Şeker, dünyada en yaygın tüketilen gıdalardan biridir ve esas olarak şeker kamışı ve şeker pancarından elde edilir. Yüksek kaliteli şeker üretimi, ekstraksiyon, berraklaştırma, buharlaştırma, kristalleştirme ve rafine etme gibi çok aşamalı karmaşık bir süreçtir. Şeker işleme sürecinin her aşamasında, şeker suyunun kalitesi ve saflığı hassas bir şekilde kontrol edilmelidir. Kolloidal parçacıklar, proteinler, pigmentler ve mikroorganizmalar gibi doğal safsızlıklar, berraklaştırma, filtrasyon ve kristalleştirme verimliliğini ciddi şekilde etkileyebilir.
Kimyasallar, modern şeker üretim süreçlerinde çok önemli bir rol oynar. Uygun kimyasal kontrol olmadan, bu safsızlıklar kireçlenmeye, renk sorunlarına ve üretim kaybına neden olabilir. Şeker üretiminde kullanılan kimyasallar sadece verimliliği ve üretimi artırmakla kalmaz, aynı zamanda ürün kalitesini iyileştirir, enerji tüketimini azaltır ve fabrikaların çevre koruma standartlarını karşılamasına yardımcı olur. Bu kimyasallar şunları yapabilir:
- Berraklaştırma verimliliğini ve katı-sıvı ayırma etkisini iyileştirin.
- Meyve suyu ve şuruplarında mikroorganizmaların büyümesini önleyin.
- Yüksek saflıktaki beyaz toz şekerin renk açma etkisini artırın.
- Evaporatör ve vakum evaporatöründe köpük oluşumunu ve kireçlenmeyi kontrol edin.
Bu makale, şeker kamışını örnek alarak şeker üretim sürecini kapsamlı bir şekilde özetlemektedir. Ayrıca, sorunsuz bir işlem ve yüksek kaliteli şeker üretimi sağlamak için her aşamada farklı kimyasalların (topaklaştırıcılar, dezenfektanlar, renk giderici maddeler ve köpük gidericiler) nasıl uygulandığını da açıklamaktadır.
Şeker Üretim Süreci ve Kimyasalların Uygulanması
Hammadde Hazırlığı
Şeker üretimi, hammaddelerin hasadı ve hazırlanmasıyla başlar. Şeker kamışı yıkanır ve toprak, taş ve yapraklardan arındırılmak üzere doğranır. Bu aşamada, eğer şeker suyu uzun süre bekletilirse, mikroorganizmalar üremeye başlar. Hammaddelerin yüzeyindeki mikrobiyal yükü azaltmak, şeker suyu kontaminasyonunu veya sakarifikasyon işlemi sırasında bozulmasını önlemek için, bazen şeker kamışının yüzeyine, depolama suyuna veya temizlik ekipmanına dezenfektanlar uygulanır.
| Dezenfektan Tipi | Önerilen Konsantrasyon | Uygulama Yöntemi | Ana Fonksiyonlar | Önlemler | Avantajlar |
| Sodyum Hipoklorit (NaClO) | 50–200 ppm serbest klor | Şeker kamışının yüzeyini 5-10 dakika boyunca püskürtün veya ıslatın. | Geniş spektrumlu sterilizasyon, mikrobiyal yükü azaltır. | Klor konsantrasyonunu kontrol edin (genellikle 50-200 ppm serbest klor). Renk veya kristalleşme sorunlarını önlemek için meyve suyunda aşırı klor kalıntısından kaçının. Gerekirse kullanımdan sonra durulayın veya süzün. | Geniş spektrumlu sterilizasyon; düşük maliyet. |
| Sodyum Dikloroizosiyanürat (SDIC) | 50–150 ppm serbest klor | Şeker kamışının yüzeyini 5-10 dakika boyunca püskürtün veya ıslatın. | Yüksek stabilite, güçlü sterilizasyon verimliliği | Meyve suyunun kristalleşmesini ve rengini etkilememek için serbest klor miktarını kontrol altında tutun. | Sodyum hipokloritten daha kararlı; yüksek verimlilik; kontrollü artık klor; gıda işleme ortamlarında yaygın olarak kullanılır. |
| Hidrojen Peroksit (H₂O₂) | %0,1–%0,5 | Temizlik suyuna veya yüzey püskürtme sıvısına eklenir. | Sterilizasyon, kalıntı bırakmaz, çevre dostu | Konsantrasyonu kontrol edin; yüzey işlemi için genellikle %0,1–0,5 arası. Çalışma sırasında dikkatli kullanın. | Kalıntı bırakmadan ayrışır; güvenli ve çevre dostudur. |
| Sıcak Su / Buhar | 80–90°C'de sıcak su veya 100°C'de buhar | 2-5 dakika boyunca sıcak su veya buharla durulama | Kimyasal madde eklenmeden sterilizasyon | Yüksek enerji tüketimi; uygun ekipman gerektirir; güvenlik önlemlerine uyulmalıdır. | Kimyasal katkı maddesi içermez; kimyasal kalıntıları azaltır. |
| Tesis/Bitki Temizleme Suyu Dezenfeksiyonu | SDIC, 50–100 ppm | Ekipmanların ve nakliye araçlarının temizliği | İkincil kirlenmeyi önler. | Serbest klor konsantrasyonunu düzenli olarak değiştirin ve izleyin. | — |
Önerilen Uygulama
Şeker kamışı fabrikaya girdiğinde, toprak ve yabancı maddelerden arındırmak için önce temiz suyla yıkanır.
