-ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE-

-TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI-

-PRODUZIONE DELLO ZUCCHERO DALLLA BARBABIETOLA-

Lo zucchero è un disaccaride avente formula bruta C12H22O11, è un carboidrato a dodici atomi di carbonio, prodotto dai vegetali e particolarmente abbondante nel nettare dei fiori dove è utilizzato come esca per gli insetti impollinatori. Industrialmente lo zucchero si estrae dalla canna da zucchero nei paesi della fascia torrida e dalla barbabietola da zucchero nei paesi della fascia temperata.

L'estrazione dello zucchero dalla barbabietola è un importante processo industriale, coinvolge sia operazioni di tipo fisico sia chimico ed è complessivamente lungo e difficoltoso. Certamente più semplice è il processo di estrazione dello zucchero dalla canna, la quale però è coltivata solo nelle zone tropicali e quindi non nel nostro paese.

Lo zucchero è una sostanza molto solubile nell'acqua tanto che, già alla temperatura ambiente di 20 °C una soluzione satura è costituita per circa i 2/3 dal soluto e quindi solo per 1/3 da acqua. Alla temperatura di 60 °C la percentuale di soluto che sale a 3/4 ed arriva addirittura ai 4/5 alla temperatura di 90 °C, anche se non è consigliabile raggiungere questo valore essendo lo zucchero termodegradabile.

Nei paesi tropicali lo zucchero è ottenuto dalla canna da zucchero. L'estrazione dello zucchero in questo caso è assai più semplice. Nelle latitudini più alte, quelle che caratterizzano la zona temperata dove è compreso il nostro paese e fino al nord Europa, lo zucchero si ottiene dalla barbabietola da zucchero, in particolare dalla slesiana bianca che è la varietà più diffusa, in cui è contenuto con una percentuale di circa il 18%.

La barbabietola è una pianta biennale che, durante il primo anno di vita, produce una grossa radice in cui immaganizza lo zucchero, che poi utilizza, nel secondo anno di vita, quando produce il seme. Le barbabietole si seminano in primavera e sono raccolte in autunno, poco prima dell'inverno, per essere avviate agli zuccherifici. Naturalmente quelle destinate alla riproduzione non devono essere raccolte perché il seme è prodotto nel secondo anno di vita.

Trattandosi di un prodotto agricolo facilmente putrescibile, è essenziale che la raccolta ed il trasporto sia il più celere possibili, per evitare la degradazione e la perdita del prodotto.

Nello zuccherificio le barbabietole sono pesate ed analizzate per determinarne il contenuto zuccherino e remunerare conseguentemente i fornitori, e quindi sono provvisoriamente immagazzinate in un silos ben ventilato dove, al riparo delle intemperie, possono essere conservate per alcuni giorni.

Lo zuccherifici dunque, come del resto gli oleifici e le industrie conserviere, sono a lavorazione stagionale anche se lo zucchero prodotto deve essere poi opportunamente conservato per essere confezionato e commercializzato durante tutto l'anno.

Essendo un prodotto agricolo e, per giunta cresciuto sottoterra, le barbabietole che hanno forma grossolanamente conica, con un peso di circa oltre un chilo, sono prelevate dai silos in quantità costante nel tempo, e lasciate cadere una vasca d'acqua, dove subiscono un primo lavaggio grossolano. Poi vengono scollettate e quindi fatte passare tra coppie di rulli a spazzole per completare la pulizia

Eventuali piccoli oggetti metallici, contenuti anche all'interno dalla barbabietola, e che danneggerebbero le affilate lame della macchina fettucciatrice, quali piccoli chiodi e bulloni, sono rimossi facendo passare le barbabietole tra i due poli di un potente elettromagnete.

Per estrarre lo zucchero la polpa della barbabietola è tagliata a fettucce, cioè striscioline larghe quasi un centimetro e spesse solo un millimetro. In Base alla legge di Fich la quantità di soluto che passa, nell'unità di tempo, dalla polpa alla soluzione acquosa che costituisce l'estratto, è tanto maggiore quanto più sottili sono le fettucce. D'altro canto però uno spessore molto piccolo indebolisce la fettuccia e la fa spappolare peggiorando, e di molto, la resa di estrazione.

Lo zucchero che diffonde dalla polpa alla soluzione, nell'unità di tempo, può essere calcolata con la formula con la legge di Fich

G = D * A * dc / x

dove

G = rappresenta la massa di saccarosio diffuso nell'unità di tempo,

D = coefficiente di diffusione

Dc = differenza di concentrazione del saccarosio

dx = spessore delle fettucce di barbabietola

L'estrazione dello zucchero è effettuata in grossi cilindri di estrazione continua, ad asse inclinato, dove le fettucce sono immesse dal basso e trascinate lentamente verso l'alto da una coclea mentre l'acqua calda immessa dall'alto e prelevata dal basso insieme allo zucchero che ha estratto.

