PL208331B1 - Sposób wytwarzania dużych kryształów cukru - Google Patents

Abstract

Ujawniono sposób wytwarzania dużych kryształów cukru o wielkości powyżej 5 mm, zwłaszcza powyżej 8 mm, poprzez krystalizację z odparowaniem w zbiorniku krystalizacyjnym, przy czym między narastającymi kryształami cukru i przesyconym roztworem cukru wytwarza się ruch względny, który utrzymuje kryształy cukru w stanie zawieszenia, przy czym ruch względny wytwarza się bez udziału ruchomych mechanicznych części, przez doprowadzany z zewnątrz strumień roztworu cukru, zaś odparowanie z systemu odprowadzanej wody jest sterowane przez doprowadzenie ciepła do roztworu cukru, przy czym doprowadzenie ciepła jest tak sterowane, że roztwór cukru jest utrzymywany jako przesycony. Wynalazek obejmuje także urządzenie do stosowania tego sposobu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania dużych kryształów cukru o wielkości od powyżej 5 mm, a korzystnie powyżej 8 mm do 25 mm przez krystalizację z odparowaniem w zbiorniku krystalizacyjnym, w którym między narastającymi kryształami cukru i przesyconym roztworem cukru wytwarzany jest ruch względny, utrzymujący narastające kryształy cukru w stanie zawieszenia w roztworze.

Cukier w postaci kryształów o wielkości od powyżej 5 mm do 25 mm, wytwarzany z czystego roztworu cukru o dużym stężeniu za pomocą specjalnego sposobu krystalizacji, nosi nazwę cukru kandyzowanego. Cukier kandyzowany bardzo wolno rozpuszcza się w wodzie osiągając odpowiednio wysoką koncentrację i związany z nią bardzo słodki smak.

Znany sposób wytwarzania cukru kandyzowanego o wielkości kryształów powyżej 5 mm, a korzystnie powyżej 8 mm polega na krystalizacji włókien tworzących się z zarodków krystalizacyjnych w przesyconym roztworze cukru w wodzie, które powoli i równomiernie rozrastają się w postaci dużych kryształów. Pierwotne włókna pozostają jednak w kryształach cukru, co konsument odbiera w smaku jako rodzaj niejednorodnych wtrąceń .

Z austriackiego opisu patentowego nr AT 35 841 znany jest od ponad 100 lat sposób kandyzowania cukru bez włókien.

Wiadomo, że przy krystalizacji cukru z przesyconego roztworu wodnego powstają w zależności od rodzaju i właściwości przyjętego sposobu krystalizacji mniej lub bardziej drobnoziarniste kryształy, które w odpowiednich warunkach tworzą aglomeraty złożone z kryształów o różnej wielkości. Kryształy te po rozdrobnieniu mają nieregularną postać, bowiem mogą to być zarówno kryształy jednoskośne, jak i sferoidalne, tworząc ostateczny produkt o różnej jakości i czystości.

Z literatury patentowej lat 1896-1910 znany jest szereg różnych sposobów kandyzowania, czyli wytwarzania cukru o dużych kryształach. Podsumowanie informacji z tego okresu o wytwarzaniu cukru kandyzowanego zawarte jest w czasopiśmie: „Stowarzyszenie niemieckiego przemysłu cukrowniczego nr 62 z 1912 r. (strony od 1212 do 1228).

