PANCARIN ŞEKERE İŞLENMESİ PANCARIN ŞEKERE İŞLENMESİ PANCARIN ŞEKERE İŞLENMESİ PANCARIN ŞEKERE İŞLENMESİ PANCARIN ŞEKERE İŞLENMESİ

Transkript

1 Pancarın Şekere İşlenmesindeki İşlem Basamakları 1. Pancarın hasadı ve fabrikaya nakli 2. Pancarın yıkanması, tartılması ve kıyılması 3. Pancardan ham şerbet elde edilmesi 4. Ham şerbetin temizlenmesi 5. İnce şerbetin koyulaştırılması 6. Şurubun (koyu şerbetin) lapaya işlenmesi 7. Kristalizasyon 8. Ham şeker elde edilmesi 9. Ham şekerin arıtılması Pancarların olgunlaşması ekolojik koşullara ve pancarın çeşidine göre farklı zamanlarda olur. Birim zamanda, oluşan ve kullanılan şeker miktarı birbirine eşitlendiği zaman pancar fizyolojik olgunluğa erişmiş olur. Artık, bu aşamada, pancarda şeker birikimi durmuştur. Ülkemiz pancarlarında bu zaman genellikle Eylül-Ekim aylarına rastlar Ancak, pancarın hasat tarihinin belirlenmesinde fizyolojik olgunluğun yanısıra fabrikanın kapasitesi ve işleme düzeni ile havanın gidişi de göz önüne alınır Türkiye de pancar sökümü Ağustos ayında başlayıp Aralık başına kadar sürer (pancarların bir kısmının tam fizyolojik olgunluğa erişmeden erken söküm, bir kısmının da aşırı olgun halde hasat edilmesi geç söküm). Tarlada sökülen pancarların baş ve yaprakları ile uzun olan kuyrukları kesilir. Pancarın baş kısmı tüm pancar ağırlığının yaklaşık % 10 unu oluşturur Pancarda biyokimyasal tepkime ve değişimler hasattan sonra da sürer. Bu değişimler kendini solunum şeklinde belli eder. Solunum sırasında solunum şiddetine bağlı olarak pancarın şeker içeriği azalır. Tarladan sökülen pancarlar fabrikada işlenene değin iki aşamada depolanırlar. Bunlar, fabrikaya nakledilmeden önceki ve sonraki depolama (silolama) işlemleridir İşlenecek pancarlar fabrikaya traktör römorku, kamyon ve trenle nakledilir Pancar üreticisi tarafından fabrikaya teslim edilen pancar partilerinden örnek alınarak pancarın şeker yüzdesi ve saflık katsayısı belirlenir. Pancarın çözünür kurumadde içeriği refraktometre, şeker içeriği ise polarimetre ile ölçülür. Şeker yüzdesi fazla ve saflık katsayısı yüksek olan pancarlar için ekstra prim ödenir, az olanların fiyatında ise indirim yapılır Pancar partilerinin başlıca çamur ve bunun yanısıra sapçöp, taş ve yaprak artıklarından ileri gelen yabancı madde içeriği belirlenir. Belli bir miktardan fazlası için fiyatta indirim yapılır Tren vagonları ya da kamyonlar fabrikanın betondan yapılmış silolarına yanaşarak yüklerini boşaltırlar. Boşaltma işlemi kürekle, hidrolik devirme tertibatı ile ya da ELFA adı verilen basınçlı su sistemi ile yapılır. 1

2 1. Pancarın olgunluk durumu Erken hasat edilen dolayısı ile fizyolojik olgunluğa erişmemiş pancarlar olgunlara oranla daha fazla solunum yapar. Pancarın depolanma sıcaklığının yüksek olması da solunumu arttıran bir diğer etmeni oluşturur. 2. Pancarın fiziksel zarar görme, berelenme derecesi Hastalıklı, çürümeye başlayan ya da berelenmiş, yaralanmış pancarlar depolanmaya uygun değildir. Kısa sürede tüm kitlenin bozulmasına ya da kalite kaybına uğramasına neden olurlar 3. Pancarın hastalıklı ve çürüklü olup olmaması 4. Pancarın don etkisine uğramış olup olmaması Dona maruz kalmış pancarlar da depolanmaya uygun değildir. Don olayı sonucunda pancar dokuları ve hücreleri parçalandığından diffüzyon işlemi sırasında bu tür pancarlardan elde edilen ham şerbete fazla miktarda istenmeyen maddeler karışır. Ayrıca böyle pancarlar mikroorganizma etkinliğine de uygun haldedir. 