Sokerin valmistus

Sokereilla on keskeinen asema elollisessa luonnossa. Kasvit muuttavat auringon energian yhteyttämällä (fotosynteesissä) sokereiksi. Samalla ilmaan vapautuu happea. Sokerit kuuluvat hiilihydraattien suureen aineryhmään, johon kuuluvat myös erittäin suurimolekyyliset, luonnossa hyvin yleisesti esiintyvät aineet tärkkelys ja selluloosa. Sanalla sokeri ymmärrämme jokapäiväisessä kielenkäytössä tavallisesti orgaanista ainetta, jonka kemiallinen nimi on sakkaroosi ja bruttokaava C12H22O11. Sakkaroosin lisäksi sokereita on paljon muitakin kuten

  • rypälesokeri eli glukoosi C6H12O6
  • hedelmäsokeri eli fruktoosi C6H12O6
  • maitosokeri eli laktoosi C12H22O11
  • mallassokeri eli maltoosi C12H22O11
  • Sakkaroosi on ns. disakkaridi, mikä merkitsee sitä, että sakkaroosimolekyyli koostuu kahdesta yksinkertaisemmasta monosakkaridimolekyylistä, nimittäin yhdestä rypälesokeri- eli glukoosimolekyylistä ja yhdestä hedelmäsokeri- eli fruktoosimolekyylistä.
    Voidaan siis kirjoittaa:

    Sakkaroosi = glukoosi + fruktoosi - H2O

    Hyvin monet kasvit ja kasvien osat sisältävät solunesteissään sokeria. Teollisessa mitassa sokerin valmistukseen käytetään kuitenkin pääasiassa vain kahta kasvia, sokeriruokoa ja sokerijuurikasta. Näiden kasvien solunesteet sisältävät runsaasti sokeria. Sokeriruo'on varsi sisältää sokeria tavallisesti 12 - 16 %. Sokeriruoko on tropiikin, sokerijuurikas lauhkean vyöhykkeen kasvi. Maailman sokerituotannosta on nykyisin n. 55 % peräisin sokeriruo'osta ja n. 45 % sokerijuurikkaista. Sokerijuurikkaan sokeripitoisuus on 12 - 19 %.

    Suomessa on neljä sokeritehdasta, joista 3 on juurikassokeritehtaita ja yksi puhdistamo. Juurikassokeritehtaat sijaitsevat Salossa, Turengissa ja Säkylässä. Ne valmistavat osan tuotannostaan valmiiksi tuotteiksi (kidesokeriksi) ja osa toimitetaan raakasokerina puhdistamoihin edelleen jalostettavaksi. Sokerin puhdistamo sijaitsee Kirkkonummella.

    Sokerin valmistus juurikkaista

    Tehtaalle saapuvat juurikaskuormat punnitaan. Jokaisesta kuormasta otetaan koneellisesti 25 - 35 kg:n näyte, joka tutkitaan koepesulassa. Näin saadaan selvitetyksi juurikkaiden puhtaus, sokeripitoisuus ja saanto, joiden perusteella tietokone hoitaa viljelijöille suoritettavat tilityslaskelmat.

    Sokerin valmistus juurikkaista.jpg (1271829 bytes)

    Juurikkaiden pesu

    Kuormat kaadetaan pesualtaaseen, jossa ne esipestään voimakkaalla vesisuihkulla ja josta ne joutuvat tehtaalle käsiteltäväksi. Kivenerottimet poistavat juurikasvirrasta kiviä, hiekkaa ja savea. Juurikasvirta ohjataan edelleen juurikaspumppuun, joka nostaa juurikkaat uittokouruun. Kouru päättyy vedenerotusseulaan, josta juurikkaat täryttämällä kulkeutuvat pesukoneeseen. Varsinaisesti juurikkaat pestään jatkuvatoimisessa pesukoneessa. Pesuvesi poistuu säleikön kautta välittömästi ennen elevaattoria, joka nostaa puhtaat juurikkaat säiliöön, jonka alaosassa sijaitsevat juurikkaiden leikkurit.