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 239 906 znany jest zbiornik do krystalizacji cukru, mający specjalną konstrukcję dna wyposażonego w mieszadło mechaniczne służące do przemieszczania przesyconego roztworu cukru z góry do dołu, z równoczesnym mieszaniem roztworu z utworzonymi kryształami oraz utrzymywanie go w ciągłym ruchu przy stosunkowo niewielkiej wartości tarcia o ścianki naczynia. Sposób ten stosowany jest do dnia dzisiejszego do wytwarzania kryształów cukru pozbawionych włókien, jednakże uniemożliwia on uzyskanie kryształów większych od 5 mm. Ponadto z uwagi na fakt, że właściwa powierzchnia kryształów cukru, czyli stosunek wielkoś ci powierzchni ścian kryształu do jego masy wzrasta proporcjonalnie do wielkości kryształów, przy czym wzrost ten utrudnia sterowanie procesem krystalizacji. Siłą napędową procesu krystalizacji jest pobór wody z roztworu cukru, powodujący jego przesycenie, jednakże pobór ten nie powinien być większy niż na to pozwala właściwa powierzchnia krystalizacji, która winna umożliwiać sterowanie szybkością, z jaką zachodzi krystalizacja. W przeciwnym razie powstają niepożądane zarodki kryształów, powodujące zarówno zmniejszenie wielkości tworzonych kryształów, jak i obniżenie ich jakości.

Znany jest również sposób wytwarzania dużych kryształów zaproponowany przez Wulfa i Bocka, opisany w książce: „Technologia cukru M.H. Schaper, Hannover 1968 r., str. 491-492 i polegający na kołysaniu zaszczepiających kryształów cukru w długiej i płaskiej wannie. Jednakże w sposobie tym udaje się wykorzystać jedynie od 18% do 20% masy cukru wsadowego na odpowiednio duże kryształy.

Z opisu patentowego nr DD 294 731 znany jest sposób wytwarzania dużych kryształów cukru pozbawionych włókien, który polega na doprowadzaniu do naczynia krystalizacyjnego regenerowanego w sposób ciągły przesyconego roztworu sacharozy, przy czym podczas procesu krystalizacji prowadzonego w stałej temperaturze dodaje się kryształy zaszczepiające w kierunku zgodnym lub przeciwnym do kierunku przepływającego strumienia cukru. Gdy w znajdującym się w ciągłym obiegu roztworze sacharozy tworzące się kryształy osiągną pożądaną wielkość, następuje ich sortowanie według wielkości. Jednakże w sposobie tym występuje stosunkowo duże obciążenie mechaniczne kryształów cukru i w wyniku uzyskuje się tylko stosunkowo niewielką ilość kryształów o pożądanej wielkości.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 1 172 200 znany jest sposób wytwarzania konglomeratów kryształów cukru, jednakże konglomeraty te nie mają właściwości i smaku cukru kandyzowanego.

Badania, które doprowadziły do wynalazku wykazały, iż ciągły wzrost kryształów cukru w jego roztworze przesyconym można uzyskać przez doprowadzenie do zbiornika krystalizacyjnego od dołu strumienia przesyconego roztworu dosypując do niego od góry zarodki krystalizacyjne. Prędkość

PL 208 331 B1 strumienia roztworu winna być przy tym tak dobrana, aby wytworzone kryształy cukru były zawieszone pływając w roztworze, a dopiero po wzroście do żądanej wielkości opadały na dno zbiornika. By uzyskać te warunki prędkość skierowanego do góry strumienia przesyconego roztworu winna być tym większa, im większe utworzyły się kryształy w górnej części zbiornika.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania dużych kryształów cukru o wielkości od powyżej 5 mm, a korzystnie od powyżej 8 mm do 25 mm z zastosowaniem wyników tych badań, a więc przez proces krystalizacji w skierowanym do góry w zbiorniku krystalizacyjnym strumieniu przesyconego roztworu cukru, z utrzymaniem ruchu względnego między rosnącymi kryształami cukru a otaczającym je przesyconym roztworem i utrzymaniu w nim tych narastających kryształów w stanie zawieszenia.

Cel ten zrealizowano w sposobie wytwarzania dużych kryształów cukru według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że wymieniony ruch względny jest wytwarzany w zbiorniku do krystalizacji bez udziału ruchomych części mechanicznych przez skierowany do góry strumień roztworu cukru, z równoczesnym doprowadzeniem do roztworu takiej iloś ci ciepła służącego do odparowania wody, aby pozostający w zbiorniku roztwór cukru był utrzymywany w stanie przesyconym.