5. Depolama sıcaklığı 6. Havalanma durumu Depolanan pancarların yeterince havalanması gerekir. Aksi halde, ortamda oksijen bulunmaması durumunda, pancar solunum yapamayacağından, pancar bünyesindeki enzimler anaerobik koşullarda daha değişik tepkimeler katalizleyerek pancarda daha sonra şerbete de geçecek olan istenmeyen maddelerin oluşumuna neden olurlar Pancarın Yıkanması, Tartılması ve Kıyılması Pancarların asıl yıkanması, fabrikanın en alt katında bulunan yıkama teknesinde olur Yıkanmış pancarlar elevatörlerle fabrikanın en üst katına nakledilerek kantara ve daha sonra da kıyım makinesine aktarılır Tartımdan gelen pancar doğrama makinasına düşerler (Lapa halinde olmamalı). Pancarlar bu makinada 5-10 cm uzunluğunda ve 3-5 mm genişliğinde ve mm kalınlığında şeritler biçiminde kıyılır (pancar parçaları sıcak suyla temasa geldiği zaman; hücrelerde moleküler dispers halde bulunan maddelerin, özellikle şekerin, ozmoz yoluyla kısa zamanda tamamen suya geçmesi, buna karşı büyük moleküllü ve özellikle kolloid halindeki şeker olmayan maddelerin hücrelerde kalması istenir) Şeker pancarı hücrelerindeki kofullar, içinde fazla miktarda sakkaroz ve bunun yanı sıra diğer bazı maddelerin çözünmüş olduğu yoğun bir sıvıyla (hücre suyuyla) doludur. Şeker fabrikasyonunda amaç bu şekerin dışarı çıkarılmasıdır. Bu işlem hücre zarının yarı geçirgen özelliğinden yararlanılarak diffüzyon yoluyla gerçekleştirilir. Bunun için de ters akım prensibine göre çalışan değişik tiplerde diffüzörlerden yararlanılır Diffüzyon Geçirgen bir zarın iki tarafına yoğunlukları farklı iki sıvı konduğu zaman, iki taraftaki sıvının da yoğunluğu aynı oluncaya değin taraflar arasında madde alışverişi olur. Yani, yoğun sıvının bir kısmı zardan geçerek az yoğun sıvıya, az yoğun sıvının bir kısmı da çok yoğun sıvıyı geçer. Bu olay diffüzyon olarak adlandırılır. Diffüzyon Yoluyla Pancardan Çıkarılan Şeker Miktarını Etkileyen 1. Sıcaklık derecesi Protoplazmanın denatüre edilmesi -pancar dilimleri buharla haşlanır ya da sıcak su ve sıcak şurupla muamele edilir. Protoplazmanın denatüre olması için C sıcaklık yeterlidir), 2. Diffüzyon süresi, Sıcaklığın yükselmesi diffüzyon hızını arttırır. Ancak, sıcaklık derecesinin fazla olması ya da sıcaklık uygulama süresinin uzaması pancardaki şeker olmayan maddelerin de şerbete geçmesine neden olur. Ayrıca, hücre zarının yapısında ve hücreler arası oluşumlarda yer alan pektik maddeler hidrotasyona uğrayıp şişerek hücre zarı geçirgenliğinin azalması, dolayısıyla diffüzyonun yavaşlaması hatta bazen durmasına neden olurlar ki bu olaya diffüzyonun oturması adı verilir. 3. Alınan ham şerbet miktarı (=çekiş), 4. Pancar dilimlerinin yüzeyinin fazlalığı 2

3 Diffüzyon Uygulamasında Göz Önüne Alınması Gereken Hususlar 1. Pancar dilimlerinde bulunan şekeri mümkün olduğunca almak, dilimlerde çok az şeker bırakmak. 2. Mümkün olduğunca yüksek konsantrasyonlu şeker çözeltisi elde etmek. Böylece buharlaştırılması gereken su miktarını azaltarak zaman ve enerji sarfını en az düzeyde tutmak. 