Сахар: от древних корней к современному производству

История

Долго до рождения Иисуса Назаретского сахарный тростник (источник современного сахара) выращивали вдоль Залива Бенгальского и распространили через Малайзию, Индонезию, Индокитай и южный Китай. Арабы ввели в Западный мир липкую пасту — позже уточненную в сахар — привнося культуру и знания выращивания на Сицилию и в Испанию в VIII и IX веках. К XV веку Венеция установила монополию на специю, позже сломанную португальским исследователем Васко да Гамой в 1498 году, привезшим сырой сахар в Португалию. Лиссабон быстро стал европейским сахарным хабом, и к XVIII веку сахар был широко доступен высшим и средним классам, хоть и оставался дорогим.

Сырье

Сахар относится к широкому классу углеводов, встречающихся во многих растениях. Первичный сахар, глюкоза, продукт фотосинтеза, присутствует во всех зеленых растениях. Коммерческая сахароза в основном поступает от двух культур:

• Сахарный тростник (Saccharum officinarum) — высокий многолетний травянистый растение, накапливающее около 15% сахара по весу, дающее примерно 2 600 000 тонн сахара ежегодно.
• Сахарная свекла (Beta vulgaris) — корнеплод, выращиваемый специально для высокого сахарного содержания, производящий около 3 700 000 тонн сахара в год.

Другие источники включают сахарный сорго, сахарный клен, мед и кукурузный сахар. Современные рафинированные сахара бывают двух основных видов: белый (полностью рафинированный) и коричневый (менее рафинированный, содержащий больше патока для цвета).

Производственный процесс

Посев и уборка

• Сахарный тростник процветает при 75 °F (23,9 °C) с 80 дюймами (203 см) годовых осадков, лучше всего в тропических или субтропических зонах. В тропических регионах он созревает за ~7 месяцев; в субтропических — 12–22 месяца. Поля тестируют на сахарозу, и самые зрелые стебли уборяют первыми. На Флориде, Гавайях и Техасе стоячий тростник поджигают для удаления сухих листьев; в Луизиане стебли режут, укладывают на землю и сжигают.
• В США уборка в значительной степени механизирована, тростник и свеклу перевозят грузовиками или ж/д на заводы для переработки.

Подготовка и переработка

• На заводе тростник механически разгружают, очищают от почвы и камней, и моют теплой водой или прогоняют через вибрирующие конвейеры с сильными струями. Для свеклы культуру моют, режут и помещают в диффузионные ячейки, где горячая вода (≈175 °F) извлекает сок.
• Чистый сок, называемый весу, содержит 95%+ сахарозы. Затем его диффундируют — мелко измельчают — для растворения оставшихся сахаров.

Извлечение сока и прессование

• Тяжелые шершавые валки или молотковые шредеры извлекают сок, разминая стебли. Багасс (волокно) отделяют от сока.
• Горячая вода или смесь горячей воды и восстановленного сока распыляют против тока для разбавления и дополнительного извлечения сахаров.

Очистка, уточнение и испарение

• Темно-зеленый, кислый сок уточняют известью (≈1 фунт на тонну тростника) и теплом. Это нейтрализует кислотность, коагулирует белки и оседает примеси в осадок, который фильтруют.
• Уточненный сок содержит ~85% воды. Вакуумное испарение удаляет две трети этой воды через четыре последовательных вакуумных кипятильных ячейки, расположенные в серии (многоэффектное испарение), уменьшая сироп до ~65% твердых веществ.
• Для свеклы применяется похожий процесс, с осаждением карбоната кальция или сульфита для удаления примесей перед испарением.

Кристаллизация

• В одностадийной вакуумной кастрюле сироп испаряют до насыщения. Семенные кристаллы (56 унций белого сахара, смешанных с 70% метилированным спиртом и 30% глицерином, вращаемых при 200 об/мин в течение 15 ч) добавляют для инициации роста. Дополнительный сироп добавляют и испаряют для роста кристаллов, формируя массукуит.
• Массукуит передают в центрифуги, где центрифугальная сила разделяет сырой сахарный кристалл от патоки.

Центрифугирование

• Центрифуги вращаются на 1000–1800 об/мин, используя перфорированную корзину, удерживающую кристаллы, пока паток проходит сквозь. Полученная черная паток содержит сахарозу, восстанавливающие сахара, золу и воду, и хранится в больших баках.
• После центрифугирования сахар «разрезают» и отправляют в гранулятор для сушки. В некоторых странах небольшие заводы производят нецентрифугальный сахар, давая темно-коричневый продукт.

Сушка и упаковка

• Влажные кристаллы качают через нагретый воздух в грануляторе, затем сортируют по размеру вибрирующими ситами и хранят в бункерах перед упаковкой для розницы, опта или промышленного использования.

Побочные продукты

Багасс, волокно, остающееся после извлечения сока, используется как топливо для парогенерации и все чаще перерабатывают в бумагу, утеплительные плиты, оргалит и фурфураль (химический промежуточный продукт). Свекловые верхушки, ломтики и паток служат кормовой базой для скота, а свекловые полоски химически обрабатывают для извлечения коммерческой пектина.

Черная паток, конечный продукт рафинирования, используется в кормах для животных и в производстве промышленного спирта, дрожжей, органических химикатов и рома.

Контроль качества

Санитария завода критична. Малое количество кислого багасса может заразить весь поток сока; современные заводы имеют самоочищающиеся желоба, предотвращающие накопление багасса. Меры борьбы с насекомыми и вредителями строги. Быстрая транспортировка тростника на заводы сохраняет качество. Коричневые и желтые рафинированные сахара (2–5% влаги) хранят в прохладных, влажных условиях для поддержания мягкости. Большинство гранулированных сахаров соответствуют стандартам Национальной ассоциации пищевых переработчиков и Фармакопеи США.

Ключевые выводы

От своего древнего выращивания в Южной Азии до сегодняшней глобальной цепочки поставок, производство сахара включает тщательные шаги — от посева до кристаллизации — для обеспечения чистоты, вкуса и безопасности.