Nowo tworzące się w przesyconym roztworze cukru drobne kryształy usuwa się z roztworu w górnej części zbiornika krystalizującego przez przelewanie go do odbieralnika mającego większą średnicę od średnicy zbiornika krystalizacyjnego, a ponadto korzystnie wyposażonego w elementy zmniejszające prędkość przelewanego strumienia roztworu.

Doprowadzonemu od dołu do zbiornika krystalizacyjnego strumieniowi roztworu cukru korzystnie nadaje się tym większą prędkość, im większa ma być wielkość tworzących się kryształów cukru.

Do odparowania wody ze zbiornika krystalizacyjnego korzystnie stosuje się podciśnienie.

Badania eksploatacyjne sposobu wytwarzania dużych kryształów cukru według wynalazku wykazały, że uzyskane tym sposobem kryształy cukru o wielkości od 5 mm do 25 mm, lecz korzystnie powyżej 8 mm, mają wszelkie właściwości cukru kandyzowanego, charakteryzują się dobrym znakiem i dużą czystoś cią, nie wykazując przy tym wrażeń smakowych włókien krystalicznych.

Istota sposobu wytwarzania dużych kryształów cukru według wynalazku polega na tym, że ruch względny tworzonych kryształów w przesyconym roztworze cukru uzyskuje się bez pomocy ruchomych części mechanicznych, ale przez skierowany do góry strumień przesyconego roztworu cukru, wewnątrz którego narastające kryształy pozostają w zawieszeniu. W celu intensyfikacji procesu krystalizacji celowe jest równoczesne zastosowanie odparowywania pod obniżonym ciśnieniem w celu odprowadzenia części wody i przesycenie roztworu. Odparowanie wody jest sterowane przez odpowiedni dopływ ciepła do roztworu cukru tak, aby utrzymywane było jego przesycenie.

W górnej części zbiornika krystalizującego tworzy, w wyniku dostarczania zarodników krystalizacji, duża ilość drobnych kryształów cukru. Aby te nowo utworzone drobne kryształy nie zakłócały dalszego wzrostu utworzonych w niższej części zbiornika dużych kryształów, należy je usunąć z roztworu. W tym celu może być zastosowany jeden ze znanych sposobów usuwania drobnych kryształów, na przykład przez:

- filtrowanie roztworu odprowadzanego z górnej części zbiornika krystalizacyjnego,

- ogrzanie przesyconego roztworu zawierają cego drobne kryształ y odprowadzanego z górnej części zbiornika i przeprowadzanie go w stan nienasycony, wskutek czego kryształy te zostają ponownie rozpuszczone, a nienasycony roztwór po jego ochłodzeniu ponownie doprowadzany jest do wlotu strumienia przesyconego roztworu w dolnej części zbiornika krystalizacyjnego.

W sposobie według wynalazku zastosowano korzystnie inną metodę usuwania drobnych kryształów z przesyconego roztworu cukru. Metoda ta polega na przelewaniu roztworu przez górne obrzeże zbiornika krystalizacyjnego do otaczającego go odbieralnika o większej średnicy od średnicy zbiornika krystalizacyjnego. W odbieralniku tym są korzystnie zainstalowane elementy hamujące ruch przelewającego się roztworu, przy czym w wyniku nagłego obniżenia prędkości przepływu roztworu przelewającego się do zbiornika o większej średnicy oraz dodatkowego hamowania ruchu przez te elementy, drobne kryształy cukru ponownie rozpuszczają się tworząc roztwór przesycony. Odbieralnik jest połączony przewodem z dolnym wlotem zbiornika krystalizacyjnego, wskutek czego roztwór ten sprężony przez pompę wpływa do zbiornika w postaci skierowanego do góry strumienia.