3. Mümkün olduğunca şekerden başka madde içeriği az olan, yani saflık katsayısı yüksek bir şerbet elde etmek. Şeker fabrikalarında, diffüzyon işleminin gerçekleştirildiği sistemlere diffüzör denir. Diffüzörler; 1. Kesintili çalışan diffüzörler (diffüzyon bataryaları) 2. Sürekli çalışan diffüzörler (kontüni diffüzörler) Sürekli çalışan (Kontüni) diffüzörlerden en önemli olan ve Türkiye şeker fabrikalarında kullanılanları: 1. Olier, 2. Turm (Kule) ve 3. R.T. (Rafinesi Tirlementoise) diffüzörleridir Şerbet, içinde bulunan küspe ve diğer katı maddelerin uzaklaştırılması için kalbur şeklindeki küspe yakalayıcıdan geçirilir, ölçme kabından geçer ve ısıtılarak sıcaklığı C ye çıkarılır. Bundan sonra temizleme işlemine geçilir. Ham şerbetin temizlenmesinin esası; ham şerbetin önce kireçle muamele edilmesi, sonra da kireçli şerbete CO 2 vererek kireci CaCO 3 şeklinde çökertmek ve takiben süzmekten ibarettir. Bu işlemlerden birincisi kireçleme ikincisi saturasyon işlemi adları ile anılır Ham şerbetin kireçlenmesi ile, içinde bulunan; Fosfor asidi, suda çözünmeyen kalsiyum fosfat haline dönüşerek, Oksalik ve sitrik asit gibi organik asitler suda az çözünen kalsiyum tuzlarına dönüşerek, Demir ve mağnezyum metal hidroksitleri haline dönüşerek, Proteinler koagüle olarak ve parçalanarak, Amonyum tuzları, amino asitler, pektik maddeler parçalanarak ve tuz oluşturarak, İnvert şekerler parçalanarak şerbetten uzaklaşırlar. Şerbetin ph sı yükselerek (ph= ) alkali ortam oluşur ve mikroorganizmalar ölür. Bu arada bir kısım şeker (sakkaroz) de fazla kirecin bir kısmıyla birleşerek suda çözünebilir, kalsiyum mono sakkarat formuna dönüşür. C 12 H 22 O 11 + Ca(OH) 2 CaC 12 H 20 O H 2 O Kireçlemeden sonra saturasyon yapılır. Bu işlemde kireçlenmiş olan şerbet CO 2 ile doyurulur. Bu sırada başlıca 2 tepkime meydana gelir. Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O CaC 12 H 20 O 11 + CO 2 + H 2 O C 12 H 22 O 11 + CaCO 3 Şerbette bulunan fazla kireç kalsiyum karbonat şeklinde çöker Suda çözünür nitelikteki kalsiyum monosakkarat yeniden sakkaroz ve kalsiyum karbonata ayrılır Şerbetin ph sı da aşamalı olarak 10.9 a ve 9.5 e indirilir Çökelen CaCO 3 büyük bir yüzeye sahip olduğundan renk maddeleri ve diğer kolloidleri de adsorbe ederek beraberinde çöktürür. Böylece şerbet durulur, rengi açılır ve su gibi saydam bir görünümde, filtre edilebilecek durumdaki ince şerbet elde edilmiş olur. Saturasyon işlemi I. saturasyon ve II. saturasyon olmak üzere 2 aşamada yapılır. I. saturasyon sürekli değildir. Önce saturatörler doldurulup saturasyon yapılır, sonra kireçleme çamurunu içeren şerbet bu çamurdan ayrılmak üzere basınçlı filtrelere gider. Bu şerbet sonra bir kez daha satüre edilerek şerbetin kireç içeriği daha da azaltılarak 0.1 g/l CaO düzeyine indirilir. Gerekirse 3.cü bir saturasyon da yapılabilir. II. saturasyon daha küçük satüratörlerde yapılır ve bu aşamada sürekli çalışmak olanaklıdır. Bazen ikinci saturasyon kükürtleme işlemi ile birleştirilir. Bu kükürtlemenin sonunda yeniden organik asitler çökertilir ve ayrıca renk açılır. İkinci ya da gerekiyorsa üçüncü saturasyondan sonra şurup kalsiyum bikarbonhatın Ca(HCO 3 ) 2 çökmesi için kaynatılır ve bir kez daha filtre edilir. 3