    Juurikkaiden leikkaus

    Juurikkaan leikkureissa on vaakatasossa pyörivät teräpöydät, joihin kiinnitetyt terät leikkaavat juurikkaat v-kirjaimen muotoiseksi leikkeeksi, jonka paksuus on n. 3,5 mm.

    Sokerin uutto

    Sokerin erotus leikkeestä tapahtuu yli 20 m korkeassa uuttotornissa, jossa leike kulkee alhaalta ylöspäin ja vesi päinvastaiseen suuntaan. Uuttolaitteen lämpötila on 70 ºC. Leike viipyy uuttolaitteessa 1,5 tuntia. Muodostunut sokerimehu poistuu leikemaissista. Mehu sisältää n. 14 - 15 % sokeria.

    Sokerin uuto juurikkaista.jpg (395566 bytes)

    Juurikassokerimehun käsittely jatkuu vastaavalla tavalla kuin raakasokerin puhdistus saitto-saturointivaiheesta alkaen.

    Melassi

    Uutettu leike sisältää kuiva-ainetta 7 - 8 % ja sokeria 0,5 - 1,0 %. Se kuljetetaan leikepuristimiin, joissa leikkeestä erottuu sokeripitoista vettä, joka pumpataan takaisin uuttolaitteeseen. Puristimissa leikkeen kuiva-ainepitoisuus nousee 25 - 35 %:iin. Puristetusta leikkeestä valmistetaan melassileikettä, johon sekoitetaan varsinaisen sokeriprosessin päätevaiheessa saatavaa melassia. Seos kuivataan pyörivässä rummussa savukaasujen lämmöllä. Kuivauksen jälkeen tuote joko pakataan sellaisenaan paperisäkkeihin tai puristetaan rakeiksi, joiden toimitus tapahtuu siiloista irrallisena. Melassia käytetään karjan rehuna.

    Raakasokerin puhdistus

    Sokerinpuhdistamon saama raakasokeri saattaa olla kolmea eri lajia: ruskeata ruokoraakasokeria, ruskeata juurikasraakasokeria tai valkoista juurikasraakasokeria. Suurin osa raakasokereista on nykyisin ruokoraakasokereita, jotka tuodaan laivoilla Porkkalan tehtaille Kirkkonummelle.

    Raakasokereiden sisältämät epäpuhtaudet

    Raakasokerit ovat yleensä kovalla kiireellä ja verraten karkeasti puhdistettua sokerinpuhdistamoiden raaka-ainetta, eivätkä suinkaan valmista sokeria kuluttajan pöytään. Raakasokereiden sisältämät epäpuhtaudet voidaan jakaa kolmeen pääryhmään:

    Kaikki mainitut kolme epäpuhtausryhmää on sokerin puhdistamokäsittelyssä poistettava raakasokerista ennen kuin perusteellisesti puhdistetuista sokeriliuoksista voidaan uudelleen kiteyttämällä valmistaa yli 99,9-prosenttisen puhdasta sokeria kuluttajien käyttöön.

    Eri raakasokerilaadut vaativat erilaisen puhdistamokäsittelyn. Ruskean ruokoraakasokerin jalostus eli raffinointi raakasokerista valmiiksi tuotteiksi käsittää seuraavat päävaiheet:

    Edellä kuvatusta päävalmistusketjusta eroavat nestesokerin (= sokeriliuoksen) ja siirappien valmistus.

    Affinointi eli raakasokerikiteiden esipuhdistus

    Affinoinnin tarkoituksena on poistaa raakasokerikiteiden pinnalla oleva siirappifilmi mahdollisimman tarkoin. Affinointiprosessi jakaantuu kahteen vaiheeseen, sekoitukseen ja maissaukseen sekä affinointilinkoukseen.

    Sekoitus ja maissaus

    Affinoinnin esivaiheessa sekoitetaan raakasokerikiteitä ja paksua, hieman ylikylläistä sokeriliuosta keskenään sopivassa suhteessa niin, että saadaan n. 91-92 % kuiva-ainetta sisältävä kidemassa. Sekoitus tapahtuu sekoituskierukassa, jolloin kiteiden pinnalla oleva melassikelmu pehmenee ja suurimmaksi osaksi irtoaa kiteiden keskinäisen hankausvaikutuksen johdosta ja liukenee sokeriliuokseen.

