare în octombrie) [3].

Recoltarea implicã:

-extracția sfeclei din pãmânt, care se executã mecanizat cu ajutorul dislocatoarelor;

– decolectarea, respectiv îndepãrtarea capului cu frunze, operația putându-se executa manual, sau mecanic;

– sortarea în funcție de masa și starea sfeclei, în care caz se obține:

sfecla categoria I, cu M > 300 g, nerãnitã și sãnãtoasã;

sfeclã categoria II, cu M < 300 g rãnitã;

sfeclã categoria III, cu M <100 g, vestejitã, atinsã de boli sau ger, cu scorburi umede la colet. Aceastã sfeclã se folosește ca furaj.

Pânã la transport în bazele de recepție sau fabrici, sfecla se ține în grãmezi, acoperite cu frunze, pentru a o feri de soare și vânt, respectiv pentru evitarea pierderii de apã prin evaporare.

2.1.2. Transportul sfeclei

Sfecla din câmp, poate fi transportatã la bazele de recepție sau direct în fabrica de prelucrare. Transportul sfeclei din câmp, la bazele de recepție sau fabricã se face cu autocamioane, remorci tractate, cãruțe. Încãrcarea mijloacelor de transport se face manual/mecanizat, avându-se grijã sã nu se rãneascã sfecla. Din bazele de recepție, sfecla se transportã cu autocamioane, remorci sau cu trenul, dacã baza de recepție este amplasatã în imediata apropiere a unei linii CFR.

2.1.3. Operații în baza de recepție

Dacã sfecla este transportatã la o bazã de recepție [4], aici se executã:

Recepția calitativã/cantitativã. La recepția calitativã se determinã impuritãțile, modul de decoletare. Plata se face dupã masa obținutã în urma aplicãrii eventualelor scãzãminte (în cazul în care impuritãțile depãșesc valoarea normalã).

Formarea silozurilor de sfeclã, pe platforme betonate, silozurile având secțiune trapeizoidalã sau triunghiularã. Pe mãsurã ce se depoziteazã, sfecla se stropește cu lapte de var, iar dupã terminarea așezãrii, silozurile se acoperã cu rogojini, panouri de stufit, folii de polietilenã sau pãmânt. Pentru aerisirea silozurilor de sfeclã se practicã ventilația, naturalã sau artificialã, în vederea diminuãrii pierderilor de zahãr.

a) Transformãri biochimice și microbiologice

În timpul depozitãrii sfeclei, au loc:

pierderi de masã prin transpirație;

pierderi de zahãr prin respirație, conform reacțiilor:

La respirație, se pierde 0,01-0,04% zahãr/zi. Factorii care influențeazã respirația sunt: temperatura, umiditatea sfeclei, durata staționãrii sfeclei în câmp și silozuri;

pierderi de zahãr prin fermentație. Fermentația are loc la aerare insuficientã sau totalã a sfeclei depozitate:

Alte modificãri, care au loc la depozitarea sfeclei, sunt urmãtoarele:

încolțirea sfeclei. care are loc atunci când s-a însilozat sfeclã neajunsã la maturitate, sau când decoletarea s-a fãcut necorespunzãtor. Încolțirea este influențatã de: temperaturã mai ridicatã; umiditate relativã mai mare; prezența impuritãților;

degradarea proteinelor care are loc sub influența enzimelor proteolitice proprii sfeclei și a celor secretate de microorganisme. Proteoliza conduce la creșterea conținutului de aminoacizi liberi, care trec în zeama de difuzie, mãrind în acest fel cantitatea de azot „vãtãmãtor”. Proteoliza este mai intensã în sfecla care a suferit îngheț/desgheț;

degraderea microbianã a sfeclei produsã de bacteria și mucegaiuri mai ales, în cazul sfeclei rãnitã, bolnavã, înghețatã/desghețatã. Bacteriile periculoase sunt: Bacteruim betae, vâscosum, betaflavum. Mucegaiurile mai des întãlnite sunt: Botrytis cinerea și Foma betae.

b) Controlul depozitãrii sfeclei de zahãr

La depozitarea sfeclei, trebuie sã se întreprindã urmãtoarele mãsuri:

controlul zilnic al temperaturii sfeclei din siloz, temperaturã care trebuie menținutã cât mai constant;

depistarea eventualelor focare de infecție (fermentație), în care caz se desface silozul și sfecla se expediazã la fabricã.

c) Mãsuri pentru reducerea pierderilor de zahãr la depozitare

În scopul reducerii pierderilor de zahãr, la depozitate, trebuie luate urmãtoarele mãsuri:

– scurtarea duratei de depozitare sau evitarea depozitãrii prin aducerea sfeclei din câmp, direct la fabricã;

– scurtarea duratei de procesare a sfeclei în fabricã, la mai puțin de 100 zlie, ceea ce necesitã fabrici cu capacitate corespunzãtoare producției de sfeclã din zona decultivare;

– raza de recoltare a sfeclei, sã nu depãșeascã 20 km, în vederea reducerii distanțelor de transport, respectiv a cheltuielilor.

2.1.4. Tãierea sfeclei de zahãr

Scopul tãierii este acela de a mãri suprafața de contact a apei cu tãiețeii de sfeclã [5], ceea ce conduce la:

– mãrirea cantitãții de zahãr ce se extrage din tãieței;

– micșorarea timpului de extracție.

Cea mai frecventã formã de tãiere, este în V, deoarece prezintã:

– rezistențã mare de tasare;

– rezistențã micã la circulația zemii;

– suprafațã mare de contact cu apa de difuzie.

Indicatorii de calitate a tãiețeilor sunt urmãtorii:

Cifra SILIN, care reprezintã, lungimea în metri a 100 g tãieței din care s-au îndepãrtat cei cu lungime < 0,5 cm. Se considerã cã, lungimea totalã cea mai indicatã, este de 22-25 m, pentru instalația clasicã de difuziune, și 9-15 m, pentru instalația de difuziune cu funcționare continuã.

Cifra SUEDEZÃ, care reprezintã, raportul între masa tãiețeilor cu lungime >5cm și masa tãiețeilor mai scurți de 1 cm. Valoarea normalã a cifrei suedeze este de ~ 20.

Procentul de sfãrâmãturi, care reprezintã porțiunile de tãieței ce se îndepãrteazã din 100 g de tãieței, la determinarea cifrei SILIN. Procentul de sfãrâmãturi nu trebuie sã fie mai mare de 2%.

Mașinile de tãiat sfecla, pot fi:

Mașina cu disc

Mașina centrifugalã

2.2. Extracția zahãrului din tãieței (difuzia)

2.2.1. Considerații generale

Extracția zahãrului din tãieții de sfeclã [6], are loc prin procesul de difuzie, cu apã (figura 2.2). La bazã, stau legile generale ale osmozei, și anume: când douã faze diferite A și B, dar solubile una în alta, sunt despãrțite printr-un perete impermeabil se observã cã dizolvantul (în cazul nostru apa), va strãbate prin perete (membranã), împrãștiindu-se în soluția concentratã, iar moleculele soluției concentrate, se vor deplasa prin peretele permeabil împrãștiindu-se în dizolvant (apa de difuzie).

Deplasarea moleculelor are loc, pânã când, de ambele pãrți ale peretelui despãrțitor se stabilește o concentrație constantã, difuzia încetând în acest caz. Pentru a se realiza procesul de difuzie (extracția zahãrului), respectiv, a sucului celular din tãieței, este necesar, sã se realizeze plasmoliza celulei, care sã favorizeze difuzia.

Plasmoliza, se realizeazã prin încãlzirea tãiețeilor aflați în apa de difuzie, și constã, în denaturarea protoplasmei și retragerea ei spre central celulei, concomitant cu distrugerea membrane ectoplasmatice, în timp ce sucul celular este împins spre periferia celulei.

Figura 2.2. Schema de extracție zahãrului din tãieții de sfeclã

2.2.2. Ecuația operației de difuzie

Pentru difuzia zahãrului din tãiețeii de sfeclã, SILIN a stabilit ecuația dupã care se realizeazã difuzia [7]:

în care: G -cantitatea de zahãr care difuzeazã, kg;

S-suprafața prin care se deplaseazã reciproc fazele, m2;

C-concentrația medie a zahãrului din tãiețeii de sfeclã supuși difuziei, kg sunbstanță/m3 produs

c –concentrația medie a zahãrului în zeama de difuzie,

x-drumul strãbãtut de moleculele ce difuzeazã, m;

D-coeficientul de difuzie, m2/h sau m2/s

Coeficientul de difuzie, depinde de proprietãțile fazelor ce se aflã în difuzie, precum și de natura peretelui prin care se realizeazã difuzia. Coeficientul de difuzie este dat de relația:

în care: k0 -o constantã ce depinde de mãrimea și proprietãțile fizico-chimice ale substanței ce difuzeazã;

Tm -temperatura în partea activã a aparatului în care se realizeazã difuzia,oC;

ƞ-vâscozitatea dinamicã a zemii de difuzie, în N*S/m2

2.2.3. Metode de realizare a difuziei

Difuzia se poate realize prin douã metode [8]:

– difuzia prin spãlarea materialului cu apa curatã, care are dezavantajul unei durate mari și consumului mare de apã. Metoda se aplicã în cazul difuzoarelor cu funcționare discontinuã

– difuzia în contracurent, în care caz, materialul bogat în zaharozã intrã printr-un capat al aparatului și iese epuizat pe la celãlalt capãt, în sens contrar circulației apei.

Difuzia în contracurent prezintã urmãtoarele avantajoase:

– se folosește o cantitate mai micã de apã, aproximativ egalã cu cantitatea de tãieței de sfeclã supuși extracției;

– concentrația zemii de difuzie care se obține face posibilã obținerea zahãrului fãrã un consum prea mare de cãldurã în stația de evaporație.

2.2.4. Factorii care influențeazã procesul de difuzie

Acești factori se referã la [9]:

1) Calitatea materiei prime

Difuzia este mai bunã în cazul tãiețeilor din sfeclã proaspãtã, neînghețatã/desghețatã, fãrã structurã lemnoasã, neatacatã de microoganisme și ajunsã la maturitate tehnologicã.

Sfecla vestejitã/lemnoasã, conduce la sfãrâmãturi și tãieței de formã necorespunzãtoare la tãiere.

La sfecla nematuratã, zaharoza are un coeficient de difuzie mai redus, ceea ce mãrește durata de extracție.

Sfecla atacatã de microorganisme, conduce la apariția de focare de infecție în instalația de difuzie și deci la pierderi de zaharozã.

2) Calitatea tãiețeilor

Tãiețeii trebuie sã asigure o suprafațã mare de contact cu zeama de difuzie, deci, ei trebuie sã fie lungi, subțiri, dar rezistenți la rupere și tasare pentru a nu se împiedica circulația zemii de difuzie.

3) Calitatea apei la difuzie

Apa utilizatã la difuzie, provine din condensul de la stația de evaporare (pH alcalin), condensatorul barometric (pH alcalin), de la presa de borhot. Apele cu caracter alcalin se trateazã cu SO2 sau H2SO4 pânã la pH de 5,8-6,3. La acest pH, din sfeclã se extrag mai puține substanțe pectice care mãresc vãscozitatea zemii de difuzie, ceea ce îngreuneazã procesul de purificare și filtrare a zemurilor și la creșterea de zahãr în melasã.

Apa de presare borhot, pentru a fi refolositã se separã de pulpã și apoi se încãlzește la 100oC pentru sterilizare. Pentru difuzie se folosește și apa proaspãtã.

4) Temperatura de difuzie

Temperatura de difuzie, este importantã pentru realizarea plasmolizei celulelor tãiețeilor și creșterea difuziei zahãrului. La temperaturã ridicatã se realizeazã pasteurizarea/sterilizarea zemii de difuzie. Temperatura normalã într-o instalație de difuzie este 70-74oC, dar plasmoliza se realizeazã complet la 80oC. Temperaturi > 74oC, favorizeazã trecerea substanțelor pectice în zeama de difuzie, înmuierea și tasarea tãiețeilor, ceea ce conduce la încetinirea circulației zemii.

5) Durata de difuzie

Durata de difuzie este de 60.100 min. La depãșirea duratei, crește cantitatea de nezahãr în zeama, ceea ce creeazã neajunsuri la purificare.

Sutirajul Reprezintã cantitatea de zeamã de difuzie ce se extrage în instalați, în raport cu greutatea sfeclei. Sutirajul este de 105.130 %. La depãșirea sutirajului, zeama este prea diluatã și deci se consumã multã energie la concentrare.

Sutirajul este dat de relația:

în care P-este zahãrul de tãieței, % ;

a-pierderi;

p-cantitatea de zahãr din zeamã.

6) Încãrcarea specificã a aparatului de difuzie

Reprezintã cantitatea de tãieței/1 hL volum util aparat. Încãrcarea specificã de 60-70 kg/hL. La depãșirea încãrcãrii specifice, scade viteza de circulație a zemii. La o încãrcare mai micã apar drumuri preferențiale pentru zeamã în masa de tãieței, deci nu toți tãiețeii ajung în contact cu zeama de difuzie.

7) Prezența microorganismelor

Datoritã prezenței microorganismelor, pot apare pierderi de zahãr de 0,1-0,2 %, fațã de sfeclã. Microorganismele ajung în instalația de difuzie pe urmãtoarele cãi:

-odatã cu sfecla;

– odatã cu apa de transport, spãlare, difuzie;

-odatã cu resturile de tãieței care rãmân pe transportoare, jghiaburi etc.