4 Saturasyon sırasında su buharı sevkedilmesi ve kireçleme çamurunun yıkanması sonucu, ham şerbetten daha sulu ve daha duru olan, ince şerbet elde edilir (kurumadde içeriği Briks, şeker içeriği % , saflık katsayısı yaklaşık % 93) Saturasyon, ya titrimetrik yöntemle ya da indikatör kağıtları ile kontrol edilir. CaO miktarının birinci saturasyon sonunda % 0.1 (1 g/litre), ikinci saturasyon sonunda ise % 0.01 (0.1 g/l) düzeyine inmesi istenir. Birinci ve ikinci saturasyondan sonra oluşan ve kireçleme çamuru olarak adlandırılan çamurun şerbetten ayrılması için uygulanan süzme işlemi, basınç altında, plakalı filtrelerde yapılır. İnce Şerbetin Koyulaştırılması Şerbetteki sakkarozun kristalleşebilmesi için, konsantrasyonunun arttırılması, yani suyunun büyük ölçüde buharlaştırılması gerekir. Buharlaştırma işlemi 2 aşamada gerçekleştirilir. I. aşamada şerbet konsantrasyonu % 65 e çıkana değin koyulaştırılır (ince şerbetin koyulaştırılması). Bu arada koyu şerbette oluşan değişimlerin ürünleri temizlenir. II. Aşamada uygulanan özel bir teknikle koyu şerbette (şurupta) kalan su da önemli ölçüde buharlaştırılarak (4 etkili evaporatörler) şurubun su içeriği % 8-9 a indirilir ve şurup sakkarozun kolayca kristalleşebileceği hale getirilir ki bu işlem şurubun lapaya işlenmesi olarak adlandırılır. İnce Şerbetin Koyulaştırılması Buharlaştırma (Koyulaştırma) Sırasında Şurupta Meydana Gelen Olaylar 1. Suyun buharlaşması 2. Sakkarozun parçalanması ve şurup renginin esmerleşmesi (Karamelizasyon ve maillard tepkimesi) 3. Taş oluşumu 4. Alkaliliğin değişmesi Şerbetin koyulaştırılması sırasında oluşan taşların başlıcaları CaSO 4, CaCO 3 ve Ca(HCO 3 ) 2 ile CaC 2 O 4 (kalsiyum oksalat) ve Ca(C 2 H 3 O 3 ) 2 (kalsiyum glikolat)'tır. Şurubun (Koyu Şerbetin) Lapaya İşlenmesi Şurup, süzülür ve pişirme adı verilen işlemin uygulanmasıyla kalan suyun da büyük bir bölümü buharlaştırılarak şeker çözeltisi doygun hale getirilir. Bu doygunluk noktasından itibaren çözeltideki şekerin bir kısmı kristalleşmeye uğrar. Bu ürüne lapa, uygulanan işleme de lapaya işleme (pişirme) adları verilir. Lapa; hem kristal, hem de çözünmüş halde şeker içeren, koyu, esmer renkli, yapışkan bir karışımdır. Şurubun pişirilmesi işlemi, karamelizasyonu önlemek amacıyla, vakum altında yapılır. Vakum kazanlarındaki sıcaklık, C de, vakum ise Torr kadardır. Pişirme işlemi, lapanın kuru madde içeriği % olana değin sürdürülür. Lapa içindeki şekerin yaklaşık % 50 si kristal halde, diğer yarısı ise lapanın sıcak olması nedeniyle, sıvı haldedir. Kristalizasyon Lapa Kristalizatör adı verilen soğutucu aygıtlara sevk edilerek şekerin geri kalanının da kristalize olması sağlanır. Şeker lapasının birden soğumaması için kristalizasyon kaplarının (kristalizatörlerin) çeperleri izolasyonludur. Lapa kristalizatörde yavaş yavaş karıştırılarak ya da hareket ettirilerek soğutulur. Lapanın hareketi kristalizatör içine yerleştirilmiş paletlerle ya da kabın dönmesiyle sağlanır. Lapanın viskozitesini azaltmak için, içine bir miktar yeşil şurup katılır. Yavaş yavaş hareket, sıcak tutma ve belirli bir koyuluğun sürekliliğinin sağlanmasıyla kristalleri oluşturan moleküllerin düzenli ve karşılıklı bir şekil alması kolaylaştırılmış olur. Şurup ya da su ile sulandırılan, kristalizasyonu tamamlanmış, 45 C sıcaklıktaki lapa, kristalizatörlerin bir altındaki katta bulunan santrifüjlere sevk edilir. Hızları d/d olan bu santrifüjlerde, kristalize şeker şuruptan ayrılır. Lapanın santrifüjü ile ayrılan bu şurup, artık şurup ya da yeşil şurup adlarıyla anılır. Şeker lapasının ve bu lapadan elde edilen I. ham şekerin bileşimleri şöyledir. Bileşenin adı Şeker lapası(%) Ham şeker (%) Şeker Su Kül Diğer

