ÖZEL GIDALAR TEKNOLOJİSİ (Şeker, Kakao ve Çikolata, Şekerleme, Çay, Kahve)

ÖZEL GIDALAR TEKNOLOJİSİ (Şeker, Kakao ve Çikolata, Şekerleme, Çay, Kahve) Doç.Dr. Osman KOLA Öğr. Gör. Hüseyin DURAN Günümüzde şeker pancarı ve şeker kamışından yaygın bir biçimde üretilen şeker, tarihin çok eski çağlarından beri insanlar tarafından kullanılan gıda maddelerinden biridir XVIII. yüzyıla değin şeker üretimi için yararlanılan tek bitki şeker kamışı Şeker kamışının anavatanı Hindistan ve Bangladeş M.Ö. IV. yüzyılda, İskenderin İran seferinden sonra şeker kamışının varlığı eski Yunanlılar ve Romalılar tarafından da öğrenilmiş Şeker kamışındaki şekerli maddelerin çıkarılarak koyu bir şurup haline getirilmesi olayı da ilk kez Hindistan da gerçekleştirilmiş Şekerin diğer maddelerden arıtılması yöntemi M.S. VIII. yüzyıl sonlarında Mısır da geliştirilmiş Günümüzde şeker pancarı ve şeker kamışından yaygın bir biçimde üretilen şeker, tarihin çok eski çağlarından beri insanlar tarafından kullanılan gıda maddelerinden biridir M.S. XII. ve XIII. yüzyıllarda Sicilya ve İspanya da da şeker kamışı üretimine başlanmış Beyaz pancarın ısıtılması ile tatlı bir şurup elde edildiği ilk kez XVI. yüzyılda Fransa da belirlenmiş Pancardan şeker çıkarılması yönünde çalışmalar ilk kez XVIII. yüzyıl ortalarında Almanya da başlatılmış XIX. yüzyıl başında şeker pancarından şeker çıkaran ilk fabrikalar Almanya, Fransa ve Rusya da kurulmaya başlanmış Pancardan şeker üretme sanayi XIX. yüzyıl sonlarında hızla gelişmeye ve yayılmaya başlamış Türkiye de Şeker Sanayinin Kurulması ve Gelişmesi XIX. yüzyıl ortalarında, Osmanlı İmparatorluğunda da şeker pancarı tarımına girişmek ve şeker sanayi kurmak yönünde girişimlerde bulunulmuş Türkiye de şeker fabrikalarının kurulması ve üretime geçmesi Cumhuriyetin ilk yıllarında gerçekleştirilmiş ve 1926 yılında biri Alpullu diğeri Uşak ta iki şeker fabrikası birden üretime geçmiştir Daha sonra, 1933 yılında Eskişehir ve 1934 yılında da Turhal şeker fabrikaları kurularak fabrika sayısı 4 e yükselmiştir 1935 yılında Ziraat Bankası, Sümerbank ve İş Bankasının katılımı ile kurulan Türkiye Şeker Fabrikaları Anonim Şirketi bu dört fabrikayı tek bir kuruluş halinde birleştirmiştir 1953 yılında Adapazarı, 1954 yılında Konya, Kütahya, Amasya, 1955 yılında Kayseri, 1956 yılında Erzurum, Erzincan, Elazığ, Malatya, Susurluk, Burdur, 1962 yılında Ankara ve 1963 yılında Kastamonu şeker fabrikaları kurularak üretime geçmiştir 1

Dünya şeker üretiminin hemen tamamı şeker kamışı (Saccharim oficinarum) şeker pancarından (Beta Vulgaris Saccharifera) yapılmaktadır 2