    Sekoituksesta kidemassa syötetään affinointimaissiin, jossa kiteiden puhdistustyö täydentyy. Affinointimaissi on suuri, vaakasuora sylinterin muotoinen säiliö, jossa on hitaasti pyörivä, lämmityskierukalla varustettu sekoitin. Kidemassa lämpiää epäsuorasti n. 55 ºC:een, jolloin melassikelmun pehmeneminen ja liukeneminen tehostuvat lämmön vaikutuksesta.

    Affinointilinkous

    Maissista affinointimassa syötetään affinointilinkoihin, joissa keskipakovoiman avulla kiteet ja paksu sokeriliuos erotetaan toisistaan. Kidemassasta erottunut paksu sokeriliuos poistuu linkoverkon reikien kautta lingon ryönätilaan ja erottunut paksu sokeriliuos poistuu sieltä edelleen ryönäsäiliöön. Kiteiden puhdistamisen tehostamiseksi kidekerrosta pestään pienehköllä määrällä kuumaa vettä.

    Liuotus

    Affinointilinkouksesta saadut esipuhdistetut raakasokerikiteet on seuraavaksi liuotettava, jotta päästäisiin käsiksi niiden sisällä oleviin epäpuhtauksiin. Kun sokeri on saatettu liuosmuotoon, epäpuhtaudet voidaan poistaa erilaisilla adsorbenteillä. Liuotus suoritetaan annostelemalla liuosastioihin sopiva määrä kuumaa vettä ja puhaltamalla höyryä. Liuotuksessa pyritään n. 65 painoprosentin liuokseen, lämpötilan ollessa n. 75 ºC.

    Saitto-saturointivaihe

    Saitto-saturointivaiheen tarkoituksena on muodostaa liuotuksesta tulleeseen sokeriliuokseen kalsiumkarbonaattisakka, jolla on erittäin suuri kyky pidättää itseensä sokeriliuoksesta suurimolekyylisiä epäpuhtauksia. Saitossa saadaan poistetuksi myös suoloja.

    Sokeriliuoksen saitto ja saturointi.jpg (525291 bytes)

    Puhdistamossa saitto-saturointi tapahtuu kolonneissa, joissa liuoksen pH:ta ja lämpötilaa voidaan säätää. Ennen kolonneja liuokseen annostellaan kalsiumhydroksidia kalkkimaitona. Kalsiumhydroksidiliuos saostetaan kolonneissa puhaltamalla niihin neutraloituja savukaasuja, joiden sisältämä CO2 saostaa kalsiumhydroksidin kalsiumkarbonaatiksi.

    Mehunkäsittely eli saitetun sokeriliuoksen edelleenpuhdistus

    Saitto-saturoinnista tuleva, runsaasti sakkaa sisältävä sokeriliuos suodatetaan kalsiumkarbonaattisakan ja siihen pidättyneiden epäpuhtauksien poistamiseksi. Suotimista tulleeseen kirkkaaseen, mutta värilliseen sokeriliuokseen lisätään värin poistamiseksi hienojakoista aktiivihiiltä ja suodatusapuaineeksi piimaata. Aktiivihiili- ja piimaasakka suodatetaan sokeriliuoksesta pystysuorissa painesuotimissa. Näistä suotimista tuleva kirkas, mutta ei kyllin väritön sokeriliuos johdetaan edelleen värinpoistohartsisuotimiin, joissa jäljelle jääneen värin poisto sokeriliuoksesta tapahtuu ajamalla sokeriliuos n. 1 m paksun vahvan anionihartsikerroksen läpi. Hartsi elvytetään 10-%:isella NaCl-liuoksella.

    Haihdutuskiteytys eli keitto

    Puhdistettu sokeriliuos johdetaan monivaihehaihdutukseen, jossa liuoksesta poistetaan vettä. Haihduttimissa esiväkevöity sokeriliuos kiteytetään keittimissä. Kiteytymisen aikaansaamiseksi on sokeriliuoksesta keittimissä edelleen haihdutettava runsaasti vettä, jotta kidealkioiden synnyttämiselle ja kiteiden kasvattamiselle välttämätön ylikyllästys saataisiin aikaan.

