اطلاعات اولیه

قند ساکارز ، (قند معمولی) است که از نظر ساختار یک دی‌ساکارید متشکل از گلوکز و فروکتوز است و انسان در تمام طول حیاتش از آن به صورت طبیعی استفاده کرده و می‌کند. مهمترین منبع ساکارز ، نیشکر و چغندرقند است.

دید کلی

قندها در اصطلاح شیمی ، طیف وسیعی از ترکیبات آلی را در بر می‌گیرند که بهکربوهیدراتها یا هیدراتهای کربن معروفند و منوساکاریدها (قندهای ساده) ، دی‌ساکارید ها ، الیگوساکاریدها و پلی‌ساکاریدها یا مشتقات مربوط به آنها را شامل می‌شوند، مانند گلوکز ، فروکتوز ، ساکارز ، مالتوز ، جنیتوبیوز ، ملیبوز ، نشاسته ، گلیکوژن و ... .

تاریخچه نیشکر

برخی ، محل اولیه پیدایش نیشکر را گنجینه جدید می‌دانند که امروزه ایریان نامیده می‌شود. در این جزیره ، پس از آنکه گیاه نیشکر به صورت اهلی در آمده بود، طی سه مهاجرت که از حدود 1000 سال قبل از میلاد مسیح شروع شد، توسط بومیان به جزیره سلیمان ، جزایر هیبرید ، جزایر کالدونی و سپس به اندونزی ، فیلیپین و شمال هند برده شد و کشت و زرع آن در شمال خلیج بنگال توسعه یافت.

آنگاه ، از هندوستان به ایران و از آنجا به سواحل مدیترانه و نواحی جنوبی فلسطین یعنی ناحیه ای بین بحرالمیت و دریای مدیترانه و از آنجا به اروپا و آمریکا برده شد. بنابر اسناد تاریخی ، کشت نیشکر در ایران از زمان حمله اسکندر به ایران رواج داشته است. در هر صورت ، ایرانیان ، نوآور واقعی صنعت تهیه قند و شکر تصفیه شده از نیشکرند.

تاریخچه چغندر قند

با وجود اینکه کشت چغندرقند ، سابقه طولانی دارد، ولی کشت صنعتی آن به منظور تهیه قند و شکر حدود 250 سال است که متداول شده است. پیش از آن ، عمدتاً به عنوان علوفه دام مورد استفاده قرار می‌گرفت. در سال 1575 ، "الیویه دوسر" اعلام کرد که می‌توان از ریشه گیاه چغندرقند ، قند استخراج کرد و درستی این گفتار ، توسط "آندره مارگراف" شیمیدان آلمانی در سالهای 1745 تا 1747 به اثبات رسید و بالاخره توسط "آشار" شاگرد مارگراف ، اولین کارخانه قندسازی تأسیس شد. توسعه صنعت قند سازی از چغندر قند در قرن نوزدهم شتاب ویژه ای پیدا کرد که نتیجه آن ، تولید دهها میلیون تن قند از ریشه این گیاه در سراسر جهان شد.

اجزای تشکیل دهنده نیشکر

مواد موجود در نیشکر و نسبت درصد آنها عبارتند از :

• مواد خشبی (الیاف خشک سلولزی) ، 15ـ 9 درصد
• آب 80ـ70 درصد
• ساکارز 17ـ10 درصد
• قندهای انورت 3ـ0.1 درصد (شامل گلوکز و فروکتوز)
• مواد آلی غیر قندی 1.2ـ0.5 درصد
• مواد معدنی 0.3ـ0.1 درصد

اجزای تشکیل دهنده مواد خشبی

• سلولز 7.5ـ6.5 درصد
• لیگنین 13.5ـ1.5 درصد
• مواد پکتیکی 3.75ـ2.25 درصد
• چربی و موم 0.5ـ9.3 درصد
• آلبومین 0.3ـ0.2 درصد
• مواد معدنی 0.5ـ0.3 درصد

ترکیبات معدنی در شیره نیشکر

• K₂O در محدوده 17ـ10 درصد
• Na₂O جزئی
• CaO در محدوده 13ـ7 درصد
• MgO در محدوده 13ـ10 درصد
• Al₂O₃ + Fe₂O₃ جزئی
• P₂O₅ در محدوده 15ـ5 درصد
• SO₃ در محدوده 9ـ 7 درصد
• Cl جزئی
• SiO₂ در محدوده 50 ـ 35 درصد

مواد آلی موجود در نیشکر

مواد چربی موجود در شیره نیشکر ، بیشتر استر اسیدهای چرب یا مشتقات آنها مانند اسیدهای اولئیک ، پالمیتیک ، استئاریک و مقداری سوسیتین و فتیوسترین و مومها ، ترکیبات استری اسیدهای چرب با الکل میزیسیک می‌باشند.

قند انورت

قند های احیاکننده و معمولاً شامل گلوکز و فروکتوز است.

اسیدهای آلی

اسیدهای موجود در نیشکر ، بیشتر شامل اسید های گلیکولیک ، مالیک سوکسینیک ، تارتریک و سیتریک می‌باشد. در شیره نیشکر تخمیر شده ، اسید استیک نیز وجود دارد.

مواد رنگی

دو نوع ماده رنگی در نیشکر وجود دارد. یکی از آنها ، کلروفیل است که همان سبزینه گیاهی است. آن را از طریق جذب سطحی به کمک زغال فعال می‌توان خارج کرد. دیگری اوتاسیانین است که در آب حل می‌شود و در محیط اسیدی ، قرمز رنگ و در محیط قلیایی ، سبز رنگ است و به روش آهک زدن ، آن را می‌توان از شیره نیشکر خارج کرد.