Şeker Sanayinin Türkiye Tarımı ve Ekonomisine Etkileri Tarımda münavebe (nöbetleşe ekim)olanağını arttırmıştır, Emek yoğun bir bitki olması nedeniyle tarımda iş sahası yaratmıştır, Tarımda makinalaşmayı, sulama tesisleri kurulmasını ve diğer teknik gelişmeleri özendirmiştir, Çiftçinin örgütlenmeyi ve işbirliği yapmayı öğrenmesine yardım etmiştir. Tahıl ve benzerine oranla birim alandan daha fazla ekonomik değer yaratılmasını sağlamıştır. Şeker Sanayinin Türkiye Tarımı ve Ekonomisine Etkileri Tarımda münavebe (nöbetleşe ekim)olanağını arttırmıştır, Emek yoğun bir bitki olması nedeniyle tarımda iş sahası yaratmıştır, Tarımda makinalaşmayı, sulama tesisleri kurulmasını ve diğer teknik gelişmeleri özendirmiştir, Çiftçinin örgütlenmeyi ve işbirliği yapmayı öğrenmesine yardım etmiştir. Tahıl ve benzerine oranla birim alandan daha fazla ekonomik değer yaratılmasını sağlamıştır. Şeker Sanayinin Türkiye Tarımı ve Ekonomisine Etkileri İşleme artığı olan posa ve melas vasıtası ile hayvancılığın gelişmesine katkıda bulunmuştur, Melas vasıtasıyla ülkede bir ispirto hammaddesi yaratmıştır, Makina sanayiinin gelişmesine katkıda bulunmuştur, Döviz tasarrufu sağlamıştır, Temel gıda maddelerinden biri, yani stratejik bir madde olan şeker bakımından ülkenin dışa bağımlı olmasını önlemiştir. ŞEKER PANCARI Şeker Pancarı Şeker pancarı, Chenopodiaceae (kazayağıgiller) familyasından Beta Vulgaris Saccharifera İki yıllık bir bitkidir. 1.ci yıl kök kısmında besin maddeleri toplanır ve 2.ci yıl bu maddeler kullanılarak çicek ve tohumlar oluşturulur. Pancar çoğunlukla fazla soğuk ve sıcak olmayan, yıllık yağış miktarı 600 mm nin üzerinde olan bölgelerde yetiştirilir. Bitki şeker biriktirmek ve kurumadde oluşturmak için fazla miktarda su kullanır. (1 g şeker oluşturabilmek için yaklaşık 250-300 g su) ŞEKER PANCARI (Anatomisi) Şeker Pancarı Beyaz renkte, Konik şeklinde, İkinci derecedeki kökleri küçük, Ağırlığı 200-2000 g arasında, Pancar; 1. Epikotil (baş) 2. Hipokotil (boyun) 3. Gövde 4. Kuyruk olmak üzere 4 kısıma ayrılır ŞEKER PANCARI (Anatomisi) Şeker Pancarı Epikotil (baş) kısmı: Yaprakların çıktığı kısımdır. Şeker içeriği çok düşüktür. İşleme sırasında yapraklarla birlikte ayrılır. Hipokotil (boyun) kısmı: Baş ile yan köklerin çıkmaya başladığı gövde kısmı arasındadır. İşleme sırasında kesilerek atılmaktadır. Gövde kısmı: Yüksek oranda şeker içerir ve pancarın en önemli kısmını oluşturur. Yan kökler de bu kısımdan çıkar. Kuyruk kısmı: Gövdenin alt tarafında, gövde çapının 2 cm den daha az olduğu yerden itibaren olan kısım kuyruk olarak adlandırılır. Bu kısmın şeker içeriği çok azdır. 3

