Как устроен современный сахарный завод и можно ли сделать сахар самому?

Начинаем с душа и транспортировки

Грузовики выгружают сахарную свёклу в огромные хранилища под открытым небом, они называются кагатами.


Гидротранспортер (это несколько бетонных лотков, по которым под напором течёт вода) отправляет сырьё в главный производственный цех. Мощный поток подхватывает корнеплоды, одновременно перемещает их и очищает от налипшей земли и мелкого мусора. Затем свёклу моют в больших свекломоечных машинах под интенсивным душем. Чистая свёкла готова к следующему этапу.

Забираемся в растительные клетки

Чтобы извлечь сахар из корнеплода, необходимо разрушить его клеточную структуру. Для этого очищенную свёклу измельчают, а затем она подаётся в центробежные свеклорезки — мощные аппараты с заточенными ножами. Вращаясь с огромной скоростью, они нарезают твёрдую свёклу в тонкую рифлёную стружку. 

Эта стружка внешне напоминает картофель фри. Получение кусочков правильного размера и формы — важный этап. Нужно, чтобы как можно больше клеток растения располагались близко к поверхности кусочка: так из них проще извлечь сахарозу на следующем этапе.

Добываем сахарозу

На этом этапе в дело вступает фундаментальный физический процесс — диффузия. Его принцип прост: вещество всегда стремится перейти из области с высокой концентрацией этого вещества в область с низкой. В клетках свёклы концентрация сахарозы очень высокая, а в чистой воде её нет. Если поместить стружку в горячую воду (около 70–75 °C), молекулы сахарозы начнут активно перемещаться из клеток в воду, стремясь выровнять концентрацию. Воды всегда гораздо больше, чем клеток, поэтому сахароза вытечет из них наружу практически вся.

Этот процесс происходит в огромных диффузионных аппаратах.


Внутри аппарата стружка и горячая вода движутся навстречу друг другу, что позволяет извлечь максимальное количество сахара. В результате на выходе из аппарата образуются два продукта:

• Диффузионный сок — тёмная, мутная жидкость, представляющая собой водный раствор сахарозы (концентрация сахара 12–15%) и множества других веществ, перешедших из свёклы.

• Жом — практически обессахаренная свекловичная стружка.

Из сока в белый кристалл

Диффузионный сок пока ещё далёк от того, чтобы стать сахаром. Помимо сахарозы, он содержит белки, пектины, аминокислоты, соли и другие примеси, которые называют несахарами. Эти вещества будут мешать последующей кристаллизации, поэтому от них необходимо избавиться. Для этого применяют химический процесс, который проводится в два этапа.

1. Захват примесей. В сок добавляют оксид кальция, или по-другому известь. Она вступает в реакцию с примесями, соединяется с ними в более крупные частицы (такой процесс по-другому называется коагуляция). Получается мутный осадок, на следующем этапе его нужно отделить от сока.

Извлечение осадка. Через сок пропускают углекислый газ. Он вступает в реакцию с известью и образует карбонат кальция — самый обычный мел. Мел оседает на дно, захватывая с собой примеси. Теперь их можно удалить.

После этих процедур сок фильтруют, отделяя очищенный светло-жёлтый раствор от фильтрационного осадка, который содержит все удалённые несахара.

Очищенный сок содержит очень много воды — около 85%. Чтобы получить из него сахар, воду нужно удалить. Сок поступает в огромную выпарную установку — каскад из нескольких больших ёмкостей, соединённых между собой. 

Здесь используется принцип энергосбережения: сок кипит в первом корпусе, а образующийся при этом пар направляется для нагрева сока в следующем корпусе. Это позволяет значительно сократить расход энергии. Проходя через все корпуса установки, сок постепенно сгущается, и на выходе получается густой сахарный сироп с концентрацией сухих веществ около 65–70%.

Наступает кульминация процесса — рождение кристаллов сахара. Густой сироп поступает в вакуум-аппараты, огромные герметичные котлы. 

