Шеќер

Од крвавите плантажи каде робовите умираа за трупање на нечие богатство, до палатите каде беше симбол на богатство и моќ, аптеките каде се нудеше како еликсир, до култура на слатко задоволство која не доближи до стерилните болнички ходници - тоа е вистината за патот на шеќерот.

Уништувањето на француската флота од Нелсон во 1805 година ја осуети долгогодишната желба на Наполеон за инвазија на Англија. Тој веднаш ги насочи своите напори кон изолирање на Велика Британија и прекинување на трговските врски меѓу неа и европскиот континент. Берлинскиот едикт од 1806 година ги забрани сите трговски односи со Англија и ги прогласи нејзините стоки и оние од нејзините колонии за предмет на запленување. Едната влада се натпреваруваше со другата во ограбување на трговските бродови. Прекинот на увозот на шеќер поради оваа состојба ги зголеми цените до точка каде само малкумина можеа да си го дозволат неговото користење.

Наполеон беше целосно свесен за каков проблем ова претставува за неговиот народ, но беше уверен дека ќе се најдат начини да се донесе шеќер од Далечниот Исток до Западна Европа преку Цариград и Виена; освен тоа, имаше силни надежи дека во самата Европа може да се произведе замена за шеќерната трска. Тој ги охрабруваше експерименталните и истражувачките работи, постојано информиран за напредокот, и на 25 март 1811 година го издаде познатиот декрет со кој се покрена потрагата по шеќер од шеќерна репка.

Потеклото на шеќерната репка (Beta vulgaris) не е точно познато. Растението се наоѓало во дива состојба во јужна и средна Азија, а се вели дека се одгледувало во јужна Европа и северна Африка во древни времиња. Херодот ја спомнува шеќерната репка како едно од растенијата кои ги хранеле градителите на пирамидите.

Во 1747 година, Андреас Маргграф, хемичар и член на Кралската академија за науки и литература во Берлин, демонстрираше дека различни видови на репка содржат шеќер и дека шеќерот може да се екстрахира и кристализира. Сепак, ова откритие долги години се сметаше само за лабораториски резултат без практична вредност. Во 1786 година, Франц Карл Ахард, ученик на Маргграф, ја „нападна“ проблематиката на одгледувањето на репка и успеа да добие шеќер од репки. Неговите тврдења наидоа на недоверба и не малку потсмев, но Францускиот институт внимателно ги испита неговите постигнувања и откри дека содржината на шеќер во репките е над 6%.

Франц Карл Ахард (28.04.1753 – 20.04.1821) бил германски хемичар, физичар и биолог, познат како пионер во производството на шеќер од репка. Тој го развил првиот економски исплатлив метод за екстракција на шеќер од репка, што довело до основање на првата фабрика за шеќер од репка во светот.

Роден во Берлин, студирал хемија и физика под менторство на Андреас Маргграф, кој прв докажал дека репката содржи шеќер (1747). Во 1786 година, Ахард започнал интензивни истражувања за подобрување на содржината на шеќер во репката и нејзината обработка. Во 1799 година, ги објавил своите резултати пред Фридрих Вилхем III, кралот на Прусија, кој го поддржал финансиски. Во 1801 година, ја изградил првата фабрика за шеќер од репка во Кунерн, Шлезија (денешна Полска).

Ахард го поканил прускиот крал Фридрих Вилхелм III да го проба. Кралот, навикнат на раскошни и егзотични вкусови од далечните колонии, го пробал и рекол: Абе ова е само обичен шеќер! Ахард му одговорил: Ваше Височество, токму тоа ни беше целта-обичен шеќер, но од нашите полиња.

Репката (Beta vulgaris) се бере во есен, кога содржината на шеќер е највисока (16–22%). Се мие и се сече на тенки парчиња (чипсови) за полесно вадење на шеќер. Исечената репка се става во дифузер (голем сад со топла вода, ~70°C). Шеќерот се извлекува со дифузија (осмоза) – шеќерните молекули преминуваат од клетките во водата.