Infecția cu microorganism se poate combate pe urmãtoarele cãi:

-menținerea igienei în secție;

– tratarea apei de transportprin clorinare;

– dezinfectarea apei de difuzie;

– menținerea temperaturii de difuzie la > 60oC;

– dezinfectarea instalației de difuzie odatã pe schimb cu formol 35%.

Instalații de difuzie

Frecvent, se folosesc urmãtoarele instalații de difuzie:

– RT cu funcționare continuã;

– BMA cu funcționare continuã;

– DDS cu funcționare continuã.

2.2.5. Presarea și uscarea borhotului

De la difuzie rezultã: zeama de difuzie și borhotul. Borhotul reprezintã 90% din sfecla la difuzia discontinuã și 70-80% la difuzia continuã. Borhotul este format din:

apã 92,5-94%;

substanțã uscatã 6-7,5% din care:

0,5% substanțe proteice;

1,3% celuloza;

2,7% substanțe pectice și arabani;

0,2% zaharuri;

0,3% sãruri minerale.

Pentru a mãri conservabilitatea borhotului acesta se supune în primã fazã presãrii, astfel încât conținutul de substanțã uscatã ajunge la 16-20%. Presarea se face cu prese vertical sau orizontale, mai utilizatã fiind presa orizontalã.

Presarea borhotului este influențatã de:

turația axului presei care la rândul ei influențeazã capacitatea presei și conținutul de substanțã uscatã din borhot;

suprafațã liberã de presare care determinã: viteza de eliminare a apei. Suprafața liberã a presei este dependent de numãrul orificiilor și dimensiunile acestora din sita cilindricã a presei;

calitatea sfeclei folositã la formarea tãiețeiilor. Tãiețeii din sfecla imaturã se preseazã mai greu dupã epuizarea acestora la difuzie, datoritã faptul cã fibrozitatea este mai redusã. De asemenea tãiețeii respectivi conțin și o cantitate mai mare de substanțe pectice care rețin apã.

condițiile de lucru influențeazã presarea prin:

pH-ul la difuzie: un pH mai mare sau mai mic solubilizeazã excesiv substanțele pectice și deci se produce înmuierea tãiețeiilor;

temperatura de difuzie < 40oC conduce la întãrirea tãiețeiilor iar prea mare conduce la destrãmarea lor. Și într-un caz și altul presarea este mai dificilã.

O conservabilitate și mai mare a borhotului este realizatã prin uscare, deoarece conținutul de apã ajunge la 10-12%, iar substanța uscatã la 88-90%. Operația de uscare a borhotului este însã nerentabilã economic datoritã consumului mare de cãldurã [10].

2.3. Purificarea zemii de difuzie

Dupã separarea zemii de difuzie de borhot, zeama de difuzie reprezintã o soluție slab acidã (pH = 5,8-6,5), cu o puritate de 82-88%, și având un Brix de 13-15%. Culoarea zemii este brun-închisã spre negru, spumeazã și are în suspensie pulpã finã de sfeclã și impuritãți minerale.

2.3.1. Compoziția chimicã a zemii de difuzie

Zeama de difuzie, are o cantitate de substanțã uscatã (nezaharoasã) de 1,5-2,5% care este denumitã nezahãr. Acest nezahãr, care nu este dorit în zeama de difuzie, este format din:

Substanțe anorganice: sãrurile de sodiu și potasiu ale acizilor fosforic și sulfuric. La purificare aceste sãruri trec sub formã de hidroxizi sau carbonați care dau alcalinitatea naturalã a zemii;

Substanțele organice solubile, fãrã azot (reprezentate de acizi organici: citric, lactic, oxalic, malic, acetic, butiric), zahãrul invertit care provine din zaharozã și rafinozã care se gãsesc în cantitãți mici;

Substanțe organice coloidale, fãrã azot; sunt reprezentate de substanțele pectice (0,1-0,2%)care ajung în zeama de difuzie prin hidroliza protopectinei insolubile. Cantitatea de substanțe pectice care trece în zeama de difuzie depinde de:

– calitatea sfeclei: o sfeclã imaturã conduce la o zeamã cu o cantitate mai mare de substanțe pectice;

– pH-ul zemii: la pH = 6,7 are loc o trecere redusã a substanțelor pectice în zeamã, iar la 7,0 cantitatea se dubleazã;

– temperatura: la temperaturã mai ridicatã crește cantitatea de substanțe pectice în zeamã;

– durata difuziei: la o duratã mai mare de difuzie crește cantitatea de substanțe pectice din zeamã.

Substanțele pectice din zeama de difuzie conduc la:

– creșterea vâscozitãții cu formare de compuși gelatinoși cu CaO sub formã de lapte de var Ca(OH)2;

– greutãți în ceea ce privește filtrarea zemii de difuzie.

Substanțele organice cu azot sunt reprezentate de :

– aminoacizi: aspartic, glutamic, alanina, izoleucina, glicocolul, tirozina. Prezența aminoacizilor liberi are urmãtoarele consecințe negative: participã la reacții de îmbrunare neenzimaticã cu zaharurile reducãtoare, contribuind la închiderea culorii zemii; tirozina sub acțiunea tirozinazei formeazã melanine care intensificã culoarea zemii; formeazã cu CaO sãruri solubile care devin insolubile la evaporație formând cruste ce se depun pe

țevi.

– amidele aminoacizilor care se descompun în prezența CaO cu formare de amoniac (NH3);

– baze organice: betaina, colina, care ajung în melasã antrenând și zahãrul.

Substanțe organice coloidale cu azot (albumine și peptone) la 70oC coaguleazã și nu trec în soluție decât în cantitãți mici care reacționeazã cu CaO și sunt eliminate la purificare.

2.3.2. Necesitatea purificãrii zemii de purificare

Pentru a obține zahãr prin fierbere-cristalizare zeama trebuie purificatã din urmãtoarele motive:

trebuie eliminate particulele în suspensie și proteinele coagulate, deoarece acestea produc greutãți la filtrare;

zeama are reacție acidã, adicã un pH = 5,8-6,5 (corespunzãtor la 0,04% CaO). La asemenea pH zaharoza se invertește, zahãrul invertit fiind melasigen și antreneazã în melasã o cantitate suplimentarã de zahãr;

zeama de difuzie are culoare închisã care s-ar transmite și cristalelor de zahãr;

zeama conține saponine care produc spumã și creeazã dificultãți la evaporare, fierbere și cristalizarea zahãrului;

unele impuritãți coloidale dau soluții vâscoase care creeazã greutãți la fierbere și cristalizare.

2.3.3. Operațiile procesului de difuzie

Zeama de difuzie se supune procesului de purificare care constã din urmãtoarele operații (fig. 2.3.).

Predefecarea are drept scop înlãturarea coloizilor din zeama de difuzie prin adãugarea a 0,15-0,35% CaO sub formã de lapte de var, astfel ca pH-ul zemii devine 10,8-11,2 la 20oC. La predefecare nu se înlãturã pectinele prin coagulare care au sarcinã pozitivã. O parte însã din pectine și saponine se înlãturã prin adsorbție pe CaO coloidal din soluție sau pe cristalele de CaCO3 introduse la predefecare prin reluarea unei pãrți din precipitatul concentrat de la saturația I.

Figura 2.3. Procedeul de purificare al zemii de difuzie

Cantitatea de precipitat coloidal format la predefecare reprezintã 0,5-1% din cantitatea de zeamã [11].

Sistemele de predefecare sunt:

– optimã sau simplã (Spengler, Bötger);

– cu adaus progresiv de var (Kartasov, Dedek, Vasatko);

– progresivã cu tratarea zemii de difuzie cu zeamã predefecatã (Briegell . Müller, Naveau).

Defecarea este operația care are drept scop:

precipitarea compușilor din zeama de difuzie care reacționeazã cu ionii de Ca2+ și OHˉ.

crearea de condiții, astfel încât, la carbonatare, sã se formeze o masã adsorbantã de cristale și o masã de precipitat, care ajutã la filtrarea zemii carbonatate;

sterilizarea zemii prin acțiunea Ca(OH)2 asupra microorganismelor.

La defecare au loc urmãtoarele reacții mai importante:

– nezahãrurile anorganice, sunt precipitate de sulfați (sulfat de calciu);

– acizii organici liberi, sunt precipitați sub formã de sãruri de calciu;

– sãrurile acizilor organici cu potasiu și sodiu sunt descompuse cu formare de baze (KOH, NaOH);

– Ca(OH)2 provoacã descompunerea aminelor (asparagina, glutamina), a substanțelor pectice și proteice.

Aparatele pentru predefecare pot fi:

– aparate de predefecare la cald cu temperatura de lucru de 85oC și turația agitatorului de 30-40 rot/min;

– aparate de defecare la rece (defecatorul DDS), care este de formã cilindricã cu D > H, prevãzut cu agitator cu palete (cu 1 turã/minut), care lucreazã la 40oC.

Saturația I are drept scop formarea de precipitat cu excesul de lapte de var sau laptele de var slab legat sub formã de zaharați mono- și dicalcici. La saturația I, intrã zeama defecatã cu alcalinitate 1,5-2% CaO și temperatura de 85-90oC, care este tratatã cu gaz de saturație ce provine de la cuptorul de var (conține 26-34% CO2). Saturația I, are loc în saturatoare pânã la o alcalinitate de 0,06-0,1% CaO, adicã pânã la pH = 10,8-11,2.

La saturația I au loc urmãtoarele reacții:

CO2+H2OH2CO3

CaO+H2OCa(OH)2

Ca(OH)2+H2CO3=CaCO3+2H2O

De remarcat, cã în zeama defecatã CaO se aflã sub formã de suspensie în proporție de 90% și 10% sub formã de hidroxid de calciu; pentru a se forma CaCO3 tot oxidul de calciu trebuie sã se gãseascã ca Ca(OH)2 .

Saturația I are loc în urmãtoarele condiții:

– temperatura zemii de defecație 85 . 90oC;

– concentrația CO2 în gazul de saturație este de 26 . 34%;

– durata operației este de aproximativ 8 minute;

– pH-ul final al zemii este de 10,8 . 11,2 (același ca la predefecare).

Saturația I poate fi realizatã discontinuu și continuu.

Saturația I discontinuã prezintã urmãtoarele avantaje:

– saturația se poate controla foarte bine;

– obținerea de gel intermediar favorizeazã absorbția nezahãrului pe cristalele de CaCO3;

– cristalele de CaCO3 fiind foarte mici, se favorizeazã purificarea.

Dezavantajele saturației I discontinui se referã la:

– cristalele mici de CaCO3 produc greutãți de filtrare, viteza de sedimentare fiind micã. Nu se pot folosi utilaje cu funcționare continuã pentru separarea cristalelor de CaCO3 cu materialul adsorbit la suprafața lor;

– se produce spumã;

– necesitã mai multe saturatoare (4 saturatoare), ceea ce ridicã costul investiției.

Saturația I continuã prezintã urmãtoarele avantaje:

– se obțin cristale mari de CaCO3 datoritã alcalinitãții mai mici a zemii proaspete, ceea ce conduce la o filtrare mai ușoarã a suspensiei de precipitat care are și o vitezã de sedimentare mai ridicatã;

– se poate realiza recircularea zemii în aparat ceea ce conduce la creșterea cristalelor de CaCO3;

– instalația este mai ieftinã fiind nevoie de un singur saturator.

Dezavantajele se referã la:

– nu se poate menține constant pH-ul, datoritã greutãților în reglarea tratãrii zemii cu CO2;

– este posibil ca nu toatã zeama sã fie tratatã uniform cu CO2;

– suprafața de adsorbție a cristalelor mari este mai micã decât a cristalelor mici, deci purificarea este mai puțin eficientã.

Saturația a II-a are drept scop de a precipita excesul de var cu CO2 și de a scãdea la minimum cantitatea de sãruri de calciu, conținutã de zeama subțire. La saturația a II-a trebuie evitatã redizolvarea nezahãrului. Tratarea cu CO2 se face pânã la pH = 8,2-8,8 și 100-150 mg CaO/L.

Reacțiile care au loc la saturația a II-a, sunt urmãtoarele:

Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O

2KOH+CO2=K2CO3+H2O

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

Ca(R-COO)2+K2CO3CaCO3+2R-COOK

În caz de suprasaturare, cu CO2, are loc transformarea carbonaților în bicarbonați, fapt nedorit, deoarece, bicarbonații produc incrustații pe țevile fierbãtoarelor.

Saturația a II-a este bine condusã dacã:

– alcalinitatea zemii ajunge la 100-150 mg CaO/L, adicã pH =8,2-8,8;

– KOH și NaOH se transformã complet în K2CO3 și Na2CO3;

– operația se desfãșoarã la 100oC și fãrã exces de CO2 pentru a nu se forma bicarbonați solubili.

Saturația a II-a dureazã aproximativ 4-5 min. și se conduce în aparate de felul celor arãtate la saturația I.

Prefierberea zemii subțiri de saturația a II-a. Aceastã operație, este necesarã numai dacã s-a fãcut suprasaturarea zemii și a avut loc formarea de bicarbonați solubili. Prefierberea se realizeazã la 105-107oC, într-un preîncãlzitor în care caz au loc reacțiile:

Ca(HCO3)2CaCO3+CO2+H2O

2KHCO3K2CO3+CO2+H2O

Carbonații insolubili se îndepãrteazã prin filtrare.

Sulfitarea zemii subțiri, se realizeazã în scopul:

– reducerii alcalinitãții pânã la 0,001% CaO;

– reducerea vâscozitãții zemii;

– decolorarea zemii.