Ardından, koşullara göre düşük konsantrasyonlu SDIC veya sodyum hipoklorit püskürtülerek yüzey dezenfeksiyonu gerçekleştirilir.
Şeker fabrikasının su kaynakları ve temizlik ekipmanları da genel hijyenik ortamı sağlamak için düzenli olarak dezenfekte edilmelidir.
Meyve Suyu Çıkarma
Temizlik ve dezenfeksiyonun ilk aşamasından sonra, bir sonraki adım şeker kamışı suyunu çıkarmaktır. Su genellikle mekanik presleme veya difüzyon sistemleri ile çıkarılır. Bu adım, şeker kamışının sert yapısını kırmayı ve suyunu çıkarmayı içerir.
Çoğu durumda, şeker kamışı sıkma makinesi, bir doğrayıcı veya dönen bıçaklarla birlikte üç silindirli değirmenden oluşur. Şeker kamışı bir konveyör bandında işlendikten sonra, daha fazla suyunu çıkarmak için başka bir konveyör bandına taşınır. Ancak, taşımadan önce, daha fazla su çıkarmak için önce su serpilir. Sıkma işleminden sonra kalan kalıntıya bagasse denir.
Meyve suyu, bitki lifleri, proteinler ve hatta tamamen yıkanmış toprak parçacıkları da dahil olmak üzere çözünebilir ve askıda kalan safsızlıklar içerir. Bu safsızlıkların, sonraki berraklaştırma ve kristalleştirme işlemlerinin verimliliğini artırmak için işlenmesi gerekir.
Şeker Kamışı Suyunun Berraklaştırılması
Şeker üretim sürecinin erken aşamasında en önemli adım, şeker kamışı suyundan safsızlıkları (toprak, protein, kolloid, organik asit vb.) uzaklaştırmak ve saflığını artırmaktır. Genellikle, fosfor flotasyon yöntemi veya karbonasyon yöntemi ile birlikte kireç prosesi kullanılır.
Kimyasal kullanımı
Kireç (CaO)/kireç sütü (Ca(OH)2Asidik maddeleri nötralize eder ve safsızlıkları çöktürür.
Karbondioksit (CO₂)2(Karbonatlama yönteminde kullanılır): Kireçle reaksiyona girerek kalsiyum karbonat çökeleği oluşturur ve bu çökelek safsızlıkları emer.
Topaklayıcı/koagülan yardımcı madde: Askıda kalan katı maddelerin hızla çökelmesine yardımcı olur.
Yaygın olarak kullanılanlar: Polialüminyum klorür (PAC), poliakrilamid (PAM), vb.
Kükürt (SO)2) veya sodyum sülfit: Fosfor flotasyonunda ağartma, renk giderme ve sterilizasyonda rol oynar.
Filtrasyon ve Ön Isıtma
Berraklaştırma işleminden sonra, tortuyu gidermek için meyve suyunun filtrelenmesi gerekir. Buharlaştırmadan önce meyve suyunu önceden ısıtmak çok önemlidir, çünkü bu işlem meyve suyunun viskozitesini azaltmaya ve mikrobiyal büyümeyi önlemeye yardımcı olur.
Buharlaşma ve Konsantrasyon
Meyve suyu daha sonra çok etkili bir buharlaştırıcı kullanılarak şurup haline getirilir ve nem içeriği yaklaşık %85'ten %30-40'a düşürülür. Vakumlu buharlaştırma, şekerin kalitesini korumaya yardımcı olur, ancak aynı zamanda bazı operasyonel zorluklar da ortaya çıkarır:
- Çözünmüş proteinler ve yüzey aktif maddeler köpük oluşumuna neden olur.
- Evaporatör yüzeyinde kireç birikimi.
Kimyasal Uygulamalar:
Köpük önleyiciler: Yüksek sıcaklıklarda köpük oluşumunu engellemek için silikon bazlı köpük önleyiciler. Orta derecede köpük oluşturan meyve suyu sistemleri için uygun polieter ve yağ alkolü bazlı köpük önleyiciler.
