7. hafta

ŞERBETİN
KOYULAŞTIRILMASI (TEPHİR)
VE KRİSTALİZASYON
Sulu şerbetin koyulaştırılmasında
kademeli buharlaştırıcılar kullanılmaktadır
Kademe sayısı fabrikalara göre 4, 5 veya 6 olabilir.
Kademeli buharlaştırıcılar üç farklı şekilde
düzenlenebilir
1) Paralel akımlı kademeli buharlaştırıcılar
buhar ve şerbet aynı yönden girip, aynı yönde akar
2) Ters akımlı kademeli buharlaştırıcılar
buhar ve şerbet birbirlerine zıt yönde akar
ısı iletimi yönünden en verimli buharlaştırıcı
ancak şerbetin bir sonraki kademeye iletilmesinde
her kademe için ayrı bir pompaya gereksinim var
Ayrıca akış kontrolünü sağlamak daha zor
3) Karma akımlı kademeli buharlaştırıcılar
buhar ve şerbet akışları ne paralel ne de ters akımlı
şekilde düzenlenmiştir. İki sistemin bir karışımı
şeklindedir.
Kademeli buharlaştırıcıların
ilk kademesinde ısıtma buharı olarak türbin
dairesinden gelen çürük buhar (retür) kullanılır
Şeker fabrikaları genelde kendi elektriğini kendisi
üreten tesislerdir. Bu amaçla kazan dairesinde üretilen
yüksek basınçlı buhar türbinlerden geçirilerek elektrik
enerjisi elde edilir.
Elektriğin elde edilmesinden sonra,
türbinden çıkan buhara
çürük buhar veya retür buharı adı verilir.
Buharlaştırıcılara giren sulu şerbet
15-17 °Bx den 60-70 °Bx e koyulaştırılır.
Bu şerbete koyu şerbet adı verilir.
Her kademedeki şerbetten buharlaşan buhar bir
sonraki kademenin ısıtılmasında kullanılır. En son
kademedeki şerbetten buharlaşan buhar ise
kondensere gönderilir. Bu buharlara buharlaştığı
kademenin brüde si denir.
(Örn; I. buharlaştırıcıdan çıkan buhar 1. brüde,
son kademeden elde edilen buhar vakum brüdesi)
Brüdelerin tamamı bir sonraki kademenin
ısıtılmasında kullanılmaz, bir kısmı uygun ısıtıcılarda,
bir kısmı rafineride şeker pişiriminde kullanılır.
Değişik tipte
buharlaştırıcılar var
günümüzde
düşen film tipi
(falling film)
buharlaştırıcılar var
buhar, boruların
yüzeyinde ince bir film
oluşturarak yoğuşup
aşağı doğru akmakta ve
bu nedenle ısı aktarım
katsayıları çok yüksek
Eski tip buharlaştırıcıların en yaygın
kullanılanı Robert tipi buharlaştırıcı
Buharlaştırıcılarda görülen
3 tip kimyasal reaksiyon
1) Şerbet pH sının değişmesi
2) Buharlaştırıcılarda çökeltilerin oluşması
3) Buharlaştırıcılarda invert şeker varlığına
bağlı olarak renk artışının oluşması
1) Buharlaştırıcılarda pH ın değişmesi
Buharlaştırıcılara giren şerbet pH ►8.9-9.2
(II. karbonatlama pH‘ ına eşit)
Buharlaştırıcılarda pH düşmesinin en önemli nedenleri:
a) Amidlerin parçalanma reaksiyonlarının devam etmesi
CONH2
COOH
CH2
CH2
H C NH2
+ H2O -------- H C NH2 + NH3
COOH
COOH
R
COOH
COOK
CH2
CH2
H C NH2
COOH
+ K2CO2 --------
H C NH2 + H2O + CO2
COOK
Amidlerin parçalanması sonucunda şerbet buharları ve bunların
kondensatları amonyak ve amonyum karbonat içerir.
b) İnvert şekerin parçalanması
II. kireçleme ve satürasyonda invert şekerin tam
olarak parçalanmadığı durumlarda, invert şekerlerin
buharlaştırıcılarda parçalanması sonucu
pH da düşme görülebilir
Buharlaştırıcılarda pH yükselmesi pek sık görülmez
ancak II. karbonatlamada aşırı karbonatlamaya
gidildiğinde görülür
Aşırı karbonatlamayla oluşan bikarbonatlar,
buharlaştırıcılarda karbonatlar haline dönüşürler.