La sulfitare au loc urmãtoarele reacții:

SO2+H2OH2SO3

K2CO3+H2SO3K2SO3+CO2+H2O

H2SO3+H2H2SO4+2H

Separarea precipitatului din zemuri. Precipitatele se îndepãrteazã din zemuri dupã:

– saturația I, când se formeazã o cantitate mare de precipitat;

– saturația a II-a, când se formeazã o cantitate mai micã de precipitat;

– dupã sulfitare.

Se poate merge pe varianta:

Decantare, în care caz se separã zeama care, se trece prin filtre de control (cum ar fi filtrul cu lumânãri), iar nãmolul concentrat se filtreazã în filtru rotativ cu vid. La aplicarea acestui procedeu este necesar ca zeama sã aibã un coeficient de sedimentare Sk > 6 cm/min. ªi un coeficient de filtrabilitate Fk < 6 s/cm2. Viteza de sedimentare este influențatã de mãrimea și calitatea precipitatului, vâscozitatea zemii, temperatura zemii.

Folosirea de filtre concentratoare, de tip Grandfrin sau Grand Pont care prezintã urmãtoarele avantaje: realizeazã un grad de concentrare mai mare a nãmolului; evitã înrãutãțirea calitãții tehnologice a zemii și pierderi de zahãr prin evitarea staționãrii zemii; filtrele ocupã un spațiu mai redus în comparație cu decantoarele [12].

Purificarea zemii subțiri

Schemele de purificare a zemii sunt clasificate în:

a)schema cu coagularea coloizilor înaintea saturației I (schema Briegell-Müller);

b) schema de purificare fãrã coagularea coloizilor înaintea saturației I (schema de purificare Door);

c)scheme mixte de purificare (schema Schneider . BMA și schema Wiklund – Door).

2.4. Evaporarea zemii subțiri

Zeama purificatã, este o zeamã subțire, deoarece, conține 11-15% substanțã uscatã. Aceastã zeamã, trebuie concentratã pânã la 60-65% substanțã uscatã, în care caz se obține, așa numita zeamã groasã.

Concentrarea se face de regulã într-o stație de evaporare cu multiplu efect care este formatã din:

evaporatoare (concentratoare), de regulã cu țevi și tub central de circulație. Țevile fierbãtoare au diametrul (ø) de 30-34 mm și lungimea (L) de 3000 mm, iar în cazul evaporatoarelor cu circulația zemii în peliculã, lungimeaeste de 4500-7000 mm.

condensator barometric;

pompã de vid;

oalã de condens.

Instalația de evaporare, funcționeazã în mai multe trepte de presiune, la temperaturi cuprinse între 130 și 60oC. Evaporatoarele sunt legate în serie și lucreazã la presiuni descrescãtoare, de la primul corp la ultimul corp, astfel încât, aburul secundar format într-un evaporator sã serveascã la încãlzirea urmãtorului evaporator. Aparatele de evaporare, denumite și corpuri de evaporare, care lucreazã la aceeași presiune formeazã o treaptã sau un efect de evaporare.

2.4.1. Modificãrile zemii în timpul evaporãrii

La concentrarea zemii subțiri au loc urmãtoarele modificãri:

creșterea ușoarã a puritãții, datoritã descompunerii suferite de nezahãr, descompunere care conduce la depuneri pe țevile evaporatorului și la trecerea lor în apa de condens (antrenate de vaporii de apã) sau în gazele necondensabile (cele volatile);

scãderea alcalinitãții zemii ca rezultat al descompumerii amidelor, descompunerii zahãrului invertit cu formare de acizi humici și caramelizarea slabã a zaharozei;

modificarea conținutului de coloizi. Coloizii din zeama de saturație II reprezintã 0,09% fațã de sfeclã. Prin acțiunea dintre aminoacizi și zahãrul invertit se mãrește cantitatea de coloizi colorați, cere pot fi adsorbiți la suprafața cristalelor de zahãr la operația de cristalizare;

descompunerea zahãrului și intensificarea colorației este în funcție de temperatura de evaporație și de pH-ul zemii;

formarea de precipitate insolubile care se depun pe țevile evaporatoarelor. Cauzele formãrii de precipitate insolubile sunt:

– creșterea concentrației zemii și inclusiv a sãrurilor organice și anorganice, slab solubile, care se depun;

– scãderea solubilitãții sãrurilor de calciu odatã cu creșterea concentrației de zahãr a zemii;

– trecerea bicarbonaților în carbonați insolubili.

Depunerile pe țevi sunt dãunãtoare datoritã faptului cã se micșoreazã trensmiterea de cãldurã [13].

2.5. Fierberea și cristalizarea

Fierberea este operația prin care zeama groasã obținutã la evaporare (concentrare) cu 60-65oBrix, se concentreazã pânã la 90-93oBrix, în care caz se obține o masã groasã, care reprezintã, o suspensie de cristale de zahãr într-un sirop mamã. Siropul mamã conține în soluție tot nezahãrul aflat în zeama groasã, precum și o parte din zahãrul pe care impuritãțile îl mențin necristalizabil. Siropul mamã sau siropul de scurgere, este un sirop intercristalin cu puritate inferioarã masei groase.

Cristalizarea zaharozei (zahãrului), are loc concomitent cu fierberea atunci când zeama atinge o anumitã suprasaturație. Coeficientul real de suprasaturație este de α ≈ 1,05-1,10. Rezultã cã, fierberea trebuie sã se facã în interiorul așa numitei zone metastabile, respectiv între α = 1,0 și 1,2, când se amorseazã cristalizarea prin introducerea de .centri. de cristalizare și între α = 1,2 și 1,3, când se formeazã germeni de cristalizare spontan.

Suprasaturația se stabilește prin îngroșarea zemii pânã la „proba de fir”. La cristalizarea prin amorsare cu germeni de cristalizare, numãrul degermeni de cristalizare introduși este de 106-108/100 L masã groasã. Dupã însãmânțare, are loc creșterea cristalelor de zahãr, având ca pornire germenii de cristalizare introduși, germeni pe care se depune zaharoza din soluția suprasaturatã, sub influența unui gradient de concentrație în c2 > c1 (c2-concentrația zaharozei în soluția suprasaturatã, iar c1-concentrația zaharozei în soluția aflatã la suprafața germenului) [14].

Viteza de cristalizare este influențatã de urmãtorii factori:

 gradul de suprasaturație al soluției de zahãr (masei groase), care trebuie menținut la o anumitã valoare, pentru a nu se forma în mod spontan noi centrii de cristalizare, ceea ce ar conduce la o cristalizare neuniformã, deci la formarea de cristale cu diferite dimensiuni;

 temperatura, care influențeazã indirect viteza de cristalizare, prin faptul cã micșoreazã vâscozitatea masei groase, deci favorizeazã mișcarea moleculelor de zaharozã;

 puritatea masei groase: cu cât puritatea este mai mare cu atât viteza de creștere a cristalelor de zahãr este mai mare, existând o corelație între puritate, coeficientul de saturație și viteza de creștere a cristalelor de zahãr

Influențã pozitivã, asupra vitezei de cristalizare, o au și:

– agitarea, care ușureazã deplasarea moleculelor de zaharozã spre cristal;

– mãrimea, și deci suprafața germenilor de cristalizare;

– timpul: cantitatea de zaharozã depusã pe cristale variazã cu pãtratul timpului.

Influențã negativã, asupra vitezei de cristalizare, o are:

– alcalinitatea prea mare a masei groase (reacția trebuie sã fie neutrã).

Aparatele de fierbere a zemii groase sunt:

– aparate de fierbere verticale cu funcționare discontinuã;

– aparate de fierbere cu funcționare continuã.

2.6. Rafinarea zahãrului

Rafinarea zahãrului, reprezintã operațiile prin care se îndepãrteazã impuritãțile reținute la suprafața cristalelor de zahãr, prin adsorbțiune sau includere (incluziuni solide sau lichide). Datoritã impuritãților se obține zahãr cu cristale neuniforme, unele deformate și o colorație destul de intensã.

Îndepãrtarea impuritãților se face prin:

– operația de afinație a zahãrului brut;

– dizolvare și recristalizare, dupã o prealabilã decolorare și filtrare a clerselor.

Afinația, este metoda de purificare a zahãrului, prin care se înlocuiește, mecanic, pelicula de sirop intercristalin aderentã pe cristale, care nu se îndepãrteazã la centrifugare, cu o peliculã de sirop cu puritate mai mare decât siropul intercristalin aderent. Afinarea decurge în douã etape:

a)etapa de obținere a masei artificiale, în care caz, zahãrul se amestecã într-un malaxor special cu sirop încãlzit la 85-90oC, cu o puritate mai mare decât a siropului mamã (intercristalin).

b) centrifugarea masei artificiale în centrifuge, cu care ocazie se poate face și o albire cu apã sau abur.

2.6.1. Obținerea zahãrului rafinat

În fabricile de zahãr, se folosesc mai multe scheme de obținere a zahãrului rafinat, și anume:

– scheme de fierbere-cristalizare cu patru produse (fig. 2.4);

– scheme de fierbere-cristalizare cu patru produse și picior de cristal (fig. 2.5).

La toate schemele menționate se observã cã intervine și operația de centrifugare.

De la centrifugare se obține:

– zahãrul cristal cu 0,5% umiditate;

– siropul verde;

– siropul alb rezultat din spãlarea zahãrului cristale cu apã (70-80oC) sau abur.

Figura 2.4. Schema de fierbere-cristalizare cu patru produse

Centrifugele utilizate în industria zahãrului pot fi cu funcționare periodicã (verticale, suspendate) și cu funcționare continuã (orizontale și verticale).

Figura 2.5. Schema de fierbere-cristalizare cu patru produse și picior de cristal

2.7. Prelucrarea zahãrului umed

2.7.1. Transportul și sortarea zahãrului

Zahãrul, obținut de la centrifuge, trebuie uscat și pentru aceasta trebuie transportat la uscãtor, transport care se poate realiza cu un transportor oscilant, care joacã și rol de sortator [15]. Elevatorul de ridicare a zahãrului la uscãtor este un elevator cu cupe fixate pe douã lanțuri sau pe o bandã de cauciuc. La transportul zahãrului, cu transportorul oscilant și elevatorul cu cupe se are în vedere o masã volumetricã a zahãrului de 800 kg/m3.

2.7.2. Uscarea zahãrului

Pentru ca zahãrul sã poatã fi pãstrat fãrã riscul aglomerãrii sale este necesar ca umiditatea sã fie mai micã de 0,05%, pH-ul de aproximativ 8,0, sã nu conținã zahãr invertit care este higroscopic, sã fie rãcit pânã la temperatura de 25oC și sã nu conținã praf de zahãr.

Cristalele de zahãr care ies din centrifugã, se caracterizeazã prin:

– umiditate de 0,5% pentru cele cu dimensiuni de 1-1,5 mm;

– umiditate de 2,0% pentru cele cu dimensiuni de 0,25-0,3 mm.

Umiditatea cristalelor de zahãr se aflã sub urmãtoarele forme:

– formã legatã, asemenea unui film de sirop suprasaturat pe suprafața cristalelor;

– ca umiditate internã, moleculele de apã fiind incluse în structura cristalelor;

– ca umiditate liberã, în siropul ce înconjoarã cristalul de zahãr.

La uscare se îndepãrteazã în primul rând umiditatea liberã, apoi umiditatea din filmul suprasaturat, astfel încât zahãrul din aceastã peliculã se concentreazã și cristalizeazã sub formã amorfã. Umiditatea internã nu poate fi eliminatã decât dacã zahãrul este mãcinat. Pentru a se elimina umiditatea și a se realiza transferul de cãldurã este necesar ca între zahãr și aerul cald sã existe o diferențã de umiditate și de temperaturã, viteza de uscare depinzând de caracteristicile zahãrului și ale aerului cald.

2.7.3. Sortarea zahãrului

Aceastã operație, are loc dupã uscare-rãcire și are drept scop de a sorta cristalele de zahãr dupã mãrime.

Pentru sortare se utilizeazã:

Transportorul oscilant, asemãnãtor cu cel folosit la transportul zahãrului umed la uscare. Suprafața pe care se deplaseazã zahãrul este constituitã din:

– site cu ochiuri de 0,3 . 0,7 mm (primul rând);

– site cu ochiuri de 0,7 . 1,5 mm (al doilea rând);

– site cu ochiuri de aproximativ 3 mm pentru cristalele mari.

Site vibratoare, care reprezintã un set de site suprapuse montate în rame, cu înclinație de 20o fațã de orizontalã. Sitele au mișcare vibratorie.

2.7.4. Separarea prafului de zahãr

Pentru separarea prafului de zahãr ce se formeazã la uscare, și sortare, din aerul încãrcat cu acest praf, se utilizeazã:

– separatoare umede;

– cicloane;

– filtre cu saci închise.

2.7.5. Depozitarea zahãrului în vrac

Depozitarea zahãrului în vrac se face în silozuri, de regulã, sub formã de turn, cu capacitate mare de însilozare (20000 t). Asemenea turnuri au diametrul interior de 35 m, înãlțimea de 27 m și grosimea peretelui de 26 cm. Înãlțimea zahãrului în siloz este de aproximativ 23,5 m.

Acoperișul, fundul și pereții silozului sunt izolați contra cãldurii și umezelii și sunt prevãzuți cu instalație de condiționare a aerului. Pereții silozului sunt din beton comprimat și sunt strãbãtuți de canale (420 canale) cu diametrul de 7,5 cm (prin care circulã aerul cald). Fundul silozului este o placã de beton armat, de 20 cm și este deasemenea strãbãtut de canale,

pentru aerul cald (totalitatea lungimilor canalelor însumeazã 4,5 km).