Kireç Önleyiciler/Dağıtıcılar: Evaporatörde kalsiyum karbonat veya sülfat kirecinin oluşmasını önler.
Etki: Etkin köpük kontrolü ve kireç oluşumunun önlenmesi, sorunsuz buharlaşma, daha yüksek ısı transfer verimliliği ve daha az arıza süresi sağlar.
Kristalleşme
Şeker üretiminde kristalleşme süreci (endüstride genellikle kaynatma olarak adlandırılır), konsantre şeker şurubunun katı sakaroz kristallerine dönüştürülmesinde çok önemli bir adımdır. Konsantre şurup, şeker kristalleşmesini başlatmak için vakumlu bir kazanda kaynatılır. Doğru kristalleşme, şeker verimi, kristal boyutu ve rengi için gereklidir. Bu, çökelen sakaroz kristallerinin boyutunu ve homojenliğini kontrol etmek için tasarlanmış karmaşık bir fizikokimyasal süreçtir.
Bu işlemde sıklıkla köpük önleyiciler kullanılır. Köpük önleyiciler, kaynatma sırasında köpük oluşumunu kontrol ederek şurubun taşmasını önler.
Kararlı kristalleşme, şeker verimini artırır ve santrifüjleme sırasında oluşan kayıpları azaltır.
Santrifüjleme ve Ayırma
Kristal oluşumundan sonra, kristaller santrifüj kullanılarak melastan ayrılır ve daha sonra sıcak borular aracılığıyla kurutulur. Melas, etanol üretimi, hayvan yemi veya diğer kullanımlar için daha ileri işlemlerden geçirilebilir.
Renk Giderme ve Arıtma
Renk giderme ve rafine etme, şeker üretim sürecinin son aşamasıdır ve esas olarak yüksek saflıkta, beyaz rafine şeker (granüle şeker veya kaya şekeri gibi) üretiminde kullanılır. Bu aşama, büyük miktarlarda kimyasal madde ve adsorban kullanımını gerektirir.
Yaygın olarak kullanılan kimyasallar şunlardır:
Aktif karbon (toz veya granül): Polifenolleri, karameli ve diğer pigmentleri emer.
Renk giderici reçineler/iyon değişim reçineleri: İyonik ve iyonik olmayan renkli bileşikleri uzaklaştırır.
Hidrojen peroksit (H₂O₂): Kalan pigmentleri oksitleyerek şurubun rengini daha da açar.
Renk açıcı maddeler: Düşük ICUMSA değerleri ve yüksek görsel kalite sağlar.
Yukarıda şeker endüstrisindeki ana süreçler ve kimyasal uygulamalar özetlenmiştir.
İlgili Kimyasallar Sergisi:
Şeker sanayinden çıkan atık sular nasıl arıtılıyor?
Şeker fabrikaları, şeker üretim süreci boyunca atık su üretir. Bu atık su, karmaşık bir yapıya sahip olup yüksek kirlilik yükü taşır ve deşarj edilmeden önce sistematik su arıtma işlemine tabi tutulması gerekir.
Atık sular esas olarak hammadde yıkama, ekipman temizliği, şeker üretim prosesi atık suları, soğutma suyu/yoğuşma suyu ve kazan tahliyesinden kaynaklanmaktadır. Bu atık sular, çok yüksek KOİ ve BOİ (şeker içeriği nedeniyle), yüksek askıda katı madde içeriği, güçlü biyolojik bozunabilirlik ve bazen yağ ve çamur içermesiyle karakterize edilir. Bu nedenle, bu atık suları arıtmak için genellikle ön arıtma + pıhtılaşma ve çöktürme + biyolojik arıtma + ileri arıtma gibi bir dizi işlem kullanılır. Yaygın arıtma yöntemleri arasında fiziksel arıtma (çöktürme ve filtrasyon gibi), kimyasal arıtma (pıhtılaşma ve nötralizasyon gibi) ve biyolojik arıtma (aktif çamur prosesleri ve yapay sulak alanlar gibi) yer almaktadır.
Şeker sanayinden çıkan atık suları arıtmak için hangi kimyasallara ihtiyaç duyulmaktadır?