Şeker pancarının kimyasal bileşimi; Çizelge 1. Şeker Pancarının Ortalama Kimyasal Bileşimi Bileşenin Adı Taze Pancarda Miktarı (%) Kurumaddedeki Miktarı (%) Su 76.5 - Toplam kurumadde 23.5 100.0 Sakkaroz * 16.5 70.2 Pektin 2.5 10.7 Sellüloz 1.2 5.1 Azotlu maddeler 1.1 4.6 Madensel maddeler 1.7 7.2 Lipidler 0.1 0.4 Diğerleri 0.4 1.8 * Ülkemiz pancarlarının şeker içeriği % 15-21 arasında değişmektedir Sakkaroz Sakkaroz bir mol glikoz ile 1 mol früktozun birleşmesiyle oluşan bir disakkarittir. Bu birleşme aldehit ve keton grupları arasında olduğundan sakkaroz indirgen değildir. Sakkaroz saf suda kolaylıkla kristal oluşturur. Saf olmayan suda, özellikle K ve Na iyonlarının varlığında ise belirli bir konsantrasyona kadar kristal oluşumu zorlaşır. Ortamdaki 1 g tuz, 5 g sakkarozun kristalizasyonunu önler. Sakkaroz suda kolay çözünür. Çözünme sırasında ortamdan ısı alır. Dolayısı ile çözeltinin sıcaklığı düşer. Çözünme sırasında toplam hacim azalır. Bunun nedeni su moleküllerinin bir kısmının sakkaroz molekülleri arasına girmesidir. Sakkaroz Sakkarozun sudaki çözünürlüğü sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişir. Örneğin sakkarozun 0, 20, 50 ve 100 C deki çözünürlükleri, sırasıyla, % 64, %67, % 72 ve % 83 tür. Sakkarozun erime noktası 185-186 C dir. Bu sıcaklıkta şeker sıvı hale geçer ve kristal yapısını yitirerek amorf şekle geçer. 200 C de parçalanıp esmerleşir ve karamelize olur. Sakkaroz uzun süre 100 C ye kadar ısıtılırsa önce sarı, daha sonra ise esmer bir renk alarak karamelize olur. Sakkaroz asidik ortamda glikoz ve früktoza hidrolize olur. Bu olaya inversiyon adı verilir. İnversiyon hızı ve derecesi sıcaklıkla doğru, ph ile ters orantılı olarak değişir. Sakkaroz Sakkaroz metal hidroksitlerle birleşerek sakkaritleri oluşturur. Örneğin sakkaroz kireçle mono, di ve tri kalsiyum sakkarit olmak üzere üç ayrı bileşik meydana getirir. Bunlardan mono ve di kalsiyum sakkaridin suda çözünmesine karşın trikalsiyum sakkarit suda çözünmez. ph= 6-9 da sakkaroz stabildir. Saf kristal haldeki sakkarozun oda sıcaklığındaki yoğunluğu 1.5892 dir. 1 g şekerin hacmi 0.63 cm 3 tür. Sakkaroz molekül yapısına 4 mol H 2 O bağlayarak hidrat formu oluşturur (C 12 H 22 O 5 x 4H 2 O). Sakkarozun higroskopik özelliği nisbeten zayıftır. İnvert Şeker Normal koşullarda pancarda sakkarozun yanısıra % 0.1 kadar invert şeker vardır. İnvert şeker pancarın toprak üstü kısımlarında daha yoğundur. Donmuş ve çürümüş pancarlarda invert şeker oranı daha da yükselir. Ayrıca, işleme sırasında sakkarozun parçalanmasıyla da bir miktar invert şeker oluşur. İnvert şeker suda çözünür. Saf haldeyken renksizdir. Uzun süre ışıkta bekletildiğinde glikoz kristalleşerek çökelir. İnvert şeker amino asitlerle birleşerek renk kararmasına, browning olarak adlandırılan esmerleşmeye neden olur. Sakkarozun kristalizasyonunu güçleştirir. İndirgendir. CuSO 4 ü indirger, fehling ile tepkimeye girer. Rafinoz (= Melibiyoz) Rafinoz, sakkaroza bir molekül galaktoz bağlanması ile oluşan, glikoz-früktoz-galaktoz bileşiminde bir trisakkarittir. Bir diğer adı da Melibiyoz dur. Normal koşullarda şeker pancarında % 0.3-0.5 oranında bulunur. Pancarın işlenmeden önce uzun süre bekletilmesi, özellikle don olayına maruz kalması durumunda miktarı artar. Kolay parçalanmayan stabil bir yapıya sahip olup işleme sırasında melasta kalır. Azotlu Maddeler Pancarın bileşiminde bulunan azotlu maddeler başlıca protein, serbest amino asitler, nitratlar ve amonyaktan oluşur. Pancardaki azot ve şeker miktarları arasında genellikle sabit bir oran vardır. Ortalama olarak bu oran 1.35/100 şeklindedir. Azotlu maddeler şeker fabrikasyonunu güçleştiren maddelerdir. 4

Melibiyoz Rafinoz Fruktoz Pektik Maddeler Şeker pancarının bileşiminde sakkarozdan sonra en fazla bulunan madde pektik maddelerdir. Hücrenin iskelet yapısında yer alırlar. Hücre duvarlarının ve hücreler arası bağın temel maddelerindendirler. Olgunlaşma ile miktarları azalır ve yapıları değişir. Esas itibarıyla, galakturonik asit ve galakturonat esterlerinin oluşturdukları dallanmış zincir yapısındaki dev moleküllerden oluşurlar. Kompleks karbonhidratlar grubundandırlar. Zincir yapılarının büyüklüklerine ve esterleşme düzeylerine bağlı olarak özellikleri değişir. Yapı ve özelliklerine bağlı olarak protopektin, pektin, pektinik asit, pektinaz, pektik asit pektat ve oligagalakturonat adları ile anılırlar. Diğer Bileşenler Asitler.- Pancarlarda bulunan en önemli asitler oksalik, tartarik, sitrik, laktik, süksinik ve malik asitlerdir. Kireçle oluşturdukları tuzların suda çözünme dereceleri şeker üretim işlemleri açısından önemlidir. Glikozitler.- Pancarda bulunan en önemli glikozid Saponin dir. Pancar bileşimindeki oranı yaklaşık %0.14 kadardır. Bunun hemen hemen 1/3 ü işleme sırasında şerbete geçer. Köpürmeye neden olmasından dolayı işleme sırasında zorluk çıkaran maddelerden biridir. Lipidler.- Pancardaki lipidler gerek miktar gerekse işlem açısından önemli değildir. Çoğunlukla oleik ve palmitik asit esterlerinden ibarettirler. Madensel maddeler (kül).- Pancarda bulunan madensel maddelerin başlıcaları klor, fosfor, sodyum, kalsiyum ve silisyum olup çoğunlukla oksit formundadırlar. Sakkarozun kristalleşmesini güçleştirdikleri için pancardaki miktarının az olması istenir. ŞEKER PANCARI (Saflık Katsayısı) Pancarda ve Şerbette Saflık Katsayısı Şeker miktarının çözünür kurumaddeye oranı saflık katsayısı olarak adlandırılır. Bir başka tanımla, saflık katsayısı, kurumaddede bulunan yüzde sakkaroz miktarıdır. Bu tanımlamaya göre; Şeker Saflık katsayısı = x 100 Kurumadde Bu katsayı, şeker sanayinde, pancar alımı sırasında bir kalite öğesi olarak kullanıldığı gibi, fabrikasyon aşamalarında şerbet ve şurubun saflık derecesini belirlemede de kullanılan bir ölçü birimidir. Ham şerbette 88 çevresinde olan saflık katsayısı rafinasyon sonucunda 99.9 a erişir. 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 5

