Патока: от производства сахара к кулинарному и промышленному применению

Патока, от лат. melaceres — «медообразная», — густой темный сироп, побочный продукт рафинирования сахара. При извлечении сахара из сока сахарного тростника или сахарной свеклы оставшаяся жидкость, богатая вкусом и питательными веществами, становится патокой. Ее широко используют в пищевых целях для выпечки, как ферментируемую основу для эля и рома, и как ключевой компонент кормов для животных.

История

Технология давления тростника для получения сока и его варки до кристаллизации восходит к Индии ~500 г. до н.э. Процесс медленно распространялся: арабские торговцы привезли его в Испанию в Средние века, а Христофор Колумб позже привёз сахарный тростник на Вест-Индии. К началу XIX века в районе Нью-Орлеана начали выращивать черенки тростника, зарождая трансватическую сахарную экономику.

Патока сыграла ключевую роль в треугольной торговле XVII века. Английский ром, проданный африканским торговцам, обеспечал перевозку рабов на Карибы, откуда патокавозвращалась в Англию, замыкая цикл.

Пока сахарный тростник оставался доминирующим источником, в XVIII веке появился свекольный сахар. Немецкий химик Андреас Маргграф открыл сахарозу в корнеплодах свеклы в 1740-х, а к 1793 году Франц Карл Ахард довёл процесс экстракции до ума. Первый завод свекольного сахара открылся в прусском Силезии в 1802 году. Во время наполеоновских войн британская блокада французского сахара подтолкнула Францию к массивным инвестициям в свекольный сахар, что привело к строительству крупных заводов и награждению Легионом чести пионера Бенжамина Делессерта.

В США индустрия свекольного сахара отставала до конца XIX века; к 1900 году работало 30 перерабатывающих заводов. Патока вошла в американскую культурную память через события вроде Закона о патоке 1733 года — раннего налога на импорт сахара и патоки — и трагического Великого бостонского наводнения патокой 1919 года, когда резервуар лопнул, вылил 12 000 тонн патоки и унес 21 жизнь.

До механизации рабочие вручную косили и очищали тростник, затем прессовали его мульными мельницами. Полученный сироп варили в больших котлах на открытом огне до загустения.

Бостонская катастрофа подчеркнула важность инженерного надзора. 50-футовый (15 м), 90-футовый (27 м) по диаметру стальной резервуар — рассчитанный на 15 000 тонн патоки — треснул под давлением, пустив 15-футовую (4,5 м) волну сиропа по Северному концу. Катастрофа принесла огромные жертвы, ущерб и пересмотр стандартов промышленной безопасности.

Сырье

Сахарный тростник (Saccharum officinarum) и сахарная свекла (Beta vulgaris) — базовые культуры для производства патоки. Тростник процветает в тропических и субтропических климатах, достигая 10–26 футов (3–8 м) высоты со стеблями 1–2 дюйма (2,5–5 см) в диаметре. Эверглейдс Южной Флориды дают 425 000 акров тростника в год, давая 90 млн галлонов черной патоки. Корнеплоды свеклы, приспособленные к умеренным широтам, содержат около 15 чайных ложек сахара каждый. При уборке стебли идут на корм для скота.

Ключевые реактивы переработки — молочко извон (погашенная известь, нагретая со сладкой водой) и углекислый газ, используемые для очистки сока.

Производственный процесс

Мойка и раскрой

• Тростник транспортируют, моют горячей водой от полевого мусора и режут вращающимися лезвиями на короткие куски.
• Свеклу прогоняют через флюм, отделяющий листья, камни и примеси. Затем режут на тонкие полоски — коссеты.

Извлечение сахарного сока

• На тростниковых заводах сок извлекают диффузионно — растворением рубленых стеблей в горячей воде или лимонном соке — или молотлением, где тяжелые валы выдавливают сок из мякоти.
• На свекольных фабриках коссеты диффундируют в горячей воде; полученный сок используют для предварительного отваривания полосок для максимального извлечения сахара.

Очистка сока

• Добавляют молочко извон и CO₂, смесь нагревают и пропускают через угольные фильтры, образуя грязеподобное вещество — карбокус.
• Карбокус нагревают и очищают; осевшую грязь удаляют, получая светло-желтую жидкость — тонкий сок.

Испарение и концентрация сиропа

• Тонкий сок варят в испарителях до испарения воды, формируя сироп. Вакуумная варка дополнительно концентрирует сироп без подгорания.
• Кристаллизация дает массукьют, который центрифугируют для разделения сырого сахара и оставшегося сиропа — патоки, выдавливаемого через отверстия центрифуги.

Хранение и розлив

• Патоку хранят в больших резервуарах и качают на розливночные линии, где дозированные порции наполняют тару для распределения.

Побочные продукты и отходы

Помимо патоки, переработка сахара дает ценные побочные продукты:

• Багасс — сухой тростниковый остаток — сжигают как топливо.
• Свекольная пульпа используется в производстве кормов для домашних животных.
• Тростниковый воск, извлекаемый из остатков, применяют в косметике, полиролях и покрытиях для бумаги.