İşlem adımları ve kimyasal uygulamalar aşağıdaki gibidir:
| Tedavi Aşaması | Amaç | Önerilen Kimyasallar | Ana Fonksiyonlar |
| 1. Hammadde Yıkama ve Birincil Ön İşlem | Kum, çamur, lifler ve askıda kalan katı maddeleri temizleyin. | PAC (Polialüminyum Klorür) | Hızlı pıhtılaşma, askıda katı madde ve bulanıklığın giderilmesi |
| PAM (Poliakrilamid) – Anyonik/İyonik Olmayan | Topak oluşumu, çökelmeyi hızlandırır. | ||
| Köpük giderici | Şeker kamışı yıkama ve meyve suyu çıkarma sırasında oluşan köpüğü kontrol eder. | ||
| 2. Dengeleme ve pH Ayarlaması | Giriş suyu kalitesini stabilize edin, sonraki işlemler için pH'ı ayarlayın. | Kireç (CaO / Ca(OH)₂) | pH seviyesini yükseltir, kısmi sertlik giderimi sağlar. |
| Sodyum Hidroksit (NaOH) | Hassas pH ayarı | ||
| Sülfürik Asit / Hidroklorik Asit | pH'ı düşürür | ||
| Köpük giderici | Dengeleme havzasındaki köpüğü azaltır. | ||
| 3. Pıhtılaşma ve Topaklanma (Birincil Çökeltme) | Askıda kalan katı maddeleri, kolloidleri ve rengi giderin; KOİ'yi azaltın. | PAC / PoliDADMAC / Poliamin | Bulanıklık ve renk giderme için birincil pıhtılaştırıcılar |
| PAM (Anyonik) | Çökeltilerin topaklanma gücünü ve çökelme hızını artırır. | ||
| Pıhtılaştırıcı Yardımcı Maddeler (örneğin, Magnezyum Silikat) | Netliği ve çökelme performansını artırır. | ||
| 4. Anaerobik Biyolojik Arıtma (UASB, EGSB) | Yüksek organik yükü (KOİ, BOİ) azaltın. | Besin Katkı Maddeleri (N ve P kaynakları) | Mikrobiyal aktiviteyi ve sağlıklı biyokütleyi koruyun. |
| pH Ayarlayıcılar | Anaerobik bakteriler için optimum pH değerini (6,8–7,2) koruyun. | ||
| Köpük giderici | Biyogaz kaynaklı köpük oluşumunu engeller. | ||
| 5. Aerobik Arıtma (Aktif Çamur, SBR) | COD, BOD ve amonyak seviyelerini daha da düşürün. | Besin Katkı Maddeleri (N ve P) | Mikroorganizmalara dengeli besin maddeleri sağlayın. |
| Köpük giderici | Havalandırma sırasında köpüğü kontrol eder. | ||
| Biyoenzimler / Mikrobiyal Kültürler | Biyolojik bozunma verimliliğini artırır. | ||
| 6. İleri Tedavi (Sıkı taburcu standartları geçerliyse) | Berraklığı artırın, kalan KOİ, SS ve renk kalıntılarını giderin. | Poliamin / PoliDADMAC | Güçlü renk açma ve bulanıklık giderme |
| PAC | Ek SS ve kolloid uzaklaştırma | ||
| PAM (Yüksek Moleküler Ağırlık) | Son flokülasyon ve parlatma | ||
| Aktif Karbon | Renk, koku ve organik kalıntıları giderir. | ||
| 7. Dezenfeksiyon ve Su Geri Dönüşümü | Atık su veya yeniden kullanım için mikrobiyal güvenliği sağlayın. | Kalsiyum Hipoklorit | Güçlü dezenfeksiyon |
| Sodyum Hipoklorit | Yaygın çevrimiçi dozaj dezenfektanı | ||
| SDIC (Sodyum Dikloroizosiyanürat) | Kararlı, uzun süreli klor salınımı | ||
| TCCA (Trikloroizosiyanürik Asit) | Yüksek klor içeriği, yavaş salınımlı klorlama |
Şeker üretimi, ham madde hazırlığından meyve suyu sıkmaya, berraklaştırmadan buharlaştırmaya, kristalleştirmeye, rafine etmeye ve atık su arıtımına kadar her aşamada hassas kontrol gerektiren karmaşık bir endüstriyel süreçtir. Her aşama, askıda katı madde, renk, mikrobiyal aktivite, köpük oluşumu ve kireç birikimi gibi kendi zorluklarını sunar. Şeker fabrikaları, şeker üretim sürecinin her aşamasına uygun kimyasalları entegre ederek, verimi artırabilir, kristal kalitesini iyileştirebilir, rengi geliştirebilir, kayıpları azaltabilir ve arıza sürelerini en aza indirebilir. Aynı zamanda, optimize edilmiş kimyasal çözümler, daha verimli atık su arıtımı ve azaltılmış kimyasal atık yoluyla çevre korumasına katkıda bulunur.
Doğru kimyasal ortağı seçmek, şeker fabrikalarının üretim verimliliğini artırmasına, tutarlı ürün kalitesini sağlamasına, ekipman ömrünü uzatmasına ve uzun vadeli operasyonel mükemmelliğe ulaşmasına olanak tanır.