2KHCO3
--------- K2CO3 + CO2
2) Buharlaştırıcılarda çökeltilerin oluşması
Çökelti oluşması, ısıtma yüzeyinin kirlenmesi ve ısı
aktarımının azalması sonucunu doğurur, buharlaştırıcıların
normal çalışmasını engeller.
Çökelti oluşmasının 3 nedeni var:
a) düşük şerbet Brix inde az miktarda çözünebilen organik
veya inorganik kalsiyum tuzlarının Brix in yükselmesi ile
birlikte aşırı doygunluğa ulaşarak çözeltide tutunamamaları
b) Buharlaştırıcıda glioksal, oksamin asitlerinin ve
allontoinin parçalanma reaksiyonları sonucunda kalsiyum
oksalat tuzlarının oluşması
c) II. karbonatlamada aşırı karbonatlama sonucunda
oluşan bikarbonatların buharlaştırıcıda parçalanarak tekrar
CaCO3 oluşturması sonucunda oluşur.
Ca(HCO3)2 ------------ CaCO3 + CO2 + H20
3) Buharlaştırıcılarda renk artışının oluşması
a) Şekerin parçalanması ve bu invert şekerin buharlaştırıcılarda
yüksek T de beklemesiyle karamelizasyon ve renk artışı oluşur
Renk artışı;
şerbetin pH' sına, buharlaştırıcılarda kalış süresine bağlı
Sıcaklığın 10 °C artarsa renk artışı 3 kat hızlanır
pH 10 da renk artışı pH 9 a göre 1.5-2.0 katı daha hızlı
b) Yetersiz II. kireçleme ve invert şekerin II. kireçlemede
parçalanmaması sonucu invert şekerin buharlaştırıcılarda
parçalanması
c) İnvert şeker ile amino asitler veya amonyak arasında
kondensasyon reaksiyonları (Maillard reaksiyonu) sonucunda
boyar maddeler oluşur. Bu oluşan boyar maddeler melas
renginin % 40' ını oluşturmaktadır. Sülfitasyonla Maillard
reaksiyonlarının önüne geçmek mümkündür. Ancak sülfitlemede
pH kontrolü çok iyi yapılmalı ve pH=8.5 değerinin altına
inilmemelidir.
ŞEKERİN KRİSTALİZASYONU
Belirli saflıktaki şeker, belirli sıcaklıkta, belirli bir çözünürlüğe
sahiptir. Bir miktar su içerisine yavaş yavaş şeker ekleyerek
çözündürülürse sonunda şekerin çözünmediği bir noktaya
varılır. Çözelti doygunluğa ulaşmıştır (doymuş çözelti). Aynı
çözelti süzülüp doygunluğa bırakıldığında başlangıçta şeker
kristalleri görülmez. Ancak içerisine birkaç küçük şeker, kristal ,
atılıp karıştırıldığında, birdenbire kristallenme olur. Çözeltinin
kristal oluşumundan önceki durumuna aşırı doymuş çözelti
denir.
Üç değişik doymuşluk alanı vardır:
Metastabil alan: Çözeltide yeni kristal oluşmaz, mevcut
kristaller büyür.
Kararsız alan: Çözeltide kristaller mevcut ise yeni kristaller de
oluşabilir.
Kararlı alan: kristal çekirdekleri kendiliğinden oluşabilir.
Şekerin kristal halinde elde edilmesinde çeşitli metotlar
kullanılabilir. Şeker fabrikalarında buharlaştırma yolu ile
kristallendirme uygulanmakta
Pişirme başlarken ve sürdürülürken en önemli işlemler
şurup çekmek ve koyulaştırma
Şurup çekme; pişirim yapılan lapa safiyetine uygun
şurupların sırasıyla alınmasıdır. Pişirime daima safiyeti
yüksek şurupla başlanır. Dane tuttuktan sonraki
koyulaştırma sırasında yine en yüksek safiyetliden
başlamak üzere, diğer şuruplarla lapa beslenir.
İlk alınan safiyeti yüksek şurupla metastabil bölgeye kadar
gelinir. Bu noktada şuruba pudra şekeri verilir. Bu işleme
maya verme denir. Maya verme erken veya geç
yapılmamalıdır. Erken verilen maya çözünür ve işe yaramaz,
geç kalındığında ise kendi kendine kristalleşme oluşabilir,
homojen irilikte kristal oluşmaz, ikiz taneler oluşur.