Zahãrul este adus în siloz cu ajutorul unui transportor cu bandã, montat în pasarele metalice izolate, și cade pe un pod rotativ care se sprijinã pe turnul central al silozului, cu diametrul de 4 m, și în jurul cãruia se rotește. La umplerea silozului, podul , se rotește cu 2 rot/orã, lãsându-l sã cadã uniform prin intermediul a 12 deflectoare distribuitoare. Podul rotativ, poate fi ridicat / coborât pe întreaga înãlțime a turnului central. Sub pod, existã un trasportor elicoidal deschis, care se învârte odatã cu acesta.

La încãrcarea silozului melcul ajutã la distribuirea zahãrului în siloz, rotindu-se într-un sens, iar la descãrcare (sens de mișcare invers), aduce zahãrul cãtre turnul central. La descãrcare, zahãrul pãtrunde în turnul central prin clapete montate pe toatã înãlțimea, care se deschid consecutiv de sus în jos.

Odatã ajuns în turnul central, zahãrul este preluat de un elevator cu cupe ce îl descarcã în banda de evacuare, montatã tot la partea superioarã a silozului, care transportã zahãrul la magazia de însãcuire / ambalare. Sunt construite și silozuri cu descãrcare pe la partea inferioarã, prin intermediul unor clapete, zahãrul fiind preluat de un transportor bandã.

2.7.6. Depozitarea zahãrului ambalat în saci

Zaharul care se ambaleazã în saci de iutã de 100 kg, sau saci de hârtie de 50 și 25 kg, se depoziteazã în magazii construite din materiale rezistente la foc și bine izolate termic și împotriva umezelii. În magazie, sacii se așeazã în stive cu 15-20 saci pe înãlțime. Stivele se construiesc pe grãtare de lemn. Stivuirea, se face pe direcție longitudinalã și apoi transversalã, asigurându-se astfel, soliditatea stivelor și circulația aerului. Stivuirea, se face mecanizat, cu ajutorul electrostivuitoarelor. Aerul din magazie, trebuie condiționat, pentru a se evita absorbția de umiditate, și deci, aglomerarea zahãrului, respectiv, favorizarea dezvoltãrii microorganismelor, care pot conduce la invertirea zaharozei, și respectiv, la producerea de polizaharide cu aspect mucilaginos.

Zahãrul cristal uscat are polarizația 99,75% și umiditatea de 0,06%. Rezumând tehnologia de fabricare a zahãrului din sfeclã, putem arãta cã aceast este mai mult un proces bazat pe operații fizice și fizico-chimice, aspectul microbiologic referindu-se la posibilitãțile de infectare în diferite faze tehnologice.

2.8. Valorificarea subproduselor din industria zahãrului

Subprodusele din industria zahãrului [16] sunt:

borhotul de sfeclã;

melasa;

nãmolul de la filtre.

Valorificarea borhotului

Borhotul, rezultat la difuzia tãiețeilor, se constituie ca un furaj valoros pentru animale, cu valoare nutritivã apropiatã de a fânului. Borhotul se poate valorifica dupã presare, presare și uscare. Borhotul uscat poate fi și brichetat, folosind ca liant melasa în proporție de 2-20%.

Melasarea borhotului, reprezintã o cale de îmbunãtãțire a calitãții borhotului. Borhotul de sfeclã poate fi folosit și pentru:

– obținerea de pectine alimentare, deși conținutul de pectinã din borhot este redus (aproximativ 1%);

– obținerea de clei pectinic, cu proprietãți adezive, asemãnãtoare cu soluțiile de gumã arabicã și dextrinã.

Valorificarea melasei

Melasa este un lichid vâscos, de culoare brunã, rezultat la centrifugarea masei groase de produs final. Melasa conține zahãr și nezahãr, având urmãtoarea compoziție chimicã:

– substanțã uscatã (Brix) 82-85%;

– apã 15-18%;

– zahãr 47,6-50%;

– puritate 58-60%.

Substanța uscatã este formatã din:

– zaharozã (54-63%);

– substanțe organice azotate (14,8-15%), în principal betainã și glutaminã;

– substanțe organice neazotate (16,6 . 18%) reprezentate de substanțe pectice, substanțe colorate (caramel, melanoidine), acizi (formic, lactic, acetic);

– sãruri minerale (sãruri ale acizilor: carbonic, sulfuric, clorhidric, azotic, fosforic cu potasiu, sodiu, calciu sau magneziu).

Melasa se folosește pentru:

obținerea alcoolului etilic;

obținerea drojdiei de panificație;

obținerea acidului citric;

obținerea acidului lactic;

îmbunãtãțirea calitãții furajelor prin melasarea acestora.

Valorificarea nãmolului

Nãmolul, obținut la filtrarea zemii în diferite faze de purificare, conține aproximativ 50% s.u. (atunci când este concentrat prin filtrare sub vid).

Substanța uscatã este formatã din:

– carbonat de calciu 70-75%;

– substanțe organice cu și fãrã azot;

– alte sãruri minerale diferite de CaCO3;

– zaharozã 2%.

Nãmolul poate fi folosit:

– ca amendament pentru solurile acide;

– îngrãșãmânt în agriculturã;

– recirculare la operațiile de predefecare.

CAPITOLUL III

PRODUSE ZAHAROASE

Grupa produselor zaharoase include un sortiment larg de alimente, caracterizate printrun conținut mare de zahăr solubil (glucoză, zaharoză), aspect atrăgător, gust dulce, arome plăcute și valoare energetică ridicată (circa 400 kcal/100g). Din punct de vedere alimentar, unele produse zaharoase sunt alcătuite numai din glucide (produse de caramelaj, fondanterie) iar altele sunt mai complexe (ciocolată, halva etc), conținând și lipide, proteine, substanțe minerale, vitamine; acestea din urmă sunt mai echilibrate (complete) din punct de vedere nutritiv. Toate aceste produse sunt ușor prelucrate și asimilate de către organism, reprezentând pentru acesta o sursă facilă de energie, motiv pentru care consumul lor în cantități moderate este recomandat în cazul unor activități fizice de mare intensitate (ex: activități sportive) [17].

3.1. Materii prime și auxiliare utilizate

Calitatea produselor zaharoase este determinată de calitatea materiilor prime și auxiliare folosite, de respectarea tehnologiei de fabricație și de asigurarea condițiilor optime de păstrare pe întreg circuitul logistic (de la producător până la consumator).

3.1.1. Zahărul

Zahărul este produsul obținut din sfeclă de zahăr sau trestie de zahăr, consumul său pe tot globul începând prin secolul XIX. Calitatea zahărului (în special culoarea și puritatea) depinde în cea mai mare măsură de rafinare. Rafinarea zahărului se face prin solubilizare, recristalizare și decolorare cu cărbune activ sau alți agenți de fixare a substanțelor colorante.

Zahărul se fabrică sub forma a trei sortimente: zahăr cristal (tos), zahăr bucăți (candel) și zahăr pudră. Cele mai importante caracteristici fizico-chimice care servesc la aprecierea calității zahărului sunt:

-conținutul de zaharoză (99,7-99,9%);

-conținutul în substanțe reducătoare, (max. 0,25%);

-conținutul de apă (0,05-0,10 %);

-conținutul de cenușă (max. 0,1%);

-culoarea, exprimată în grade Stammer (0,7-1,2).

Zahărul cristal (tos) trebuie să se prezinte alb, lucios, fără aglomerări. Conținutul în substanțe reducătoare trebuie să fie încadrată în proporția recomandată, deoarece o cantitate mare a substanțelor reducătoare favorizează higroscopicitatea, fiind redusă stabitatea zahărului pe perioada păstrării.

Zahărul se ambalează în pungi de hârtie tratată sau în saci din materiale textile și se păstrează în încăperi uscate cu o umiditate a aerului de maxim 80%, curate, aerisite, fără miros străin.

3.1.2. Mierea de albine

Mierea de albine este considerată ca fiind "cel mai dulce produs al naturii") este apreciat pentru valoarea nutritivă ridicată, pentru însușirile dietetice și terapeutice deosebite. Ea este rezultată în urma prelucrării de către albine a nectarului florilor sau a unor substanțe dulci secretate de unele insecte parazitare care trăiesc în special pe frunzele unor arbori, pomi fructiferi și în alte plante (mierea de mană). Nectarul este un suc dulce, care conține apă (70-90%) în care sunt solubilizate: glucoză, fructoză, zaharoză, dextrine, acizi organici, substanțe aromatizante, colorante, tanante etc.

Valoarea nutritivă a mierei diferă de dulciuri, deoarece, pe lângă glucoză și fructoză (70-80%) conține și alte substanțe cu efect terapeutic. Astfel, în miere se regăsesc vitamine din grupul B (B1, B2, B3, B5, B6, B12), C, A, K, acid pantotenic, acid folic, enzime (invertază, catalază, amilază) și elemente minerale (Fe, P, K, Mg). În mierea florală, zaharoza se găsește în cantități reduse (5-10%). Uneori, datorită conținutului mai ridicat de glucoză (ex. mierea de rapiță, de floarea soarelui) mierea se poate zaharifica; aceasta nu este inferioară calitativ sau nutritiv și poate fi fluidificată prin încălzire într-o baie de apă la 40°C.

În funcție de proveniență, mierea poate fi:

– miere monofloră, provenită integral din nectarul unei anumite specii de flori (miere de salcâm, tei, floarea soarelui, mentă etc);

– miere polifloră, provenită din nectarul mai multor specii de plante din flora spontană sau de cultură (mierea de fâneață, de pomi fructiferi etc);

– miere de pădure, provenită în cea mai mare parte din sucurile dulci de pe alte părți ale plantei decât florile (mierea de mană) dar și din nectarul florilor de pădure.

Sortimentele de miere sediferențiază prin caracteristici organoleptice, cele mai importante fiind culoarea, consistența, mirosul, gustul și puritatea.

Culoarea variază în funcție de proveniența mierei, constituind și un element de identificare a naturii acesteia. Ea poate fi galben-deschis (miere de salcâm), galben-roșcat (mierea de tei), galben-auriu (mierea de floarea soarelui), brun-închis (mierea de pădure).

Consistența (vâscozitatea) corespunde densității mierii (minim 1,41). Este apreciată în general mierea care are o văscozitate mai ridicată și care a fost extrasă numai după ce fagurii au fost căpăciți parțial cu ceară de către albine (mierea maturată).

Mirosul trebuie să fie plăcut, specific mierii. El este mai pronunțat la mierea monofloră.

Gustul trebuie să fie dulce, fără influențe de acru.

Puritatea este dată de lipsa corpurilor străine vizibile cu ochiul liber. Se admit cantități mici de granule de polen.

Mierea este comercializată în borcane de sticlă, pahare de carton parafinat, bidoane de aluminiu sau poiletilenă, tuburi de aluminiu. Păstrarea se realizează în încăperi răcoroase la o temperatură optimă de 15°C, cu o umiditate scăzută, bine aerisite și fără mirosuri străine, în aceste condiții mierea avănd un termen de valabilitate de 12 luni

Există și posibilitatea obținerii mierii artificiale prin invertirea zahărului cu diferiți acizi (citric, tartric), aromatizare cu diferite arome naturale sau de sinteză și colorare, condiții în care nu conține vitamine, enzime, polen, motiv pentru care are doar valoare calorică, nu și terapeutică.

3.1.3. Alte materii prime și auxiliare

Amidonul este încadrat în grupa materiilor prime de bază utilizate pentru fabricarea produselor zaharoase. Provine din cartofi, semințe de cereale (porumb, grâu, orez) sau leguminoase (fasole) și se prezintă sub formă de pulbere sau granule de culoare albă.

Glucoza este obținut prin hidroliza acidă sau enzimatică a unor materii prime cu conținut ridicat de amidon (cereale, cartofi, etc.). Pentru fabricarea produselor zaharoase este utilizată glucoză lichidă sau solidă. Glucoza lichidă are aspectul unui lichid vâscos, cu gust dulceag și fără miros. Glucoza solidă este sub formă de masă amorfă, de culoare albă, alb-gălbui sau galben, cu gust dulce. Glucoza lichidă este ambalată în bidoane sau butoaie din materiale metalice sau plastice. Glucoza solidă este ambalată în hârtie tratată, apoi în lăzi de carton sau material plastic. Păstrarea se recomandă a se face la temperaturi de maxim 20°C și la o umiditate de relativă a aerului de maxim 80%.

Acizii alimentari sunt utilizați pentru armonizarea gustului produselor zaharoase, mai frecvent utilizați fiind acidul citric, tartric și lactic.

Aromatizanții utilizați în industria produselor zaharoase pot fi naturali sau obținuți prin procese de sinteză. Aromatizanții naturali sunt extrași din frunze, flori, fructe sau din întreaga plantă. Cele mai folosite extracte sunt cele de portocale, lămâi, mentă, trandafiri și cuișoare. Aromatizanții de sinteză care se obțin cel mai des sunt: mentolul, vanilina, cumarina și altele. Substanțele aromatizante se comercializează în stare pură sau sub formă de esențe.

