كيف يتم استخلاص سكر السكروز من عصير القصب او الشمندر

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته


سكروز Sucrose
سكر ثنائي يوجد في قصب السكر والشمندر ، ويسمى سكر المائدة ، يتألف من سكرين أحاديين هما غلوكوز من

نوع الفا ، وفركتوز من نوع بيتا تترابطان فيما بينهما برابطة ايثرية من نوع α ,β-1:2 ، ويمتلك السكروز الصيغة

الجزيئية C12H22O11 .

السكروز أو سكر القصب (بالإنجليزية: Sucrose أو Saccharose) عبارة عن سكر معقد ثنائي، الاسم

الشائع له هو السكر. يستخرج في أوروبا من شمندر السكر بينما في باقي أنحاء العالم فيستخرج من قصب السكر.

يتواجد في غالب الأحيان في الفاكهة والخضر. يتكون السكروز من اتحاد وحدتين من السكريات الاحادية هما

الغلوكوز والفركتوز، تتشكل الرابطة بين ذرة الكربون C1 في الغلوكوز وذرة الكربون C2 في الفركتوز وتسمى

رابطة سكرية (glycosidic bond).

السكروز النقي عبارة عن مسحوق أبيض دون رائحة، ذو طعم حلو، مثل باقي السكريات فان نسبة الهيدروجين إلى

الاكسجين هي 1:2، تتشكل الرابطة السكرية بين ما يسمى النهاية المختزلة(reducing end) في الغلوكوز

والنهاية المختزلة في الفركتوز وبالتالي فان السكروز يعتبر من السكريات غير المختزلة (nonreducing

sugar) على العكس من باقي السكريات الثنائية التي تتشكل فيها الرابطة السكرية بين النهاية المختزلة لاحدى

الوحدتين احادية السكر والنهاية الغير مختزلة للوحدة الاخرى. ينصهر السكروز عند درجة حرارة 180 °C

لتشكيل الكاراميل (caramel) وعند احتراقه ينتج الكربون وثاني أكسيد الكربون بالاضافة إلى الماء.


جزيء سكر القصب



يتبع ....

استخلاص السكر من الشوندر السكري :

مراحل استخلاص السكر من الشوندر السكري :

· تقطع جذور الشوندر الى شرائح ( قسم السكاكين )

· استخلاص العصير من الشرائح ( قسم الديفزيونات ) : تحتوي خلايا الشوندر السكري على السكروز منحلاً في الماء مع مواد عضوية أخرى ويقوم الغشاء السيتوبلازمي بدور غشاء نصف نفوذ لايسمح بانتقال السكروز الى خارج الخلية حتى ولو وجدت في وسط مائي ، ونلجأ الى استخدام الحرارة (70 –76 م ) لتخريب هذا الغشاء بهدف البدء بعملية الانتشار (انتقال السكروز من داخل الخلية – الوسط العالي التركيز – الى الوسط الخارجي المنخفض التركيز ) ويستمر ذلك مادام هناك فرق في التركيز ( فرق التركيز بمثابة القوة المحركة لظاهرة الانتشار)

· تنقية عصير الديفزيون :

- يحتوي عصير الديفزيون بالاضافة للسكروز على عدد كبير من المواد اللا عضوية والمواد العضوية الآتية من الشوندر والتي تشمل المواد غير السكرية في العصير ، وهدف التنقية هو التخلص ما أمكن من جميع المواد غير السكرية بطريقة رخيصة والحصول على السكر النقي بمردود جيد

- المعالجة بلبن الكلس 2 (Oh )Ca : هدفها ترسيب مايمكن ترسيبه من المواد غير السكرية على شكل أملاح الكالسيوم الراسبة ، وتتم العملية على مراحل :

- الكربنة الأولى : هدفها ترسيب زيادة الكلس في العصير على شكل كربونات الكالسيوم CO2وهذا الراسب يدمص الشوائب غير السكرية وتسهل عملية الترشيح اللاحقة

- التصفية الأولى : هدفها فصل الشوائب وكربونات الكالسيوم التي ترسبت عند إضافة لبن الكلس ثم غاز ثاني أكسيد الكربون

- الأشباع الثاني : الهدف هو تخفيض كمية الكلس وأملاح الكالسيوم الى الحد الادنى في العصير بترسيب الكالسيوم على شكل كربونات الكالسيوم بواسطة CO2بالاضافة الى ترسيب بعض الشوائب التي بقيت بعد التفحيم الأول

- التصفية الثانية : هدفها فصل الرواسب عن العصير الذي أشبع ثانية بغاز CO2، وهذا العصير له بريكس 13 – 15 %

- التبخير والتكثيف : بهدف الحصول على بلورات السكر من العصير بعد المعالجة الفيريائية والكيميائي : يتم تكثيف العصير على مرحلتين :

1- المرحلة الأولى : تكثيف العصير في محطة التبخير وصولاً الى تركيــــــز 60 –65%

2- المرحلة الثانية : تكثيف العصير في محطة البلورة ( الطبخ ) وصولاً الى درجة الإشباع