Pişirim sırasında yeni kristaller oluşmamalı, bütün
lapada aşırı doygunluk metastabil alanda ve
değişmez tutulmalıdır.
Lapa; şurup ve kristal karışımı
Pişirim cihazında çözelti içerisindeki suyun buharlaşması
ve sakarozun kristalleşmesi nedeniyle konsantrasyon
farkları oluşur. Suyun buharlaştığı noktada sakaroz
konsantrasyonu çok yükselir ve metastabil alan sınırı
aşılarak yeni kristal oluşumu başlar. Sonuç olarak, kristal
yapısı bozuk ve kalitesiz şeker elde edilir.
Kristallerin oluştuğu ve büyüdüğü yerlerde ise, kristal
etrafındaki şurup devamlı şeker kaybedeceğinden,
doygunluğu azalır. Bu durum kristallenme hızını
azaltacağından, kristallerin devamlı olarak daha yüksek
aşırı doygunluktaki ortamlara girmesini sağlamak
amacıyla, pişirimde mekanik karıştırıcılı vakum
sistemleri kullanılır.
Maya verildikten sonra danelerin gelişmesi beklenir,
daneler görülmeye başlanınca, sırasıyla safiyeti
yüksek şuruptan düşüğe doğru şurup çekilerek
kristaller beslenir. Pişirime yüksek safiyetli lapalarda
92 Bx, son şeker lapasında ise 94 Bx oluncaya kadar
devam edilir.
Pişirim cihazından refrijerantlara boşaltılan lapa
soğumaya başlar. Bu sırada aşırı doymuşluk artar ve
kristallerin büyümesi devam eder.
Lapanın kristallenme hızı nelere bağlı:
safiyetine
iletkenliğine (kül miktarı)
viskozitesine
invert şeker içeriğine
kristal büyüklüğüne
Lapa safiyeti arttıkça kristallenme hızı artar
Lapa içindeki tuz varlığı
sakaroz çözünürlüğünü artırır
kristallenme yavaşlar
melasa giden şeker artar
Lapada invert şeker bulunması
renge olumsuz etki yapar
sakaroz çözünürlüğünü artırır
melasa giden şeker artar
Lapa viskozitesi artınca
sirkulasyon zorlaşır
ısı aktarımı azalır
kristallenme hızı azalır
Afinasyon
Amaç:
kristallerin üzerini kaplayan düşük arılıktaki şurup zarını
uzaklaştırmak (aynı zamanda ağartma da yapılmış olur)
Bir şekerin afine edilmesi için;
90-95 °C’ deki doymuş şeker çözeltisi, şurup veya yeşil
şurup ile karıştırılarak suni bir lapa yapılır. 20-30 dakika
karıştırılır.
Yüksek T viskoziteyi düşürdüğü için kristal üzerindeki
şurup kolayca yıkanır. Karıştırmadan sonra santrifüjde bu
yapay lapadan kristal ve şurup ayrılır.
Santrifüjde elde edilen şeker buhar veya sıcak su ile
yıkandığında biraz şeker de çözeceğinden, buradan çıkan
yıkama şurubunun saflığı lapanın kendi bünyesindeki ana
şuruba göre daha yüksektir. ∴ beyaz şurup denen
yıkama şurubu yeşil şurup denen lapa ana şurubundan
ayrılmalı
Lapa pişirim sonrası refrijerantlara (tekne biçiminde açık
kap) boşaltılır. Son şeker refrijerantları lapanın
soğutulabilmesi veya ısıtılabilmesi için boru karıştırıcılı
veya ceketli şekilde yapılmıştır.
Şeker sanayiinde kullanılan santrifüjler:
Sürekli santrifüjler
Kesikli santrifüjler:
Yarı otomatik santrifüjler
Tam otomatik santrifüjler
Lapa santrifüje alındıktan sonra devri yavaş yavaş son
hıza çıkarılır. Bu sırada kristaller arası şurup (yeşil
şurup) büyük ölçüde uzaklaşır. Ancak şeker kristalleri
hala sarı renklidir. Temiz beyaz şeker elde etmek için
santrifüjlemek yeterli değildir. Şekeri beyazlaştırmak
için lapaya su veya buhar verilir.