W celu utrzymania narastających kryształów w strumieniu przesyconego roztworu w zawieszeniu niezbędne jest zwiększanie prędkości przepływu skierowanego do góry strumienia proporcjonalnie do wzrostu tych kryształów. W tym celu jest niezbędne sterowanie prędkością przepływu strumienia

PL 208 331 B1 w czasie procesu krystalizacji tak, aby rosnącym coraz większym kryształ om odpowiadał a odpowiednio większa prędkość przepływu.

Aby przesycenie roztworu cukru w zbiorniku krystalizacyjnym, stanowiące siłę napędową krystalizacji, utrzymane było na odpowiednim poziomie, z roztworu musi być w sposób ciągły wydalana woda. W sposobie według wynalazku wydalanie wody z roztworu odbywa się przez odparowywanie pod zmniejszonym ciśnieniem, przy czym ilość doprowadzonego ciepła, niezbędnego dla odparowania, jest uzupełniana przez odpowiednie ogrzewanie roztworu cukru, a ponadto jest uzupełniana pewną, choć niewielką ilością ciepła wyzwalającego się w procesie krystalizacji.

Sterowanie prędkością strumienia przesyconego roztworu oraz ilością doprowadzanego do niego ciepła w celu odparowania nadmiaru wody jest zależne od właściwości fizykochemicznych roztworu cukru oraz od rodzaju zastosowanego zbiornika krystalizacyjnego. Parametry te muszą więc być ustalane doświadczalnie w zależności od tych czynników, a jedyną regułą sterowania jest pozostawanie tworzących się kryształów cukru w stanie zawieszenia w górnej i środkowej części zbiornika krystalizacyjnego. Po uzyskaniu żądanej wielkości kryształów (nawet do 25 mm) prędkości przepływu strumienia dalej nie zwiększa się, wskutek czego duże kryształy opadają na sitowe dno zbiornika krystalizacyjnego, skąd są usuwane przez zespół odbiorczy.

Urządzenie do wytwarzania dużych kryształów cukru sposobem według wynalazku stanowi pionowy zbiornik krystalizacyjny, korzystnie ze stożkowym dnem, zaopatrzonym u dołu we wlot do prowadzenia przesyconego roztworu cukru. Roztwór ten jest wpompowywany do zbiornika za pomocą pompy tworząc wewnątrz zbiornika unoszący się pionowo w górę strumień.

Nad wlotem przesyconego roztworu znajduje się korzystnie podgrzewane dno sitowe, na które opadają utworzone w górnej i środkowej części zbiornika krystalizacyjnego duże kryształy cukru. Powyżej dna sitowego znajduje się otwór wraz z zespołem do odprowadzania wytworzonych dużych kryształów.

Wokół górnego obrzeża zbiornika krystalizacyjnego znajduje się otaczający je odbieralnik, przy czym nadmiar przesyconego roztworu wraz z utworzonymi w nim drobnymi kryształami cukru przelewa się przez obrzeże zbiornika krystalizacyjnego i wpływa do odbieralnika. Nagłe zmniejszenie prędkości strumienia przy przelewaniu oraz dodatkowe elementy hamujące wbudowane do odbieralnika powodują ponowne rozpuszczenie drobnych kryształów w przesyconym roztworze. Wbudowane w odbieralnik elementy hamujące przepływ powodują sedymentację drobnych, nierozpuszczonych w roztworze ziaren cukru, które gromadzą się na dnie odbieralnika, nie zakłócając procesu narastania dużych kryształów cukru. Odbieralnik urządzenia według wynalazku jest połączony przewodem, za pośrednictwem pompy, z wlotem przesyconego roztworu w dolnej części zbiornika krystalizacyjnego. Ponadto w górnej części odbieralnika znajduje się przewód odprowadzający parę wodną oraz otwór do doprowadzania zaszczepiających kryształów cukru. Ciepło niezbędne dla odparowania nadmiaru wody, w celu utrzymania roztworu w stanie przesyconym, doprowadzane jest bezpośrednio do tego roztworu. Zespół sterujący urządzenia według wynalazku winien umożliwiać pomiar i regulację temperatury przesyconego roztworu, ilości doprowadzanego do niego ciepła oraz prędkości przepływu strumienia roztworu cukru w zbiorniku krystalizacyjnym, a także ciśnienia nad powierzchnią roztworu, przy czym zakresy wartości poszczególnych parametrów: temperatury, ciśnienia i ilości ciepła nie różnią się od zakresu tych wartości stosowanych w dotychczasowych procesach krystalizacji cukru, a ich dokładna wartość jest określana doświadczalnie w zależności od właściwości surowca oraz rodzaju zbiornika krystalizacyjnego. Natomiast szybkość przepływu strumienia roztworu w tym zbiorniku określana jest doświadczalnie, przyjmując zasadę zawieszenia albo pływania tworzących się kryształów, ewentualnie ich bardzo powolnego spływania na sito denne w przeciwprądzie do wznoszącego się do góry strumienia przesyconego roztworu cukru.