Формула за дифузија:Ј= -D Каде:

J = проток на шеќер

D = коефициент на дифузија

dc/dx = градиент на концентрација

Сокот се меша со варовна вода (Ca(OH)₂) за неутрализирање на киселините. Се додава јаглероден диоксид (CO₂) за таложење на нечистотиите (калциум карбонат, CaCO₃).

Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃↓+H₂O

Сокот се испарува во вакуум-испарители за да се добие густ сируп (60–65% шеќер). Сирупот се внесува во кристализатори, каде шеќерот се таложи како кристали.

C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O→кристали

Како што знаеме,сахарозата е дисахарид составен од една молекула глукоза и една молекула нафруктоза, поврзани преку гликозидна врска (α-1,2)

Кристалите се одвојуваат од меласата со центрифуги. Сувиот шеќер се пакува за употреба.

Ахардовите методи се користат и денес, со модерни автоматизирани системи. Неговиот придонес ја револуционизираше прехранбената индустрија и ја намали зависноста од шеќерната трска.

Денешен метод: Суровиот шеќер се меша со топол афинациски сируп кој го топи најоддалечениот слој на кристалот. Овој надворешен слој содржи најголема концентрација на боја. Преостанатиот сируп се одвојува од кристалите на шеќер во центрифуга. Најголемиот дел од боите се отстрануваат за време на чекорот на афинација (околу 50% од бојата на суровиот шеќер), а потоа за време на чекорот на бистрење (околу 40% од бојата на стопената течност). Афинираниот шеќер се раствора со топол кондензат до течна концентрација од приближно 75 °C  пред дефекацијата.

Дефекација/Бистрење: Приближно 40% од преостанатите бои се отстрануваат во чекорот на бистрење. Постојат два алтернативни типа на процеси на дефекација што се користат во рафинериите за трска;карбонизација и фосфатација.

Карбонизација: Карбонизацијата започнува со додавање вар (CaO) во стопената течност произведена за време на афинацијата. Овој сок потоа поминува низ сад за карбонизација. Реакцијата помеѓу јаглерод диоксидот и варта создава талог од калциум карбонат. Бојата е заробена во талогот и се отстранува за време на филтрацијата на цврстите материи. Во варената стопена течност, се случува уништување на инвертираните шеќери поради високата pH вредност произведена од варта. Завршниот чекор се одвива со додавање полимери во сокот за да се помогне во формирањето на талог од флок кој полесно се таложи и филтрира.

Фосфатација: За време на фосфатацијата, вар (CaO) и фосфорна киселина (H₃PO₄ или P₂O₅) се додаваат во стопената течност. Ова резултира со формирање на талог од калциум фосфат. Бојата се адсорбира на талогот од калциум фосфат и се отстрануваза време на последователното бистрење и филтрација. Полимерите се додаваат за да се помогне во формирањето на талог кој полесно се филтрира.

Филтрација: Бистриот сок од карбонатизација или фосфатација содржи суспендирани цврсти материи кои ги затнуваат меѓупросторите и ги затнуваат порите на смолата за деколоризација, коскениот јаглен или јаглеродот. Вакуумски филтри за претходно премачкување, филтри за притисок за претходно премачкување, мултимедијални филтри со длабок слој или некоја комбинација од овие се користат за производство на филтриран сируп кој тече низ колоните за деколоризација без да предизвика зголемување на притисокот. Следниот чекор вклучува деколоризација на шеќерниот сок.

Деколоризација со:

Полимерни медиуми: Овој термин главно се однесува на синтетички јонски разменувачки смоли или адсорбентни смоли (функционализирани или не). Постојат две главни полимерни структури достапни на пазарот кои се разликуваат по нивната хидрофобност;стиренската матрица која има тенденција да биде похидрофобна и акрилната структура која е хидрофилна.

Активен јаглен: Бројни видови активен јаглен се достапни на пазарот во зависност од претходниот јаглероден материјал (јаглен, дрво, кокос, итн.) и нивната големина. Најчестите видови што се користат за деколоризација на шеќерен сок се прашкастиот активен јаглен и грануларниот активен јаглен.

Коскен јаглен: Пиролизираните мелени животински коски имаат голема површина за да апсорбираат боја и да отстранат дел од пепелта.