Coloranții alimentari utilizați la fabricarea produselor zaharoase pot fi din surse naturale sau de sinteză. Coloranții naturali mai folosiți sunt: clorofila (pentru culoarea verde), carotenul (pentru portocaliu), șofranul (pentru galben), caramelul (pentru brun), carminul (pentru roșu) etc. Coloranții sintetici admiși de legislația în viguare sunt: tartrazina (pentru galben), amarantul și eritrozina (pentru roșu) și indigotina (pentru albastru) .

3.2. Tehnologia de obținere a produselor pe bază de masă de caramel

Principalele produse zaharoase pe bază de masă de caramel sunt bomboanele sticloase care sunt clasificate în : bomboane numai pe bază de masă da caramel (bomboane neumplute): bomboane formate parțial din masa de caramel (70-75%) care formează învelișul, interiorul fiind reprezentat de o umplutură (bomboane umplute). În cazul bomboanelor neumplute, excepția o reprezintă bomboanele de lapte, deoarece în compoziția caramelului există și lapte.

După gradul de prelucrare a masei de bomboane, bomboanele pot fi cu masă frământată (sticloasă, vitroasă) sau cu masă trasă (mătăsoasă) După profilul lor bomboanele sunt clasificate în dropsuri, masate, rolsuri, rocsuri (tabelul 3.1).

Schema tehnologică de fabricare a bomboanelor [18] pe bază de masă de caramel (sticloase) este prezentată în figura 3.1. Etapele principale tehnologice la fabricarea bomboanelor pe bază de masa de caramel sunt următoarele:

pregătirea materiilor prime și auxiliare – se face diferențiat in funcție de starea fizică a acestuia.

Cele solide (zahărul tos, laptele praf, amidonul) sunt cernute, trecute prin instalația magnetică pentru reținerea impurităților metalice și apoi solubilizate/ emulsionate.

Cele lichide (apa, siropul de glucoză, laptele integral, siropul de zahăr invert, mierea de albine sunt temperate la 40-60°C, filtrate și dozate;

prepararea siropului și masei de caramel

Siropul de bomboane se prepară prin încălzirea siropului de zahăr până la 110-112°C după care se adaugă siropul de glucoză cu temperatura de 110°C și se continuă fierberea la 116-117°C, până la concentrația finală (84-85%). Siropul de bomboane trebuie să fie incolor sau cu o colorație slab gălbuie și să nu conțină cristale de zahăr.

Durata de păstrare a siropului de bomboane până la concentrare în vederea obținerii masei de caramel, trebuie să fie cât mai mică pentru ca să nu se acumuleze substanțe reducătoare care influențează negativ calitatea produselor finite (devin higroscopice, se umezesc și se lipesc).

Adaosul în siropul de bomboane a unui neutralizant (0,05-0,08% bicarbonat de sodiu) conduce la diminuarea formării de substanțe reducătoare prin neutralizarea siropului de glucoză folosit [19].

Figura 3.1. Schema tehnologică de fabricare a produselor pe bază de caramel

Z -zahăr; A.P. -apă potabilă; G.S. -grăsimi solide; M.A. – materiale de adaos,

AR- aromatizanți; CL – coloranți; AC- acidulanți: UP- umplutura: AB – ambalaje

Tabelul 3.1. Clasificarea produselor

Procedeul clasic constă în următoarele operații mai importante :

Prepararea masei de caramele Această masă se prepară în aparatul de fiert „Universal”. Inițial se prepară siropul de zahăr și când acesta a ajuns la fierbere se adaugă untul, laptele și siropul de glucoză (în mai multe reprize). Fierberea se face la 128-130°C pentru caramele tari, 120-125°C pentru cele semitari și 110-115°C pentru cele moi. La sfârșitul fierberii, în funcție de sortiment se adaugă celelalte ingrediente (pudră de cacao, cafea etc.). Masa fiartă este apoi transferată în cea de a doua cuvă a aparatului pusă sub vid, unde se pierde 1-2% umiditate prin autoevaporare, iar temperatura scade la 96-100°C, și în final este scoasă în vase deschise

În timpul tratamentului termic (fierbere și autoevaporare) au loc următoarele procese:

Formarea compușilor de aromă și culorii datorită reacției Maillard (reacția debutează cu combinarea zaharurilor reducătoare cu gruparea amino a aminoacizilor liberi și din structura proteinelor din produsele lactate adăugate).

Denaturarea proteinelor din produsele lactate și chiar coagularea lor (coagularea este diminuata datorită prezenței zaharurilor din masa de caramele).

Precristalizarea. Această operație este necesară la fabricarea caramelelor „masate” cu grad de frăgezime ridicat. Precristalizarea este amorsată prin introducerea în masa de caramele a nucleelor de cristalizare (0,5-1% zahăr pudră). Datorită precristalizării, masa de caramele devine fragedă asemănătoare unui fondant de lapte. Precristalizarea se execută pentru a accelera formarea structurii cristaline a caramelelor atunci când se urmărește a se fabrica caramele de acest tip. Operația nu se realizează la fabricarea caramelelor cu structură amorfă.. La acest tip de caramele se urmărește să se inhibe total formarea cristalelor de zahăr.

Răcirea Masa de caramel cu temperatura de 90-96°C se întinde pe masa rece într-un strat cu grosimea de 1-2 cm și este răcită la 40-45°C cu întoarcere de pe o față pe alta. La această temperatură se păstrează caracterul plastic al masei de caramele care favorizează formarea și modelarea.

Formarea – modelarea masei de caramele răcite la 40-45°C se face într-o mașină specială în care se execută și ambalarea în hârtie parafinată, cerată sau hârtie acoperită cu microceruri. Caramelele ambalate individual se împachetează în cutii de carton de l – 2Kg, cutii de 100 g sau în pungi de plastic închise prin termosudare, de 100-150 g.

Depozitarea caramelelor se face în camere cu temperatura aerului de 20°C și umezeala relativă φ< 75%.

Datorită greșelilor de tehnologie și de depozitare, la caramele se pot întâlni următoarele defecte :

Cristalizarea parțială în cazul caramelelor cu structură amorfa consecința unei depozitări la o temperatură și umezeală relativ mare. In aceste condiții, în apa absorbită se solubilizează zahărul amorf (care este foarte higroscopic) și în acest fel se modifică temperatura de tranziție la starea de „sticlă”, favorizându-se cristalizarea.

Defectul se manifestă și prin apariția de pete albe în locurile unde se aglomerează cristalele de zaharoză. Petele de culoare albă apar și în cazul în care grăsimea nu a fost repartizată uniform în masa de caramele. Cristalizarea parțială poate avea loc și la caramelele cu structură cristalină în condițiile în care conținutul de zahăr reducător este prea mic (<10%), dacă la precristalizare masa nu a fost corect amestecată pentru ca centrele de cristalizare să se răspândească uniform în masa de caramele.

Umezirea caramelelor se datorează higroscopicității acestora (caramele cu structură amorfă) mai ales dacă și conținutul de substanțe reducătoare depășește 20%. Umezirea caramelelor are loc în condiții de depozitare a caramelelor la umezeala relativă mai mare de 80°/o.

Lipirea hârtiei de produs se produce în următoarele cazuri : conținut de grăsime prea mic; masa de caramele cu temperatură mai mare de 50°C la ambalare; hârtie de ambalaj necorespunzătoare (stratul de acoperire se desprinde cu ușurință în contact cu masa caldă de caramele) [20].

CAPITOLUL IV

ÎNLOCUITORI AI ZAHĂRULUI

Îndulcitorii (edulcoranții) sunt substanțe sau amestecuri de substanțe de origine naturală sau sintetică cu proprietatea de a conferi gust dulce alimentelor ce le conțin [21].

Puterea de îndulcire este raportul dintre concentrația de zaharoză dintr-un mediu oarecare și concentrația de edulcorant care dezvoltă un gust dulce de aceeași intensitate, în același timp:

Nivel actual al cunoștințelor în acest domeniu face imposibilă prezicerea exactă a gustului unei anumite substanțe. Se pare că gustul dulce este perceput datorită combinării unei molecule cu o anumită formă, mărime și polaritate, cu o componentă glico-proteică din membrana plasmatică a celulelor receptoare din mucoasa bucală. În urma acestui proces se modifică potențialul electric al membranei celulare și se activează un neurotransmițător responsabil de percepția gustului dulce.

Doza acceptabilă la ingerare (ADI) este definită ca și cantitate estimată (adesea exprimată în mg/Kg corp/zi) pe care o persoană o poate consuma în siguranță în fiecare zi pe tot timpul vieții fără niciun risc.

ADI este adesea aleasă ca fiind 1% din nivelul maxim la care nu s-au observat efecte adverse în experimentele pe animale. Nivelul de utilizare a acestor aditivi este astfel ales pentru a asigura că doza ingerată zilnic nu depășește ADI. Un studiu recent la nivel global indică faptul că ingerările de indulcitori cu cantitate scăzută de calorii sunt sub ADI stabilit pentru aceste substanțe. ADI este stabilit prin lege în fiecare țară, dar valoarea diferă ușor de la o țară la alta.

Condiții pe care trebuie să le îndeplinească un îndulcitor pentru a fi utilizat în industria alimentară: 

– să nu fie toxic pentru consumator atât ca atare cât și prin produșii rezultați în urma transformărilor survenite în aliment sau în organismul consumatorului;

– să fie cel puțin la fel de dulce ca zahărul;

– să nu determine modificarea nedorită a caracteristicilor senzoriale ale produsului;
– să fie solubil în apă;

– să fie stabil pe parcursul procesării și depozitării alimentului;

– să fie compatibil cu produsul alimentar (compoziția alimentului, procesarea
acestuia);
– să fie ușor de obținut, iar puritatea sa să poată fi evaluată.

4.1. Clasificarea îndulcitorilor

a) Îndulcitorii artificiali se clasifică în funcție de puterea de îndulcire în:

-înducitori cu putere mare de îndulcire

-îndulcitori cu putere moderată de îndulcire.

Clasificarea se face prin raportare la puterea de îndulcire a zahărului.

b) După valoarea energetică îndulcitorii artificiali sunt:

-cu valoare energetică

-cu valoare energetică redusă (hipocalorici)

-fără valoare energetică.

Îndulcitorii cu valoare energetică redusă se caracterizează prin faptul că se absorb în cantități foarte mici nivelul intestinului și ca urmare doar o parte mică din aceștia contribuie la valoarea energetică a alimentului.

Îndulcitorii fără valoare energetică datorită capacității de îndulcire foarte mari se folosesc în cantități infime în alimente iar majoritatea, prin structura lor, nu pot fi metabolizați de organism fiind eliminați ca atare.

Îndulcitorii cu putere mare de îndulcire: sunt substanțe care au o putere de îndulcire de câteva sute de ori mai mare decât a zahărului, fiind folosiți în cantități foarte mici pentru a-și realiza funcția [22].

 4.2. Edulcoranti artificiali cu putere mare de indulcire

4.2.1. Acesulfam – K (E 950)

Acesulfam – K este un îndulcitor artificial care a fost descoperit în Germania în 1967, se prezinta sub forma unor cristale incolore sau a unei pulberi cristaline de culoare alba. La temperaturile mediului ambient cristalele de acesulfam – K au o stabilitate aproape nelimitata, iar în USA este cunoscut sub numele de Sunnett, formula comercială a acestei substanțe este sarea de potasiu, de la care vine și K = potasiu. Structura chimică a aditivului este prezentată în figura 4.1. Acesulfam – K este de aproximativ 200 de ori mai dulce decât zaharul, este stabil la căldură și de aceea poate fi utilizat în preparatele coapte și gătite. Edulcorantul nu este metabolizat în organism de aceea nu produce calorii; de asemenea nu favorizează apariția cariei dentare și nu favorizează adsorbția potasiului deși conține potasiu în moleculă [23].

Figura 4.1. Structura Acesulfam – K

Acesulfam – K este adesea folosit în amestec cu alți îndulcitori, având un efect sinergetic. Similar cu Zaharina, acesta are un gus mai bun când este folosit singur pentru a îndulci alimentele sau băuturile. Atunci când cantități mici de acesulfam – K sunt amestecate cu alți îndulcitori intenși, gustul dulce obținut este apropiat de cel al zaharozei. Amestecurile de acesulfam cu alți îndulcitori sunt utilizate cu mare succes în băuturile carbogazoase.

Aproximativ 90 de țări utilizează acesulfam – K drept edulcorant în produse alimentare, având inițial o doză ADI = 9 mg/Kg corp/zi , iar apoi a crscut la ADI = 15 mg/Kg corp/zi.

Studiul pe animale

USFDA și alți experți au confirmat că primul studiu asupra acesulfam – K (un studiu în care șoriceii au fost hrți cu doze mari de îndulcitor timp de 2 ani) a fost inadecvat. În acest studiu multe dintre animale au avut mai multe probleme respiratorii, dar a fost imposibil se realizeze o legătură între edulcorant și problemele respiratorii apărute. De aceea s-a realizat un alt studiu pe șoricei, iar acest studiu a demonstrat siguranța aditivului acesulfam – K.

Apariția cancerului în studiul animalelor

USFDA a condus studii aprofundate și a concluzionat că rezultatele obținute nu confirmă o legătură între acesulfam – K și aparția cancerului. Unele tumori ale plămânilor prezentate în vechiul studiu asupra șoriceilor, cu o mare rată de incidență asupra femelelor care au primit doze mari de aditiv, au apărut mai ales ca o consecință a problemelor respiratorii. În studiul nou realizat nu s-a găsit nicio legătură între tumorile de la plămâni și edulcorantul acesulfam – K. Alte tipuri de tumori au apărut în diferite studii asupra acesulfam – K, dar nu este ceva iesit din comun în apariția tumorilor, deoarece studiul are loc pe aproape întreaga viață a animalului. La fel ca la oameni, animalele au prezentat cancer la vârstă înaintată, chiar în absența unui agent coroziv. Dei nu se poate face o legătură între apariția cancerului și consumul de acesulfam – K.