5 Ham şeker özgün kokulu, üzerinde kalmış bulunan şuruptan dolayı sarımsı renkte, 2-4 mm irilikteki kristallerden oluşur. II. ve III. Ham Şekerler: Birinci ham şekerin elde edilmesi sırasında santrifüjde ayrılan artık şurubun içinde de şeker, su ve şeker olmayan maddeler vardır. Bu şurubun kurumadde içeriği % olup saflık katsayısı da kadardır. Birinci artık şurup adı verilen bu şurup yeniden vakumda pişirilerek bundan II. ham şeker ile II. artık şurup elde edilir. Hatta II.ci artık şurubun işlenmesi suretiyle III. ham şeker de elde edilebilir. En son kalan ve kristalleşmeyen şuruplar ise melası oluştururlar. Melas Melas, şeker fabrikalarının en önemli artıklarından biridir. Rengi kahverengimsi olup kurumadde içeriği % 80 kadardır. Ortalama bileşimi şöyledir: Şeker % 50-60, diğer organik maddeler % 15-20, tuzlar % 5-10, su % Melasta bulunan sakkarozdan başka organik maddeler arasında; özellikle, invert şeker, raffinoz, pektinin parçalanma ürünleri, süt asidi ve azotlu maddeler başta gelir. Azotlu maddeler arasında Betain in yanısıra Asparagin, Lösin, İsolösin ve Tirozin de önemli bir yer tutar. Ham şeker; pek hoşa gitmeyen bir tad ve kokuya sahip, sarı renkte, yapışkan karakterli olduğu ve çözündüğü zaman genellikle duru bir çözelti oluşturmadığı için, doğrudan tüketimde kullanılmaz. Doğrudan tüketime sunulmak için, ham şeker, "Affinasyon" ve "Raffinasyon" adı verilen iki uygulama ile safsızlıklarından arındırılır. Affinasyonda, ham şeker, "arı artık şurup" ya da "arı su" ile yıkanır. Raffinasyonda ise şeker arı su ile çözündürülür, temizlenir ve yeniden kristalize edilmek üzere lapaya işlenir. Affinasyon Affinasyon işlemi iki türlü yapılabilir. 1. Hamşeker önce arı artık şurupla karıştırılır ve oluşan lapa kıvamındaki madde santrifüjlenir. Sonra santrifüjlenmekte olan kristal şeker üzerine gittikçe saflaşan şeker çözeltisi püskürtülür. Bu sırada püskürtülen şurup (yıkama şurubu) ham şekerin üstünde kalmış olan sarı şurubu yıkar. Bu yöntem arı arıtma şuruplarına sahip olan arıtma yerlerinde uygulanır. 2. Affinad (=affinasyon şekeri) yapmak isteyen fakat ellerinde yıkama şurubu bulunmayan ham şeker fabrikalarında uygulanır. Bu fabrikalarda, affinasyon, santrifüjlenmekte olan ham şekerin üzerine sis halinde arı su ( Buhar suyu) püskürterek şekerin üstündeki sarı renkli şurubun yıkanması suretiyle yapılır. Daha henüz nemli olan affinad kristallerinin birbirine yapışmasını önlemek için, bunlar sıcak hava akımı ile ve karıştırılarak kurutulurlar. Raffinasyon Raffinasyon işlemi için ham şeker, şurupla lapa haline getirilir, santrifüjlenir ve beyazlaşıncaya değin yıkama şurubu ile yıkanır. Karıştırma düzenine sahip kaplar içinde buhar suyu katılarak Brix lik bir çözelti haline getirilir. Şeker çözeltisi hafif sarımsı renkte ve biraz bulanık görünümdedir. Çözelti önce alkalileştirilir (kireçleme ve saturasyon), sonra filtreden geçirilerek süzülür. Renksiz ve duru hale gelen beyaz şeker şurubu koyu şerbette olduğu gibi vakum kazanlarına sevkedilerek beyaz şeker lapası haline getirilir (su içeriği % 10-11, saflık derecesi % 99). Lapa, beyaz şeker santrifüjlerinde arı şeker şurubu ya da suyla yıkanır ve santrifüjlenerek su içeriği % 2 ye düşürülür. Raffinasyon Elde edilen şeker plakalar halinde preslenir, kurutulur ve kesme makinalarına sevkedilerek kesme şeker haline getirilir. Kesme şekerler bir kalbur üzerinden geçirilerek ufak parçaların kalburun altında toplanması sağlanır. Bu ufak şeker parçaları yıkama şurubu yapılmak üzere suda çözündürülür ya da toz şeker halinde piyasaya sunulur. Rafine şekerin saflık derecesi % tir. 5