Wynalazek umożliwia uzyskanie z wysoką wydajnością kryształów cukru o wielkości od 5 mm do 25 mm, przy czym przetworzeniu na te kryształy podlega cała użyta w procesie masa przesyconego roztworu.

P r z y k ł a d

Do zbiornika krystalizacyjnego o pojemności 22 m³, zaopatrzonego w swej dolnej części w podgrzewane dno sitowe, doprowadzany jest od dołu przesycony roztwór cukru, odparowywany w przelewie odbieralnika o większej średnicy od średnicy zbiornika krystalizacyjnego.

Z odbieralnika roztwór cukru odprowadzany jest za pomocą przewodu wyposaż onego w pompę z powrotem do dolnej części zbiornika krystalizacyjnego. Równocześnie przez otwór w górnej części odbieralnika doprowadzane są kryształy zaszczepiające (o średnicy około 10 mm). Rosnące duże

PL 208 331 B1 kryształy o średnicy około 15 mm odprowadzane są przez usytuowany nad dnem sitowym otwór spustowy zbiornika krystalizacyjnego. Temperatura roztworu cukru w zbiorniku wynosi około 70°C, a jego natężenie przepływu około 110 m³/h. Ilość ciepła doprowadzanego do zbiornika wynosi 15 kJ/h, a cał kowity czas trwania procesu 100 h. Po zakoń czeniu procesu zbiornik krystalizacyjny ulega przepłukaniu czystą wodą, po czym ponownie napełnia go się roztworem cukru, rozpoczynając kolejny proces wytwarzania dużych kryształów.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania dużych kryształów cukru o wielkości od powyżej 5 mm, a korzystnie powyżej 8 mm do 25 mm przez krystalizację z odparowaniem w zbiorniku krystalizacyjnym, w którym między narastającymi kryształami cukru i przesyconym roztworem cukru wytwarzany jest ruch względny, utrzymujący narastające kryształy cukru w stanie zawieszenia w roztworze, znamienny tym, że wymieniony ruch względny jest wytwarzany w zbiorniku do krystalizacji bez udziału ruchomych części mechanicznych przez skierowany do góry strumień roztworu cukru, z równoczesnym doprowadzeniem do roztworu takiej ilości ciepła służącego do odparowania wody, aby pozostający w zbiorniku roztwór cukru był utrzymywany w stanie przesyconym, przy czym nowo tworzące się w przesyconym roztworze cukru drobne kryształy usuwa się z roztworu w górnej części zbiornika krystalizującego przez przelewanie go do odbieralnika mającego większą średnicę od średnicy zbiornika krystalizacyjnego, a ponadto korzystnie wyposażonego w elementy zmniejszające prędkość przelewanego strumienia roztworu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadzonemu od dołu do zbiornika krystalizacyjnego strumieniowi roztworu cukru nadaje się tym większą prędkość, im większa ma być wielkość tworzących się kryształów cukru.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do odparowania wody ze zbiornika krystalizacyjnego stosuje się podciśnienie.