Alterarea produselor

USFDA a cercetat aspectele de alterare a produselor în detaliu înainte de a certifica siguranța acesulfam – K, de a fi folosit în băuturi. Un produs de alterare este acetoacetamida, care se stie că este toxică dacă este consumată în doze mari, dar cantitatea din această substanță este foarte mică în băuturile îndulcite cu acesulfam – K. deci datorită expuneri foarte mici a omului la această substanță, USFDA a considerat că nu este necesară continuarea testării.

În anul 2000 EUSCF de asemenea a reafirmat siguranța acesulfam – K, și că nu există nicio legătură între acesulfam – K și apariția cancerului.

În 1997 cercetătorii indieni au precizat că acesulfam – K a produs mutații asupra celulelor din măduva oaselor șoriceilor. Dar în urma cercetărilor nu s-au putut prezenta aceste modificări și în alte studii efectuate asupra șoriceilor. Deci presupunerea inițială a fost incorectă, deoarece acest lucru nu a putut fi evidențiat, în al doilea studiu când s-a folosit un amestec de acesulfam – K și aspartam.

4.2.2. Aspartam ( E 951)

Aspartamul a fost descoperit în 1965, este alcătuit din doi aminoacizi fenilalanină și acid aspartic legat de metanol; structura chinmică a aspartamului este prezentată în figura 4.2. Aspartamul este utilizat în cantități mari ca aditiv în alimente și băuturi, deoarece are un gust dulce foarte apropiat de al zaharozei. În primul an după aprobare, acesta a fost vândut exclusiv sub licență și a fost cunoscut după numele producătorului Nutra Sweet și Equal. O dată cu expirarea licenței în decembrie 1992 a fost vândut sub alte nume de firme sau ca aditiv în mâncare. Se prezinta sub forma unei pulberi cristaline de culoare alba sau sub forma granulara [24].

Figura 4.2. Structura aspartamului

USFDA a aprobat utilizarea aspartamului în alimente uscate în 1981 și pentru utilizarea în băuturi carbogazoase în 1983. Apoi a fost aprobată folosirea în diferite categorii de produse. În 1996 este acceptat ca îndulcitor general (adică poate fi utilizat în toate categoriile de alimente și băuturi). Aspartamul se folosește în numeroase țări precum USA, Australia, Noua Zeelandă, China, Rusia, în întreaga Europă și alte țări. În Europa se consumă anual 2000 de tone de aspartam.

Cei doi amiono acizi care se găsesc în compoziția aspartamului se găsesc în alimente ca și componente ale proteinelor. Alcoolul metilic se găsește de asemenea în mod natural în alimente și este produs prin descompunerea altor constituenți ai mâncării. Aspartamul nu se găsește în mod natural, ci se obține prin sinteză chimică. Consumatorii sunt îngrijorați de prezența metanolului în edulcorant, deoarece în doze mari este toxic; dar se găsește și în alimente ca un constituent comun. De exemplu sucul de mere conține 88 mg/L metanol, dar pentru a ingera doza letală este nevoie a se consuma o singură dată între 100 – 1000 L.

Băuturile și dulciurile care conțin aspartam trebuie să aibă îndicat pe etichetă că acel produs conține fenialanină. Acest avertisment este în beneficiul persoanelor care suferă de o boală ereditară numită fenicetonurie, care trebuie în mod strict să limiteze ingerarea acestui aminoacid. În mod normal, indivizi sănătoși nu trebuie să restricționeze cantitatea de fenialalanină îngerată.

Într-un studiu în care aspartamul a fost administrat la voluntari în doze de 4 ori mai mari ca ADI (200 mg/Kg corp/zi), nivelul acidului aspartic a atins valoarea normală dupa o masă, valoarea fenilalaninei a atins mai puțin de jumătate din valoarea toxică asociată la perioade lungi de expunere, iar în sânge nivelul de metanol nu a crescut semnificativ pentru a putea fi asociat cu toxicitatea.

Când aspartamul este păstrat perioade lungi de timp sau expus la temperaturi ridicate acesta se poate descompune în cei trei componenți (acid aspartic, fenilalanină și metanol) sau formează dicetopiperazină, o substanță ca în urma testelor s-a dovedit a fi sigură pentru consum.

Deoarece aspartamul se descompune în tracul digestiv în componente alimentare primare, iar cum cantitatea consumată este foarte mică, este puțin probabil ca consumul normal de aspartam să cauzeze efecte adverse.

4.2.3. Neotam

Neotam este derivatul unei dipeptide, compusă din acid aspartic și fenilalanină. Deși conține aceeași doi aminoacizi pe care îi are și aspartamul, acesta este un compus diferit cu propietăți diferite. Structura chimică a neotam este prezentată în figura 4.3. Acesta este foarte dulce fiind de 8000 ori mai dulce decât zahăzul și de 30 ori mai dulce decât aspartamul; gradul de dulceță variind în funcție de produsul în care este folosit ca aditiv. Deoarece neotamul este foarte dulce, cantitatea necesară pentru a îndulci un aliment sau o băutură este extrem de mică. Neotam este stabil la căldură și de aceea poate fi utilizat la preparatele care au nevoie să fie încălzite și de asemenea nu contribie la apariția cariei dentare [25].

Figura 4.3. Structura neotamului

Neotam a fost aprobat de către USFDA ca îndulcitor general în iulie 2002, devenind cel mai recent îndulcitor cu puține calori. Doza zilnică este ADI = 2 mg/Kg corp/zi; este admis pentru utilizare în Australia, Rusia Noua Zeelandă, China, Africa de Sud etc.

Denumirea chimică a edulcorantului neotam este N – [N – (3,3 – dimetilbutil) – L –aspartil ] – L – fenilalanil – 1 – metil ester.

Aproximativ 20 – 30% din edulcorantul adsorbit la nivelul tracului digestiv, practic atât cel adsorbit cât și cel neadsorbit este transformat în organism în metanol și un compus desesterifica, amândoi compușii fiind eliminați din organism prin fecale și urină. Expunerea la metanolul din neotam este toxicologic nesemnificativă deoarece oameni sunt expuși la cantități mult mai mari de alcool metilic prin hrana ingerată. Cantitatea de alcool metilic din băuturile carbogazoase îndulcite cu neotam este de 1,37 mg/L, pe când în sucul de fructe cantitatea de alcool metilic este de 140 mg/L.

Expunerea la fenilalanina din neotam este foarte scăzută. În mod normal fenilalanina îngerată de adulții sănătoși ajunge la 2,5 – 10 g/zi, iar la copii bolnavi de fenilcetonurie care urmează o dietă restricționată în fenilalanină ajunge la 0,4 – 0,6 g/zi. Cantitatea de fenilalanină ingerată din neotam este estimată în 90% din cazuri ca fiind de 2,6 mg/zi la adulți și 1,5 mg/zi la adulți ceea ce reprezintă 0,3 – 0,4% din cantitatea totală de fenilalanină îngerată zilnic, ceea ce reprezintă o valare nesemnificativă. Deci pe etichetele alimentelor și băuturilor vândute care conțin acest aditiv, nu apar specificații speciale pentru bolnavi de fenilcetonurie.

4.2.4. Zaharina (E 954)

Este cel mai vechi îndulcitor cu puține calori, a fost descoperit în 1978 și este de 300 ori mai dulce decât zahărul. Zaharina trece prin corpul uman intactă fără a da energie, deci are conținutul caloric zero. Aceasta se prezintă sub formă de cristale albe, gustul dulce se dezvoltă mai lent, dar după atingerea intensități maxime este destul de persistent, acesta prezintă de asemenea un gust rezidual amar / metalic care devine foarte pregnant la concentrații mari.

Zaharina este utilizată într-o mare varietate de produse: băuturi răcoritoare, budinci, băuturi instant, produse lactate, gume de mestecat, gemuri, jeleuri, conserve de fructe și altele. Structura chimică a zaharinei este reprezentată în figura 4.4.

Figura 4.4. Structura zaharinei

În urma unor studii efectuate pe șoricei s-a descoperit că zaharina consumata in exces produce cancer la vezica urinară, în special la șoricei de sex masculin, acest lucru înseamnă, că un om pentru a face cancer la vezica urinară trebuie să consume sute de kilograme de dulciuri sau brânzeturi îndulcite cu zaharină pe zi. Mecanismul prin care zaharina duce la cancer este specific mecanismului excretor la șoricei și anume la consumul de doze mari de zaharină se formează în urină cantități mari de fosfat de calciu care precipită afectând țesutul vezici urinare, ducând astfel la proliferarea celulelor care la rândul ei duce la creșterea riscului de cancer.

La oameni datorită mecanismului diferit de eliminare nu s-au evidențiat cazuri de cancer la vezica urinară datorită consumului de zaharină [26].

4.2.5. Sucraloza (E 955)

Este un îndulcitor artificial cu puține calori cunoscut și sub numele de Splenda. Aceasta este de 600 de ori mai dulce decât zaharoza, de două ori mai dulce decât zaharina și de 4 ori mai dulce decât aspartamul.

Sucraloza a fost descoperită în 1976 de cercetătorii britanici Leslie Hough și Shashikant Phandis de origine indiană. Cei doi încercau să folosescă zahărul clorurat ca intermediar. Într-o după-amiază de vară Phandis a gustat pudra de culoare albă și a descoperit că este foarte dulce; aceștia au lucrat Tate & Lyle timp de un an înainte să descopere formula.

Figura 4.5. Structura sucralozei

Doza admisă din acest compus este ADI = 5 mg/Kg corp/zi și ADI = 9 mg/Kg corp/zi în Uniunea Europeană și în celelalte țări în care este folosită.

Utilizarea sucralozei a fost permisă pentru prima dată în Canada1991, apoi în 1993 a fost aprobată în Rusia și Australia, în România a fost aprobat în 1994, iar în 1998 a fost aprobat în USA în 15 tipuri de băuturi și alimente iar în august 1999 este admisă de USFDA ca îndulcitor general, în cursul anului 2003 a fost aprobat și în Uniunea Europeană [27].

4.2.6. Alitam Alitam ca și aspartam și neotam este un îndulcitor alcătuit din aminoacizi. Este format din acid L – aspartic și D – alanină.

Figura 4.6. Formula structurala a alitamului

Acidul aspartic este metabolizat normal iar majoritatea alaninamidei este eliminată neschimbată. Alitam este de 200 ori mai dulce decât zahărul și de aceea este necesră utilizarea numai unor cantități mici în alimente și băuturi, iar contribuția calorică a edulcorantului este neglijabilă, chiar dacă un component este metabolizat. Alitam este destul de stabil pentru a fi folosit în produsele ce necesită coacere au gătire. Acest aditiv a fost testat cu privire la cancer, dar mai trebuie testat efectul asupra celor care suferă de diabet și de aceea nu are acceptul pentru a fi utilizat în USA. Doza admisă pentru alitam este ADI = 1 mg/Kg corp/zi în țările în care este admis precum Australia, Noua Zeelandă, China, Columbia și Mexic [28].

4.2.7. Ciclamatii (E 952)

Ciclamatul a fost descoperit în 1937 și este un îndulcitor fără calori și a fost utilizat în USA între anii 1950 – 1970. Acesta este mai puțin dulce decât alți îndulcitori fără calori fiind de 30 ori mai dulce decât zahărul ceea ce înseamă că este nevoie de o cantitate destul de mare pentru a îndulci alimentele sau băuturile. Ciclamatul se obține prin sulfonare ciclohexilaminei și este valorificat sub formă de sare de sodiu sau calciu al acidului ciclamic [29].

Figura 4.7. Structurile chimice ale acidului ciclamic, ciclamat de sodiu si ciclamat de calciu

4.2.8. Neohesperidină dihidrocalconă (Neohesperidina DC sau E 959)

Neohesperidina DC a fost descoperită în anii 1960 în urma unui program care urmărea să găseasă o metodă care să minimalizeze gustul amar din sucul de fructe. Neohesperidina este un component dă gustul amar, aceasta tratată cu hidroxid de potasiu sau o altă bază tare și apoi hidrogenată catalitc, aceasta se transformă în Neohesperidina DC a cărei structură chimică este în figura 4.8. Neohesperidina DC este de 1500 – 1800 de ori decât zaharoza în concentrație foarte mică (în urme), iar în uz practic este de 340 de ori mai dulce decât zaharoza.

Neohesperidina DC în combinație cu alți îndulcitori cu puține calori (aspartam, acesulfam) are un efect sinergic. Sub 5 ppm aceasta se comportă mai ales ca un potențiator de aromă sau ca modificatore decât ca un îndulcitor. Neohesperidina DC este staabilă în formă solidă și în soluții apoase la un pH = 1 – 7 (t1/2 mai mare de un an, la 20°C) și de asemenea este stabilă la temperatură, deci se poate utiliza la gătit.

Figura 4.8. Structura Neohesperidina DC

Neohesperidina DC ingerată nu se adsoarbe în mod semnificativ, iar cea adsorbită este descompusă de flora intestinală în produși prețioși. În concentrții mari are un gust dulce cu durată mare de timp. Neohesperidina DC nu favorizează formarea cariilor dentare și poate fi utilizată în produse dietetice pentru persoanele care suferă de diabet. Această substanță în amestec cu alți îndulcitori este utilizată în gumă de mestecat, caramele, băuturi plate și carbogazoase, iaurt, sitronade, produse farmaceutice. Acesta este aprobat ca îndulcitor în Uniunea Europeană din 1994, iar doza zilnică admisă este stabilită la ADI = 0 – 5 mg/Kg corp/zi [30].