Kristaller üzerindeki şurup yıkanırken, bir miktar da
şeker çözündürür. Böylece safiyeti yeşil şuruptan
daha yüksek olan beyaz şurup elde edilir.
Santrifüjde iyi bir yıkama ile afine şekerde homojen ve
açık bir renk elde etmek mümkün olur.
Melas, son şeker lapasının santrifüjden geçirilmesi ile
ayrılan şurup. Pancarın şekere işlenmesi sırasında ortaya
çıkan, koyu esmer renkli artık madde.
100 kg pancarın işlenmesinde ortalama 4 kg melas ayrılır.
* Bileşiminde % 50’nin üzerinde sakaroz var
* Pancardaki sakarozun yaklaşık %2’si melasta kalır
* Bileşiminde % 30 şeker dışı maddeler
% 20 su
% 0.78 rafinoz
% 0.33 invert şeker
% 10 kül
* melastan sakarozu normal yöntemlerle ve ekonomik
olarak almak mümkün olmaz. Değerli bir hayvan yemi olan
melas ekmek mayası ve ispirto üretiminde
kullanılmaktadır.
ŞEKERİN KURUTULMASI VE AMBALAJLANMASI
santrifüjlerde sıvı fazdan ayrılan şeker
(buhar/su ile yıkandığıiçin %0.5-2.5 nem içerir,sıcaklığı 60-70°C)
kurutma ve soğutma
(depolanabilmesi için su içeriği %0.02-0.04, sıcaklığı <30°C)
(şeker arzu edilen neme kadar kurutulsa bile, nem çekici özelliği
nedeniyle nem içeriği tekrar artar)
dikey tavanlı kurutucular
yatay kurutma tromelleri (genelde)
(Kurutma tromelinde 1. kademede kuruyan şeker
2. kademede soğuk hava ile soğutulur)
eleklerde eleme
Şekerin kullanım yerine göre belirli irilikte olması istenir. Elemede
sürtünmeden dolayı kristal taneleri parlaklığını yitirmemeli
ambalajlama
ŞEKERİN DEPOLANMASI
Birkaç ay süren kampanya sırasında üretilen şeker bu
süre içerisinde tüketilemez. Büyük bir kısmı depolanır.
Pamuklu dokuma veya kağıt torbalara doldurulur.
Ambarlara yerleştirilir veya dökme şeker olarak
silolarda da depolanır.
Şeker ambarı ısıtma düzeneği ile donatılmalıdır.
Sıcaklık 20°C nin altına düşmemeli
Nisbi nem 60-70 civarında olmalı
Nisbi nemin depolanan şeker üzerindeki etkileri
Bağıl Nem (%)
100
80-90
60-70
40-50
Etkileri
Yoğunlaşma
şeker ıslanır
Tehlikeli bölge
şeker nemlenir
Emin bölge
şeker değişmeden kalır
Kuru bölge
şeker fazla kurur
Rafineri ünitesinde kristal şeker pişirimi işlemi
koyu şerbetin, kristal beyaz şurubu, orta şeker ve afine
şeker ilavesini takiben hazırlanan standart şurubun kuru
madde içeriği % 92-93 oluncaya kadar koyulaştırılması
işlemidir.
Orta Şeker Pişirimi:
Kristal şeker santrifüjlerinden elde edilen şurup, ikinci defa orta şeker
vakumlarına gönderilerek kristal şeker vakumlarında olduğu gibi
tekrar pişirim işlemine tabi tutulur. Orta şeker pişiriminde elde edilen
lapa, orta şeker sürekli santrifüjlerinde işlenerek rengi biraz esmer
olan orta şeker elde edilir. Orta şeker, piyasaya verilecek saflıkta
olmadığından yukarıda bahsedilen standart şurubun hazırlanmasında
kullanılır.
Orta şeker şurubu ise, üçüncü bir pişirim işlemi için son şeker
vakumlarına gönderilir.
Son Şeker Pişirimi:
Orta şeker şurubunun safiyeti hala şeker
üretmeye yetecek kadar yüksek olduğu için
bu şurup son şeker vakum cihazlarına
gönderilerek son defa pişirime tabi tutulur.
İşlem, orta ve son şeker pişirim işlemlerine
benzer. Elde edilen son şeker lapası, son
şeker sürekli santrifüjlerinde işlenerek son
şeker ve melas elde edilir.

Download Report