    Puhdistetun sokeriliuoksen haihdutus ja kiteytys.jpg (357562 bytes)

    Haihdutus ja kiteytys suoritetaan alipaineessa, koska lämpötila ei saa nousta yli 85 ºC:n. Kiteytysaika keittimissä on n. 2 tuntia. Kun kiteet ovat kasvaneet halutun suuruisiksi ja kidemassa saatettu sopivan paksuiseksi, kidemassa lasketaan keittimen alapuolella sijaitseviin säiliöihin eli maisseihin. Haluttu kidekoko määräytyy jo keiton alkuvaiheessa tapahtuvan kidealkioiden lisäyksen perusteella.

    Lingonta

    Kidemassan sisältämät kiteet ja ylikyllästetty sokeriliuos erotetaan toisistaan lingoilla, joissa kiteitä pestään pienellä vesimäärällä. Linkouksesta saatavat kiteet ovat erittäin puhtaita ja lähes värittömiä. Kiteet johdetaan edelleen kidemassan kuivaajille ja linkouksessa eronnut ylikylläinen sokeriliuos seuraavaan kiteytykseen. Keitto- ja linkousvaiheet suoritetaan useaan kertaan.

    Kidesokerin kuivaus

    Lingoista saatu kidesokeri sisältää n. 1,5 % vettä. Vesi poistetaan pyörivissä rumpukuivaajissa, joissa sokerikiteet pidetään tehokkaassa liikkeessä ja kideverhon läpi puhalletaan kuumaa ilmaa. Kuivaajan loppupäähän puhalletaan kylmää ilmaa kiteiden jäädyttämiseksi.

    Kidesokerin seulonta

    Lingonnan ja kuivauksen aikana mahdollisesti syntyneet kokkareet erotetaan seuloilla. Kustakin kidesokerilaadusta erotetaan vielä liian karkeat ja liian hienot kiteet täryseuloilla. Seulonnan jälkeen hyväksytyt kiteet putoavat tuotesiiloihin, joista ne tärysyöttimien ja hihnakuljettimien avulla ohjataan kidesokereiden pakkaukseen ja palasokereiden valmistukseen.

    Kidesokerilaatuja on karkeudeltaan useita. Tavallisimmat ovat:

    keskiraesuuruus

     

    Palasokerin valmistus

    Palasokereita valmistetaan kostutetusta kidesokerista puristamalla. Puristamalla valmistaminen tapahtuu siten, että tangoiksi puristettu kostea kidesokeri kuivataan ja katkotaan hakkurissa halutun suuruisiksi paloiksi (Sirkku ja Pulmu).

    Erikoistuotteiden valmistus

    Erikoistuotteilla tarkoitetaan lähinnä rae-, tomu- ja fariinisokereita. Raesokeri valmistetaan murskaamalla palasokeritankoja, tomusokeri kidesokeria jauhamalla ja fariinisokeri sekoittamalla taloussokeria ja fariinisiirappia keskenään.

    Siirapin valmistus

    Koska sokeriliuoksen puhdistusmenetelmänä käytetään kiteytystä yhä uudelleen ja uudelleen, rikastuvat epäpuhtaudet emäliuokseen, joka linkouksessa erotetaan kiteistä. Emäliuoksesta valmistetaan siirappia.

    Nestesokereiden valmistus

    Nestesokereiden valmistus tapahtuu liuottamalla kiteytettyä sokeria n. 60-%:iseksi liuokseksi. Nestesokereiden pääkäyttäjiä ovat virvoitusjuomatehtaat sekä mehujen ja hillojen valmistajat.

    Melassi

    Sokeriliuoksen viimeisestä linkousvaiheesta saatavaa ryönää sanotaan melassiksi. Liuos on niin epäpuhdasta, että siitä ei enää taloudellisesti kannattavin keinoin voida kiteyttää sakkaroosia.

    Melassiin ovat rikastuneet suurimmaksi osaksi raakasokerin mukana puhdistamoon tulleet epäpuhtaudet ja näin ne poistuvat melassin mukana puhdistamoprosessista. Melassi on arvokas ja haluttu aine rehuteollisuudelle ja sitä käytetään sellaisenaan esimerkiksi karjan rehuksi.