4.2.9. Sare de Aspartam – Acesulfam (E 962)

Sarea de aspartam – acesulfam este un îndulcitor care prezintă o legătură ionică între aspartam și acesulfam. Această substanță este alcătuită din 64% aspartam și 36% acesulfam. Acest edulcorant este de 350 ori mai dulce decât zahărul. În salivă și apoi în sucul gastric sarea de aspartam – acesulfam disociază în aspartam și acesulfam. Aspartamul este digerat și metabolizat de organism, iar acesulfam nu este metabolizat de organism și esteeliminat prin rinichi. Datorită gustului dulce foarte intens cantitățile utilizate de acest îndulcitor sunt foarte mici, îndeajuns pentru a fi considerat virtual fără calorii.edulcorantul seamănă la gust cu zahărul, nu favorizează apariția cariei dentare și are efect sinergic în combinație cu alți îndulcitori. Sarea de aspartam – acesulfam se găsește întablete de îndulcire, gumă de mestect, deserturi înstant, băuturi instant, pudre și tablete farmaceutice, ciocolat.

Figura 4.9. Structura sări de aspartam acesulfam

Studiile efectuate pe acest edulcorant au arătat că nu sunt efecte adverse și este admis în Uniunea Europeană din 2002, USA, Canda, Mexic, China, Rusia, Australia, Noua Zeelandă. Doza zilnică admisă trebuie să se încadreze în duza zilnică admisă pentru fiecare component în parte și anume ADI = 0 – 40 mg/Kg corp/zi pentru aspartam și ADI = 0 – 9 mg/Kg corp/zi pentru acesulfam [31].

4.3. Poliolii (zahăr-alcooli)

Sunt substanțe obținute prin hidrogenarea moni-, di- și oligoglucidelor provenite din amidon, zaharoză, zer: sorbitol (E 420), manitol (E 421), maltitol (E 965), izomalț (E 953), xilitol (E 967), lactitol (E 966). Se utilizează pentru guma de mestecat, produse zaharoase și deserturi, sosuri, gemuri, etc.

4.3.1. Isomalt (E 953)

Isomalt-ul este un înlocuitor artificial al zahărului, un tip de poliol care este utilizat înspecial datorită gustului său dulce. Acesta are un mic impact asupra nivelului de zahăr din sânge, nu favorizează apariția cariei dentare și are jumătate din puterea calorică a zahărului. Ca și majoritatea poliolilor prezintă un potențial risc pentru probleme gastrice când este consumat în cantități mari, diaree și balonare. De obicei acesta este folosit în amestec cu sucraloza și prezintă astfel un gust asemănător cu al zahărului.

Isomalt este o substanță cristalină de culoare albă cu un conținut de 5% apă de cristalizare, are un minim efect răcoritor. Se obține din zahăr deși este un zahăr alcool prin două etape. Întâi zahărul este transformat în izomaltoză care apoi este hidrogenată utilizând un catalizator Raney. Produsul final este un compus echimolecular de 6 – 0 – α´ – D – glucopiranosil – D – sorbitol (1,6 – GPS) și 1 – 0 – α´ – D – glucopiransil – D – manitol dihidrat (1,1 – GPM – dihidrat). Acest compus este aprobat în USA din 1990 [32].

Figura 4.10. Structura Isomalt

4.3.2. Sorbitolul (E 420)

Sorbitolul cunoscut și sub numele de glucitol, este un zahăr alcool pe care corpul uman îl metabolizează lent. Denumirea IUPAC a sorbitolului este hexan – 1,2,3,4,5,6 – hexol, având formula moleculară C6H14O6, masa moleculară este 182,17 g/mol, temperatura de topire este 95°C, temperatura de fierbere 296°C, desitatea este 0,68 g/cm, iar structura chimică a sorbitolului este prezentată în figura 4.11.

Figura 4.11. Structura Sorbitolului

Sorbitolul se obține prin reducerea glucozei, transformând grupa aldehidică în grupă alcoolică. Acest îndulcitor a fost descoperit în 1872 în mure de un chimist francez. În mod natural sorbitolul se găsește intr-un număr mare de fructe și se comercializează atât sub formă lichidă cât și sub formă solidă. Sorbitolul prezintă 60% din puterea de îndulcire a zahărului, are un gust plăcut și răcoritor. Această substanță este foarte stabilă și nereactivă din punct de vedere chimc, de aceea se poate utiliza în dulciurile la care nu se dorește apariția culorii maronii și de asemenea menținerea unei culori proaspete a produsului. Are o putere calorică de 2,6 Kcal/g față de 4 Kcal/g a zahărului.

Sorbitolul se folosețte în dieta bolnavilor de diabet și nu favorizează apariția cariei dentare. Adsorbția sorbitolului ingerat este mai lentă decât adsorbția glucozei sau a fructozei. Sorbitolul ingerat este eliminat mai puțin de 3% prin urină și nu este detectat în fecale. Folosind sorbitol cu C14 s-a observat că acesta este metaboliza la CO2. la fel ca toți poliolii acesta are un efect laxativ dacă este consumat în exces (mai mult de 50 g/zi), dar poate cuza și dureri abdominale și gaze la stomac.

Sorbitolul este utilizat și pentru obținerea de biogaz conform reacției:

19C6H14O6 13C6H14 + 36CO2 + 42H2O

Sorbitolul se găsește în gumă de mestecat, bomboane, jeleuri, pastă de dinți, prăjituri, băuturi [33].

4.3.3. Manitol

Este un poliol, izomer cu sorbitolul (fig. 4.12), se mai numește și hexan – 1,2,3,4,5,6 – hexol cu formula moleculară C6H14O6. acesta are tendința de a de a pierde H+ în soluție apoasă, astfel soluția devine acidă, de aceea nu este ceva comun adăugarea unei sări (bicarbonat de sodiu) pentru a ajusta pH-ul. Este utilizat ca îndulcitor în produsele destinate pesoanelor care suferă de diabet. În doze de peste 20 g acționează ca laxativ și este utilizat ca îndulcitor în bomboanele pentru respirații proaspete [34].

Figura 4.12. Structura Manitolului

4.3.4. Polidextroza

Polidextroza este în mod normal un substitutor al zaharozei în amestec cu alți îndulcitori foarte intenși precum sucraloza (Splenda) sau aspartamul. Este utilizată efectiv ca agent cu puține calorii în produse ca îngețată, bomboane, băuturi. Polidextroza este solubilă în apă și are o valoare energetică de 1 Kcal/g față de zaharoză care prezintă 4 Kcal/g.

Polidextroza este un polimer de condensare al D – glucozei în special în pozițiile 1 – 6, sorbitol și acid citric în proporții de 89%, 105 și 1%, sau 90% D – glucoză, 9,9% sorbitol și 0,1% acid fosforic. Polidextroza care se comercializează conține și mici cantități de glucoză liberă, sorbitol liber, acid citric liber și 1 – 6 – anhidro – D – glucoză (levoglusan). Polidextroza are masa moleculară 162 – 20000 cu 90% dintre molecule cu masa moleculară între 504 – 5000. gradul mediu de polimerizare este 12, iar masa moleculară medie de 2000 g/mol. Polidextroza este parțial neutralizată de KOH sau parțial redusă de metalele tranziționale în soluție apoasă.

Polidextroza este folosită și ca umectant și texturizant în produse precum: alimente gătite și coapte, gumă de mestecat, sosuri, capsule pentru multivitamine, deserturi reci, gelatine, budinci, bomboane tari și moi, siropuri, sosuri dulci. Polidextroza este recomandat a fi consumată în cantități de maxim 15 g/zi deoarece în exces se poate comporta ca diuretic. Polidextroza este rezistentă la digestie în intestinul subțire și este parțial fermentată în intestinul gros lăsând ca efect creșterea cantități de fibre solubile și implicit a cantități de fecale, reduce timpul de tranzit și scade pH-ul fecalelor. Prin fermentare polidextoza duce la creșterea microflorei favorabile, scade cantitatea de microfloră putrefactă, duce la diminuarea formării acizilor grași cu lanțuri scurte și scade formarea de metaboliți cancerigeni (indol și p-crezol). Polidextroza are ca efect și creșterea cantități de calciu adsorbit, mineralizarea oaselor, creșterea cantități de imunoglobulină A (Ig A) și previne cancerul de colon [35].

4.4. Dozarea edulcoranților

Edulcoranți sunt sbstanțe utilizate în alimente, de aceea este necesară determinarea prezenței acestora și a cantități lor pentru a vedea dacă este respectată doza zilnică admisă.

Polioli (xilitol, maltitol, manitol, sorbitol) se determină utilizând HPLC – FID. Sucraloza se poate determina prin electoforeză capilară folosind o soluție tampon de pH = 12,1 de acid 3,5-dinitrobenzoic și realizând o detecție indiretă în UV. Sucraloza se poate determina și prin HPLC dacă se realizează o derivatizare a substanței transformând-o într-o substanță care absoarbe puternic în UV la 260 nm, folosind clorură de p-nitrobenzoil. Prin această metodă limita de detecție este de 0,005g/Kg sucraloză în probe.

Folosind o metodă cromatografică de inaltă performanță schimbătoare de anioni se pot determina simultan ce 4 îndulcitori intenși (aspartam, acesulfam, zaharină, ciclamat) pe baza absorbției diferite a acestor compuși în UV și conductivități lor diferite. Limitele de detecție prin această metodă sunt: 0,019μg/ml zaharină, 0,035μg/ml aspartam, 0,044μg/ml acesulfam-K și 0,16μg/ml ciclamat [36].

II. PARTEA DE CALCUL

CAPITOLUL V-CALCULUL TEHNOLOGIC

5.1. Bilanțul material în fabricarea zahărului

1. Zeamă de difuzie

Mdif=4000kg

2. Preîncalzire cu condens

Mdif=4000kg

Error: Reference source not found = 1%

Error: Reference source not found = 40kg

MPC=Mdif -Error: Reference source not found = 3960 kg

3. Preîncălzire cu vapori secundari

Calculul cantității de CaO necesar procesului este :

2,5 …………………………….100kg

X ……………………………..4000kg,

x= 100 kg CaO

Error: Reference source not found=1% =>39,6kg

MPVS=MPC+MCaO-P2 =3930,4kg

4. Predefecare

Mpvs=3930,4kg

MCaO=100kg

Mpre=Mpvs+MCao = 4030,4kg

5. Carbonatare

Aflăm cantitatea de CO2 necesară carbonatării din ecuația reacției urmatoare:

56 44

CaO + Error: Reference source not found CaCO3 X=78,6 kg

100,0 X

Mpre=4030,4kg

Mcarb=Mpre+MCO2 =4109,0kg

6. Decantare rapidă

Error: Reference source not found =99,6 kg

MZM CL=Mcarb-MN =4009,4 kg

1. FILTRARE

Error: Reference source not found =10% => 400,9L

Mfiltr=MN+MH2O =500,5 kg

Error: Reference source not found=2% =>80,2 kg

Mfinal=Mfiltr-P3 = 420,3 kg

Mapa dulce= Mfinalx 0,80 = 336,2 L

Mzeamă=Mfinalx 0,20 = 84,1 L

Zeamă clară 1

Mcrb=4109,4 kg

Mz cl= M zeamă+Mcrb = 4193,5 kg

Carbonatare 2

Mcarb2= Mz cl 1+MCao= 4293,5 kg

Filtrare 2

Error: Reference source not found= 0,5 % =>21,5 kg

M zeamă f 2 = Mcarb-P4= 4272,0 kg

Preîncălzire

Error: Reference source not found= 2%=> 85,4 kg

Mprel=Mzeamă+P5= 4186,6 kg

Carbonatare 3

Aflăm cantitatea necesară carbonatării conform reacției :

56 44 100

CaO + Error: Reference source not found > Error: Reference source not found X=178,6 kg

100,0 78,6 x

M carb 3=M pre+M CaCO3= 4365,2 kg

6. Filtrare 3

MN = 49,5 kg

M zeamă sub=MC3-MCaCO3Error: Reference source not found = Error: Reference source not found – Error: Reference source not found – Error: Reference source not found = 4137, 1 kg

14. Sirop standard

Ms1=4137,1 kg

15. Masă groasă 1

Mg1=Ms1-Ms1

Ms1=4137,1 kg

Mapă=413,7 L

Mg1=3723,4 kg

16. Centrifugare 1

Error: Reference source not found= Bx * Error: Reference source not found /100 = 2871,36 kg (99,7 Bx)

Error: Reference source not found =3712,2 kg

17. Afânare

Error: Reference source not found* 0,1 = 371,2 kg

M z cu= *Mz1 =3675,1 kg

18. Uscare

Error: Reference source not found Error: Reference source not found *1,15/100 = 42,3 L

Mu = Error: Reference source not found – MH2O = 3632,8 kg

19. Zahăr cristal

Mzc=3632,8 kg

20. Sirop standard 1

Error: Reference source not found=MSA +MZ = 371,2 + 3632,8 = 4004,0 kg

Masă groasă 1

M'GI =Error: Reference source not found – 0,1 *Error: Reference source not found= 3603,6 kg

22. Centrifugare 2

Error: Reference source not found =M'GI *85,5/100 = 3081,1 kg

23. Sirop standard 2

Error: Reference source not found =Error: Reference source not found -10/100 *Error: Reference source not found =2773,0 kg

Error: Reference source not foundH2O =271,3 kg

24. Masa groasa 2

Error: Reference source not found= Error: Reference source not found =2773,0 kg

Centrifugare 3

Error: Reference source not found= Error: Reference source not found*99,8/100 = 2767,5 kg

Error: Reference source not found =0,3%

Msv2=8,3kg

26. Sirop standard 3

Error: Reference source not found =Error: Reference source not found – 10/100 * Error: Reference source not found =7,5 kg

27. Masa groasa 3

Mss3=Mg3=7,5kg

Cristalizare 1

Mg3=Mcr=7,5kg

29. Cristalizare 2

Error: Reference source not found =7,5kg

Error: Reference source not found =99,98/100 * Error: Reference source not found =7,49 kg

30. Centrifugare 4

Error: Reference source not found =7,49kg

Error: Reference source not found =88,9/100 *Error: Reference source not found 6,7 kg

Error: Reference source not found Error: Reference source not found – Error: Reference source not found =0,8 kg

5.2. Bilanțul material în fabricarea caramelelor

Caramela este fără coloranți, cu umplutură de nuci. Forma – dreptunghiulară. Se produce neambalată.