· البلورة : يتبلور السكروز من محاليل فوق مشبعة ، لهذا يتم تبخير الماء من شراب المباخر للوصول الى بر يكس 92 – 93 % وبنفس المواد اللاسكرية في الوسط المحيط بالبلورات ،وللحد من تفكك السكروز وتشكل المواد الملونة تتم عملية البلورة تحت الفراغ لخفض درجة الغليان من 115- 118 الى 63 – 70 درجة مئوية في أجهزة دورية ، وتختلف مراحل البلورة من معمل لآخر ، ولكنها عملياً يمكن إجمالها بمرحلتين أو ثلاث مراحل ( نظام الطبختين أو نظام الثلاث طبخات )

· فرز السكر الأبيض : ( Canfritugation ) : بهدف فصل البلورات عن الوسط المحيط ( السائل ) اعتماداً على مبدأ القوة النابذة للحصول على السكر الأبيض ( لأن الكتلة المطبوخ تتكون من جملة بلورات السكروز التي يحيط بها وسط سكري عالي التركيز )

· التعبئة والتخزين : يوزن سيور ناقلة يوجد عمال للتنضيد ( التستيف )

يتبع .....

1- الطريقة الأولى: استخلاص السكر بطريقة ستيفن
تستعمل عادة لاستخلاص السكر من مولاس الشمندر وهي كثيرة الانتشار في
الولايات المتحدة الأمريكية والاتحاد السوفييتي، حيث يقدر أن نصف معامل السكر في الاتحاد السوفييتي على الأقل تحتوي وحدات من هذا النوع علاوة على انتشارها في بلجيكا حيث تم هناك بنجاح اكتشاف طريقة مستمرة للعمل بدلاً من الأسلوب الحالي في العمل على شكل دفعات،
وتتلخص عملية الاستخلاص التقليدية بإضافة مسحوق الكلس الحي النقي جداً إلى محلول مولاس مخفف (6% سكروز و9 بركس) قد تم تبريده إلى ما تحت درجة 18 م والتي لا يجب تجاوزها خلال فترة التفاعل.
وتتم إضافة مسحوق الجير الحي بنعومة 74 ميكرون تدريجياً مع التحريك المستمر والتبريد، وعند إتمام الإضافة (120 غ كلس حي إلى كل 100 غ سكروز في المحلول) تترسب بعد 12 دقيقة تقريباً من التفاعل سكرات الكالسيوم الثلاثية التي يجري ترشيحها بمرشحات تعمل تحت ضغط مخلخل وتغسل جيداً.
ويتكون طين سكرات الكالسيوم الثلاثية في المرشحة من المكونات التالية:
سكر 14.2 %
كلس حي 15.6%
ماء 64.05%
النقاوة الظاهرة 95.5%
الرافينوز 6.65%
النقاوة الحقيقية 84.5 %
ويحتوي الراشح على بقية من السكر ولذلك يسخن في خزان مفتوح باستعمال التسخين المباشر للبخار حتى تصل درجة الحرارة إلى 90 م فتترسب سكرات الكالسيوم الثنائية (السكريات الحارة)، بعد الترشيح والغسل تعزل السكرات الساخنة وتضاف إلى السكرات الباردة المحضرة سابقاً. أما الراشح( 3.6 بركس 0.17 %أوكسيد الكالسيوم) فهو مصدر لصناعة أخرى سنأتي على ذكرها.
وتتركب سكرات الكلسيوم الثنائية من:
76.8 % ماء
9.6 % أوكسيد الكالسيوم ذائب
11.0 % سكر
95.4% النقاوة الظاهرة
يضخ مزيج السكرات بالماء وهو على شكل اللبن إلى خزانات تكليس الشراب الخام ومنه إلى الجزء الأول للمعالجة بغاز الكربون وذلك خلال موسم الشمندر كما يمكن استمرار وحدة الاستخلاص من المولاس بالاستمرار في العمل خلال موسم التكرير. ففي موسم تكرير السكر الخام تجري عملية استخلاص السكر من مولاس الشمندر المخزون من إنتاج الفترة السابقة بإضافة أوكسيد الكالسيوم للمرحلتين الساخنة والباردة (كما مر ذكرها) ومنها إلى أجهزة الإشباع حيث يمرر غاز غاز ثاني أوكسيد الكربون في معلق سكرات الكالسيوم فتتكون كاربونات الكالسيوم الراسبة ومحلول السكر المخفف عندما تكون (ph = 8.3) حيث يرشح المحلول ويركز الراشح للحصول على محلول السكر المركز وبنقاوة تقارب 90 % ، ثم يفصل السكر عن محاليله بطريقة البلورة الجزئية على مرحلتين "كماهو مبين في المخطط التفصيلي في الصفحة التالية) ونحصل في المرحلة الأخيرة على مولاس خاص يخزن في خزانات خاصة لاستعماله في العلف الحيواني أو غيره.
وبهذه الطريقة يمكننا استخلاص ما يقرب من 75 % من السكر الموجود في مولاس الشمندر أي ما يعادل حوالي 15 % من وزن السكر الأبيض المنتج من الشمندر فيما إذا صنّع المولاس الناتج عن الشمندر كله بهذه الطريقة، وكما هو موضح بالجدول (3)
2- الطريقة الثانية: طريقة (ديكويد) لاستخلاص السكر من مولاس القصب
بالنظر لأن مولاس القصب يحتوي على نسبة كبيرة من السكر المختزل ، تعذر استخدام طريقة ستيفن لعزل السكروز منه بكفاءة جيدة ، لذلك استعملت هذه