Главная их особенность в том, что из них выкачивается воздух: так внутри поддерживается вакуум (разреженное давление). В условиях пониженного давления вода закипает при более низкой температуре, и это позволяет уваривать сироп при температуре 65–80 °C, избегая его потемнения и карамелизации. Когда сахар нагревается до 160 °C, сахароза распадается на глюкозу и фруктозу, а затем эти элементы собираются в длинные цепочки — полимеры. Они отвечают за коричневый цвет и карамельный запах. Такое потемнение сахара можно пронаблюдать, если сделать карамель дома.

В вакуум-аппарате сироп постепенно уваривают до тех пор, пока он не станет пересыщенным. В пересыщенном растворе молекулы воды находятся в неустойчивом состоянии, удерживая больше молекул растворённого вещества, чем они могут. Они находятся на пределе своей способности образовывать связи. Имеющиеся молекулы воды уже связаны по максимуму и не могут принять ещё больше растворённого вещества. Любое внешнее воздействие (например, попадание пылинки) нарушает эту хрупкую структуру, и избыточное вещество мгновенно начинает выходить из раствора и превращаться в кристалл, так как молекулы воды уже не в состоянии его удерживать. 

В этот момент в аппарат вносят «затравку» — небольшое количество сахарной пудры. Её мельчайшие частицы становятся центрами, вокруг которых начинают стремительно расти кристаллы сахара. В итоге образуется густая смесь кристаллов и патоки, которая называется утфель. 

Патока — это оставшиеся сахара, разные минеральные вещества и органические кислоты, их необходимо отделить. Патоку не выбрасывают, а используют для других целей — например, производства этанола и корма для животных. Здесь мы рассказываем об этом подробнее.

Убираем всё лишнее

Последний шаг — отделить готовые кристаллы от патоки. Утфель выгружают в центрифуги — большие барабаны с сетчатыми стенками, вращающиеся с высокой скоростью. Под действием мощной центробежной силы жидкая патока отбрасывается через отверстия сита, а кристаллы сахара остаются на стенках барабана. Чтобы смыть с кристаллов остатки тёмной патоки, их промывают горячей водой.

После центрифуги сахар остаётся немного влажным. Его направляют в сушильную установку, где обдувают горячим воздухом, а затем охлаждают. Готовый сухой сахар-песок отправляется на фасовку и упаковку.

Безотходное производство

Современное сахарное производство стремится к максимальной безотходности. Побочные продукты для одних — это ценный продукт для других.

• Жом — обезвоженную стружку прессуют, сушат и гранулируют. Это ценный и питательный корм для сельскохозяйственных животных.

• Меласса (патока) — вязкий сироп, оставшийся после кристаллизации, всё ещё содержит до 50% сахара. Она служит сырьём для производства этилового спирта, пекарских дрожжей, лимонной кислоты и различных биотехнологических продуктов.

• Фильтрационный осадок богат известью и органическими веществами, что делает его отличным удобрением для раскисления почвы в сельском хозяйстве.

Сахар из свёклы дома

Сделать сахар на кухне можно. Правда он будет коричневого оттенка и карамельный на вкус.

• Лучше всего использовать сахарную свёклу, так как она содержит гораздо больше сахара, чем красная. 

• Тщательно вымойте её, очистите от грязи и мелких корешков.

• Отварите свёклу до мягкости прямо в кожуре.

• Затем очистите и натрите на тёрке.

• Заверните в марлю и тщательно отожмите сок.

• После можно залить оставшийся жмых горячей водой и снова отжать, чтобы достать всю сладость.

• Затем из получившегося сока нужно выпаривать воду. Варите его на медленном огне, постоянно помешивая, чтобы он не пригорал. Постепенно жидкость будет испаряться, а сок будет становиться всё более густым, превращаясь в сироп.

• Важно добавить пару щепоток сахара, чтобы запустить процесс кристаллизации.

• Продолжайте выпаривать сироп до состояния густой патоки.

• Вылейте получившуюся густую массу на бумагу для выпечки или фольгу, немного остудите и отправьте в морозилку до замерзания.

• Затем измельчите получившийся блинчик в блендере или мясорубке, чтобы получить кристаллы, похожие на сахар.

Готово! Можно пить сладкий чай с привкусом сахарной свёклы.