În 1 kg de produs se conține nu mai puțin de 200 bucăți de caramele ambalate.

Umiditatea caramelei : 2,0%

A. Calculul masei de caramelă la 750,0 kg

Calculăm conținutul de substanțe uscate în materie:

SU = 100 – W (1)

unde: W – umiditatea materiei, %

SUzahăr-tos = 100 – 0,20 = 99,80 %

SUmelasă = 100 – 24,00 = 76,00 %

Calculăm consumul de materie la 1t fază în SU:

(2)

unde: – consumul de materie la 1t fază în natură, kg

SUmat – conținutul de substanțe uscate în materie, %

kg SU

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 1t fază în natură:

(3)

unde: – consumul de materie la 1t fază în natură, kg

kg

Calculăm totalul consumului de materie la 1t fază în SU:

(4)

unde: – consumul de materie la 1t fază în substanțe uscate, kg SU

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 1t fază în SU:

100 %……………………..1000,0 kg

98,0 %…………………..

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 750,0 kg producție finită în SU:

100 %……………………..750,0 kg

98,0 %…………………..

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 750,0 kg producție finită în SU:

(5)

unde: – randamentul consumului de materie în SU, kg SU

P – pierderi, %

kg SU

Calculăm coeficientul de recalculare:

(6)

unde: – totalul consumului de materie la 1t fază în SU, kg SU

– totalul consumului de materie la 1t producție finită în SU, kg SU

Calculăm consumul de materie la 723,00 kg producție finită în SU:

(7)

unde: K – coeficient de recalculare

– consumul de materie la 1t fază în SU, kg SU

kg SU

kg SU

Verificăm totalul consumului de materie la 750,0 kg producție finită în SU:

kg SU

Calculăm consumul de materie la 723,00 kg producție finită în natură:

(8)

unde: – consumul de materie în SU pentru prepararea producției finite, kg SU – conținutul de substanțe uscate în materie, %

kg

kg

Deoarece nu avem conținutul de SU în esența de vanilie, calculăm consumul de materie în natură după următoarea formulă:

(9)

unde: K – coeficientul de recalculare

– consumul de materie la 1t fază în natură

kg

Calculăm totalul consumului de materie la 723,00 kg producție finită în natură:

kg

Tabelul 5.1. Rețeta masei de caramelă la 750 kg

B. Calculul umpluturii la 300,0 kg

Calculăm conținutul de substanțe uscate în materie după formula (1):

SUzahăr pudră = 100 – 0,2 = 99,8 %

SUnuci prăjite = 100 – 2,5 = 97,5 %

Calculăm consumul de materie la 1t fază în SU după formula (2):

kg SU

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 1t fază în natură după formula (3) kg

Calculăm totalul consumului de materie la 1t fază în SU după formula (4):

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 1t fază în SU:

100 %……………………..1000,0 kg

98,85 %…………………..

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 280,00 kg producție finită în SU:

100 %……………………..300,0 kg

98,85 %…………………..

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 300,0 kg producție finită în SU după formula (5):

kg SU

Calculăm coeficientul de recalculare după formula (6):

Calculăm consumul de materie la 300,0 kg producție finită în SU după formula (7):

kg SU

kg SU

Verificăm totalul consumului de materie la 300,0 kg producție finită în SU:

kg SU

Calculăm consumul de materie la 300,0 kg producție finită, după formula (8):

kg

kg

Deoarece nu avem conținutul de SU în esența de vanilie, calculăm consumul de materie în natură după formula (9):

kg

Calculăm totalul consumului de materie la 300,0 kg producție finită în natură:

kg

Tabelul 5.2. Rețeta umpluturii la 300,0 kg

C. Calculul nucilor prăjite la 150,0 kg

Calculăm conținutul de substanțe uscate în materie după formula (1):

SUnuci = 100 – 5,0 = 95,0 %

Calculăm consumul de materie la 1t fază în SU după formula (2):

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 1t fază în SU:

100 %……………………..1000,0 kg

97,5 %…………………..

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 120,40 kg producție finită în SU:

100 %……………………..150,0 kg

97,5 %…………………..

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 150,0 kg producție finită în SU după formula (5):

kg SU

Calculăm coeficientul de recalculare după formula (6):

Calculăm consumul de materie la 150,0 kg producție finită în SU după formula (7):

kg SU

Calculăm consumul de materie la 150,0 kg producție finită, după formula (8):

kg

Tabelul 5.3. Rețeta nucilor prăjite la 150,0 kg

D. Calculul caramelei

Calculăm conținutul de substanțe uscate în materie după formula (1):

SUmasa de caramelă = 100 – 2,0 = 98,0 %

SUumplutură = 100 – 1,2 = 98,8 %

Calculăm consumul de materie la 1t producție finită în SU după formula (2):

kg SU

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 1t producție finită, după formula (3):

kg

Calculăm totalul consumului de materie la 1t produs finit în SU după formula (4):

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 1t producție finită în SU:

100 %……………………..1000,00 kg

98,4 %…………………..

kg SU

Tabelul 5.4. Rețeta caramelei

E. Calculul rețetei mixte

Calculăm consumul de materie pe suma fazelor în natură:

kg

kg

kg

kg

kg

Calculăm consumul de materie pe suma fazelor în SU deupă formula (2):

kg SU

kg SU

kg SU

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie pe suma fazelor în natură după formula (3):

kg

Calculăm totalul consumului de materie pe suma fazelor în SU după formula (4):

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie pe suma fazelor în SU:

100 %……………………..1000,0 kg

98,4 %…………………..

kg SU

Calculăm randamentul consumului de materie la 1t caramelă neambalată în SU:

100 %……………………..1000,0 kg

98,4 %…………………..

kg SU

Calculăm totalul consumului de materie la 1t caramelă neambalată în SU după formula (5):

kg SU

Calculăm coeficientul de recalculare după formula (6):

Calculăm consumul de materie la 1t caramelă neambalată în SU după formula (7):

kg SU

kg SU

kg SU

kg SU

Verificăm totalul consumului de materie la 1t caramelă neambalată în SU:

kg SU

Calculăm consumul de materie la 1t caramelă neambalată, după formula (8):

kg

kg

kg

kg

Deoarece nu avem conținutul de SU în esența de vanilie, calculăm consumul de materie la 1t caramelă neambalată în natură după formula (9):

kg

Calculăm totalul consumului de materie la 1t caramelă neambalată în natură:

kg

Tabelul 5.5. Materialele rețetei mixte

CONCLUZII

Zahărul este un aliment obținut din sfecla de zahăr sau din trestia de zahăr, cu un conținut mare de zaharoză (un dizaharid solid, alb, cristalin), care îi conferă un gust dulce pronunțat. Acesta joacă un rol important în dieta omului, fiind bine reprezentat în majoritatea alimentelor și contribuie într-o măsură mare la aportul total de nutrienți, cel puțin în țările dezvoltate.

Îndulcitorii artificiali sunt substanțe care adăugate în alimente conferă acestora gustul dulce fără a le crește substanțial valoarea energetică. Deși utili din punctul de vedere al reducerii valorii energetice, aceste substanțe nu pot substitui întotdeauna zahărul din alimente deoarece aceștia nu sunt carbohidrați și ca urmare au proprietăți diferite.

Grupa produselor zaharoase include un sortiment larg de alimente, caracterizate printrun conținut mare de zahăr solubil, aspect atrăgător, gust dulce, arome plăcute și valoare energetică ridicată.

Bilanțul tehnologic și-a propus stabilirea consumurilor de materii prime (4000kg sfeclă de zahăr) pentru fabricarea a (3632 kg zahăr cristal), a consumurilor de utilități, a pierderilor (368 kg) care pot apărea pe parcursul procesului fabricare a zahărului, dar și materii prime (zahăr tos 518,7; zahăr pudră 175,1; melasa 117,0), auxiliare (nuci 144,8; esență de vanilie 1,97) și consumurile de utilități utilizate pentru fabricarea caramelelor cu sau fără umplutură.

BIBLIOGRAFIE

[1] D. Todericiu, File din istoria zahărului, Ed. Editura Enciclopedică Română, Bucuresti, (1969);

[2] Z. STĂNESCU, Gh. RIZESCU, Sfecla de zahăr, Ed. Ceres, București, (1976);

[3] E. Roman, Așa se fabrică zahărul, Ed. Tineretului, Bucuresti, (1955);

[4] P. Săvescu, Tehnologii folosite la obținerea zahărului din sfecla de zahăr, Ed. Sitech, Craiova, (2008);

[5] Ș. Brăgărea, Biotehnologii alimentare, Ed. Mirton, Timisoara, (2008);

[6] Em. A. Bratu, Operații și utilaje în industria chimică, Ed. Tehnică, București, (1970);

[7] E. Racolța, Tehnologii generale în industria alimentară–Aplicații și calcule în industria alimentară, Ed. Risoprint, (2006);

[8] C. Banu, Manualul inginerului de industria alimentara, Ed. Tehnica Bucuresti, (2002);

[9] M. Berca, Optimizarea tehnologiilor la culturile agricole, Ed . Ceres, Bucuresti, (1999);

[10] A. P. David, Utilajul și tehnologia de obținere a zahărului, Ed. Risoprint, Cluj–Napoca, (2010);

[11] E. Racolța, Tehnologii generale în industria alimentară, Ed. Risoprint, (2007);

[12] C. Banu, Progrese tehnice, tehnologice și științifice în industria alimentară, Ed. Tehnică, București, (1993);

[13] I. Gâf-Deac, Dezvoltarea structurală a tehnologiilor modern, Ed. Tehnica, Bucuresti, (2001);

[14] P. N. Hreniuc, Bazele tehnologiei și tehnologii industriale, Ed. Risoprind, Cluj, (2005);

[15] P. Săvescu, Metode moderne de analize fizico-chimice utilizate în procesul de obținere a zahărului, Ed. Universitaria, Craiova, (2009);

[16] D. Ciobanu, M. Macoveanu, Minimizarea scăzămintelor tehnologice în industria alimentară prin valorificarea subproduselor și deșeurilor, Vol. II, (2005);

[17] E. Racolța, Tehnologia amidonului și a produselor zaharoase, Ed. Risoprint (2008);

[18] G. Nicolescu, N. Petrescu, Fabricarea produselor zaharoase, Ed. Tehnică, București, (1967);

[19] L. Iliescu, I. Rappaport, I. Fluieraru, Tehnologia produselor zaharoase, Ed. Did. Ped., București, (1974);

[20] E. Racolța, M. Hodrea, T. Șchiop, Îndrumător de lucrări practice pentru produse zaharoase, Ed. Risoprint, (2008);

[21] D. Jukes, Food Additives in the European Union, Department of Food and Nutritional Sciences, University of Reading, (2010);

[22] J. Garcia-Noguera, C. L. Weller, F. I. P. Oliveira, S. Rodrigues, F. A. N. Fernandes, Innovative Food Science and Emerging Technologies, 11, 225–230, (2010);

[23] K. Clauß, H. Jensen, Angewandte Chemie, 85, (2006);

[24] B. A. Magnuson, G. A. Burdock, Critical Reviews in Toxicology, 37, 629–727, (2007);

[25] C. Nofre, J. M. Tinti, Food Chemistry, 69, 245–257, (2000);

[26] J. Whysner, G. M. Williams, Pharmacol Ther, 71, 225–52, (1996);

[27] M. P. Labare, A. Martin, Environmental Toxicology and Chemistry, 12, 797–804, (1993);

[28] J. W. Ellis, Journal of Chemical Education, 72, 671–675, (1995);

[29] L. Serra-Majem, L. Bassas, R. Garcia-Glosas, Food Additives & Contaminants: Part A,  20, 1097–104, (2003);

[30] R. Ikan, Academic Press., 2, 17–18, (2001);

[31] M. Soffritti,  Environmental Health Perspectives, 114, A516–A517, (2006);

[32] C. Wohlfarth, CRC Press, (2006);

[33] M. W. Kearsley, R. C. Deis, Ames: Oxford, 249-249-261, (2006);

[34] P. Lawson, Mannitol, Blackwell Publishing Ltd., 219–225, (2007);

[35]  K. Raninen, J. Lappi, Nutr. Rev., 69,  9–21, (2011);

[36] M.A. Cantarelli, R.G. Pellerano, Food Chem, 115, 1128-1132, (2009).