Pancarın Hasadı ve Şeker Fabrikasına Nakli Pancarın Hasadı ve Şeker Fabrikasına Nakli 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). Pancarın Hasadı ve Şeker Fabrikasına Nakli Tarlada sökülen pancarların baş ve yaprakları ile uzun olan kuyrukları kesilir. Pancarın baş kısmı tüm pancar ağırılığının 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 Pancarın Hasadı ve Şeker Fabrikasına Nakli 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. Pancarın Depolanma Yeteneğini Etkileyen Faktörler 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 Pancarın Depolanma Yeteneğini Etkileyen Faktörler 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

Pancarın Depolanma Yeteneğini Etkileyen Faktörler 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 0.5-1.0 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) Pancardan Ham Şerbet Elde Edilmesi 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. Pancardan Ham Şerbet Elde Edilmesi Diffüzyon Yoluyla Pancardan Çıkarılan Şeker Miktarını Etkileyen Faktörler 1. Sıcaklık derecesi Protoplazmanın denatüre edilmesi -pancar dilimleri buharla haşlanır ya da sıcak su ve sıcak şurupla muamele edilir. Protoplazmanın denatüre olması için 70-80 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 Pancardan Ham Şerbet Elde Edilmesi 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. Pancardan Ham Şerbet Elde Edilmesi 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 7

Ham Şerbetin Temizlenmesi (İnce Şerbet Elde Olunması) Şerbet, içinde bulunan küspe ve diğer katı maddelerin uzaklaştırılması için kalbur şeklindeki küspe yakalayıcıdan geçirilir, ölçme kabından geçer ve ısıtılarak sıcaklığı 80-90 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 Temizlenmesi (İnce Şerbet Elde Olunması) 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=10-12.5) 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 11 + 2H 2 O Ham Şerbetin Temizlenmesi (İnce Şerbet Elde Olunması) 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. Ham Şerbetin Temizlenmesi (İnce Şerbet Elde Olunması) 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. Ham Şerbetin Temizlenmesi (İnce Şerbet Elde Olunması) Saturasyon sırasında su buharı sevkedilmesi ve kireçleme çamurunun yıkanması sonucu, ham şerbetten daha sulu ve daha duru olan, ince şerbet elde edilir (kurumadde içeriği 13.5-14 Briks, şeker içeriği % 12.5-13, 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. 8

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, 75-90 C de, vakum ise 250-200 Torr kadardır. Pişirme işlemi, lapanın kuru madde içeriği % 92-95 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. Ham Şeker Elde Edilmesi (=Santrifüjleme) Şurup ya da su ile sulandırılan, kristalizasyonu tamamlanmış, 45 C sıcaklıktaki lapa, kristalizatörlerin bir altındaki katta bulunan santrifüjlere sevk edilir. Hızları 800-1000 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 85 96.0 Su 7 1.2 Kül - 0.9 Diğer 8 1.9 Ham Şeker Elde Edilmesi (=Santrifüjleme) 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 % 75-80 olup saflık katsayısı da 70-75 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. Ham Şeker Elde Edilmesi (=Santrifüjleme) 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 % 15-25 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. 9

Ham Şekerin Arıtılması 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. Ham Şekerin Arıtılması 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. Ham Şekerin Arıtılması 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 60-65 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. Ham Şekerin Arıtılması 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 % 99.95 tir. 10