Le polpe esauste vendono scaricate dall'alto dell'estrattore e dopo essere state spremute vengono ed essiccate sono utilizzate per confezionare mangimi per animali.

La soluzione zuccherina estratta è prima fatta passare in una griglia per separare le sostanze solide grossolane, e poi sottoposta a defecazione, solfitazione e deionizzazione per eliminare tutte le sostanze estranee.

La defecazione consiste nell'aggiungere prima idrossido di calcio e poi insufflare anidride carbonica. L'idrossido di calcio reagisce e precipita molte delle sostanze contenute nella soluzione zuccherina compreso un poco di zucchero che dunque è perso, il biossido di carbonio reagisce con l'eccesso di idrossido di calcio e forma il carbonato di calcio che precipitando trascina con se anche le altre particelle solide sospese sedimentandole e separandole dalla liquido. Il pH della soluzione deve essere tenuto in costante controllo in quanto bisogna assolutamente evitare che scenda nel campo acido. E' opportuno anzi che resti sempre al di sopra di otto e mezzo. In ambiente acido lo zucchero, infatti, tende a scindersi.

La solfitazione ha lo scopo di decolorare la soluzione zuccherina ed è eseguita insufflando anidride solforosa. Essendo il biossido di zolfo un gas a carattere acido, occorre controllare in continuazione il valore del pH aggiungendo eventualmente altra calce.

La deionizzazione ha lo scopo di eliminare sia gli ioni, sia quelli di calcio sia di sodio perché, essendo melassigeni, ostacolerebbero la cristallizzazione dello zucchero.

La soluzione così purificata, è una soluzione zuccherina diluita che deve essere concentrata. L'operazione è assai dispendiosa da un punto di vista termico in quanto occorre evaporare una grandissima quantità di acqua. L'operazione. Nei grandi impianti, è realizzata utilizzando dapprima la termocompressione e poi l'evaporazione a multiplo effetto in equicorrente. La scelta dell'equicorrente è una scelta obbligata data la natura termolabile del soluto.

La soluzione concentrata ed ormai quasi satura proveniente dall'ultimo evaporatore entra nel primo cristallizzatore, dove continua l'evaporazione dell'acqua, ma a pressione ridotta per mantenere la temperatura al di sotto di 80 °C fino ad ottenere una soluzione anche un poco sovrassatura, poi si introducono dei piccoli granelli di zucchero solido e gradualmente si diminuisce la temperatura. I minuscoli granelli di zucchero facilitano la precipitazione del soluto dalla soluzione sovrassatura, in quanto fungono da centri di precipitazione del soluto, e dunque, tendono ad ingrossarsi.

Lo zucchero precipitato è recuperato per filtrazione, e dopo essere stato lavato con poca acqua, per rimuovere la soluzione madre, è essiccato e commercializzato come zucchero di prima qualità. L'acqua di lavaggio costituisce lo scolo bianco ed è riciclata tutta nello stesso cristallizzatore da cui proviene lo zucchero che ha lavato. La soluzione, ora priva dello zucchero precipitato costituisce lo scolo verde dal quale si otterrà lo zucchero di seconda qualità.

Lo scolo verde, proveniente dal primo cristallizzatore, è sottoposto ad una nuova defecazione, solfitazione e deionizzazione e quindi evaporato, sempre a pressione ridotta per mantenere la temperatura di sotto a 80 °C, fino ad ottenere, anche questa volta, una soluzione lievemente sovrassatura. A questo punto si aggiungono i soliti granelli di zucchero, che fungono da centri di precipitazione del soluto, e si abbassa gradualmente la temperatura, per beneficiare della diminuzione della solubilità.

Lo zucchero precipitato viene, anche questa volta, recuperato per filtrazione e dopo essere stato lavato con poca acqua per rimuovere la soluzione madre è essiccato e commercializzato come zucchero di seconda qualità. L'acqua di lavaggio costituisce lo scolo bianco ed è riciclata tutta nello stesso cristallizzatore da cui proviene lo zucchero che ha lavato. La soluzione, ora priva dello zucchero precipitato costituisce anche in questo caso lo scolo verde, è chiamato melasso e contiene ancora parecchio zucchero ma che non è però recuperabile mediante la cristallizzazione.

Lo zucchero può essere, in almeno in parte recuperato dal melasso aggiungendo ancora calche e facendolo precipitare come sucrato. Lo zucchero ottenuto dal melasso è però di bassa qualità.