الطريقة التي تعتمد على استعمال الباريتا لترسيب السكر المختزل أولاً وفصلها عن المحلول ثم استخلاص السكر من الراشح المتبقي، وتتلخص الطريقة بما يلي:
1- يخفف المولاس إلى أربعة أضعاف حجمه بالماء ويغلى لمدة دقيقة أو اثنتين مع محلول يحتوي على بلورات الباريتا بما يعادل ضعف كميــــــة الســـــــكر
المنوي استبعاده.
2-يرشح المحلول ويكون الراشح خالياً من السكر المختزل فيغلى حتى يصل إلى كثافة تعادل 40 بوميه في درجة حرارة 63 م.
3-عند هذه الدرجة يضاف وفر من محلول الباريتا حتى تصل كمية الباريتا المضافة إلى 1.2 مرة من كمية السكروزالموجودة في المولاس، تترسب سكرات الباريوم على شكل مادة مسامية وترشح.
4- تغسل العجينة المتولدة بمحلول باريتا ساخن بتركيز 2 % حتى يتم التخلص من جميع السائل الذي تكونت فيه العجينة.
5- يجري مزج الراسب الأصفر الرملي بمثل وزنه بالماء ويشبع بغاز ثاني أوكسيد الكربون حتى تزول القلوية تماماً ويصبح المحلول متعادلاً.
6-يجري التخلص من كاربونات الباريوم بالترشيح.
7- يبخر محلول السكر ويبلور بالطريقة الاعتيادية.
ولاستعادة الباريتا يجري مزج ماء الغسل والسائل الأم وإشباعهما بغاز ثاني أوكسيد الكربون لترسيب كاربونات الباريوم التي تعزل بالترشيح، ويستعمل الراشح بعد تبخيره ومفاعلته مع محلول الجير كمصدر لأملاح البوتاسيوم.
إن مساويءهذه الطريقة تتلخص في غلاء الباريتا وكثرة الكميات التي تستخدم منها للتخلص من السكر المختزل.
3- الطريقة الثالثة: استخلاص السكر بالكحول
يخفف المولاس ويخلط بالكحول الإيثيلي أوالميثيلي للتخلص بالترسيب من نسبة كبيرة من المواد العضوية غير السكرية والأملاح المعدنية وأهمها كبريتات البوتاسيوم - والكالسيوم، تفصل الرواسب بالترشيح ويمر الرشيح إلى معدات التبخير لاسترجاع الكحول لإعادة استخدامه في عملية جديدة وهكذا
وبعد تخفيف المحلول السكري يدفع خلال مرشحات التبادل الأيوني لإزالة الجزء الأكبر من الأملاح المتبقية وكذا لقصر اللون بنسبة كبيرة، ويتم إزالة اللون بمتابعة دفع المحلول على مرشحات للفحم المنشط، يعقب ذلك تركيز المحلول الشفاف تحت ضغط مخلخل إلى تركيز (70-80 %) ويسمى الشراب الذهبي ويستعمل كما هو في الصناعات الغذائية بدلاً من إذابة السكر الصلب المتبلور، أو يجفف بالتذرير ضمن هواء ساخن حيث ينتج من السكريات قوامها نحو 70 % سكروز و 30 % سكريات أحادية، وإن استخدام هذه الطريقة محدد لارتفاع تكاليفها.
4- الطريقة الرابعة: استخلاص السكر بالتحليل الكهربائي
لاتعتبر هذه الطريقة اقتصادية إلا إذا اعتمدت على مصدر كهربائي اقتصادي (مشروع هيدرو كهربائي) حيث يتم بالتحليل الكهربائي عزل نحو 80 % من الأملاح في خلايا مسامية تسمح بمرور جزيئات البوتاسيوم والكالسيوم ولا تسمح بمرور الجزيئات الأكبر حجماً كالسكريات والمواد العضوية، وتتم معالجة المحلول السكري بعد ذلك بنفس الخطوات الواردة في الطريقة الثالثة وتمتاز هذه الطريقة بإمكان إنتاج محلول مركز من البوتاس الكاوي للأغراض التجارية.
5-الطريقة الخامسة:استخلاص السكر بالمبادلات الأيونية
لقد تم بنجاح تخليص المولاس من الشوائب التي تخفّض نقاوته باستعمال المبادلات الأيونية (لإزالة الأحماض والبييتين والأملاح المعدنية) .
وفي وحدة تم إنشاؤها في إيطاليا عام 1956 م تم رفع نقاوة المولاس من 64 % إلى 92 % مما يجعل إمكانية استعماله في معامل السكر أمراً ميسوراً.



.....انتهى .....

بنت فلسطين