مواد نیتروژن‌دار

مواد نیتروژن‌دار موجود در نیشکر ، عبارتند از: آلبومین ، اسپارازین ، گلوتامین و اسیدهای آمینه. در بین اسیدهای آمینه ، مقدار تیروزین و گلیکوکول (گلیسین) از همه بیشتر است که همراه با ملاس از نیشکر خارج می‌شوند.

تصفیه شیمیایی عصاره نیشکر

در شربت قند بدست آمده ، معمولاً مقداری ذرات ریز معلق و محلول وجود دارد. در گذشته بدون جدا کردن آنها ، شربت را تغلیظ و به‌صورت بلورهای ریز قرمز رنگ که شکر سرخ نامیده می‌شد، در می‌آوردند. این روش به روش لجستانی یا سیستانی یا سکزی معروف بود که امروزه نیز متداول است. بعدها ، روش تصفیه شیره نیشکر کاملتر شد. زیرا با افزودن مواد دیگری ، توانستند کیفیت استخراج قند را بهبود بخشند. اما امروزه از چهار ماده شیمیایی ، یعنی آهک زنده (و یا آب) ، دی‌اکسید گوگرد ، اسید فسفریک و دی‌اکسید کربن برای این منظور استفاده می‌شود.

روشهای تصفیه شیمیایی

تصفیه شیمیایی بوسیله آهک

این روش که معمولاً برای ته‌نشین کردن مواد اضافی موجود در شربت قند بکار می‌رود، ابتدا به مقدار لازم آهک به شربت اضافه می‌کنند و آن را تا دمای 100 الی 105 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند. تحت این شرایط ، بسیاری از مواد زاید به‌صورت گل ، ته‌نشین شده ، شربتی زلال باقی می‌ماند که برای اجرای عملیات بعدی بکار گرفته می‌شود. عملیات آهک‌زنی ممکن است یک‌مرحله‌ای ، دومرحله‌ای یا چندمرحله‌ای باشد. PH شربت بعد از افزایش آهک باید 7.2 تا 8.3 باشد.

تصفیه شیمیایی بوسیله SO₂

عمل تصفیه بوسیله SO₂ ممکن است پیش از آهک زدن و یا پس از آهک زدن صورت پذیرد. مقدار گوگرد مورد نیاز برای هر تن نیشکر بین 250 الی 500 گرم است. با اسیتفاده از این روش ، شکر سفیدتر بدست می‌آید. بررسی رسوبات بدست آمده از روش آهک‌زنی و SO₂ زنی نشان می‌دهد که این رسوب‌ها مواد خشبی و سلولز ، چربی و موم ، آلبومین ، فسفات سدیم ، سیلیس و سولفات کلسیم ، خاک و شن و... را شامل می‌شوند.

تصفیه شیمیایی بوسیله اسید فسفریک

در شیره نیشکر ، معمولاً مقداری اسید فسفریک وجود دارد. اسید فسفریکی که به‌صورت محلول در شیره نیشکر وجود دارد، در ترکیب با آهک به‌صورت فسفات تری‌کلسیم غیر محلول در می‌آید و ضمن رسوب کردن ، بسیاری از مواد زاید و رنگی را نیز با خود ته‌نشین می‌کند. مقدار اسید فسفریک مورد نیاز در شیره نیشکر ، باید تا مقدار 300 میلی‌گرم در لیتر برسد، از این رو ، کمبود آن را با افزایش اسید فسفریک باید جبران کرد.

تصفیه شیمیایی بوسیله دی‌اکسید کربن

این روش همراه با آهک زدن انجام می‌گیرد. یعنی پس از آهک زدن شیره نیشکر ، باید آن را از دی‌اکسید کربن اشباع کرد. برای این منظور و برای بالا بردن درجه اشباع شدن ، دما را باید به 50 درجه سانتی‌گراد رسانید. در عین حال باید دقت کرد که دما از 55 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند، زیرا در دمای بالاتر ، مقداری از ساکارز هیدرولیز شده ، به قند انورت یا به بیان دیگر ، به گلوکز و فروکتوز ، تبدیل می‌شود.

تبخیر و متبلور کردن شیره نیشکر

پس از اینکه شربت زلال بدست آمد، آن را تبخیر و تغلیظ می‌کنند تا غلظت ساکارز در محلول بالا برود. سپس بر اثر سرد کردن و متبلور شدن قند ، آن را به روش سانتریفوژ کردن و غیره جدا کرده ، به‌صورت قند یا شکر عرضه می‌کنند.

مواد تشکیل دهنده عصاره چغندر قند

مواد موجود در شیره چغندر قند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از:

• مواد نامحلول %6ـ4
• آب %78ـ74
• ساکارز %20ـ14
• قند انورت %0.1
• رافینوز %0.02
• مواد غیر قندی %3ـ2

مواد نامحلول در شیر ه چغندر قند و نسبت درصد تقریبی آنها

• سلولز %26
• مواد نیمه سلولزی %64
• مواد پکتیکی %64
• مواد نیتروژن‌دار %7
• مواد معدنی %3

مواد معدنی موجود در شیر ه چغندر قند و نسبت درصد تقریبی آنها

• K₂O %47
• Na₂O %5.5
• CaO %5
• MgO %11
• Al₂O₃ + Fe₂O₂ %5
• P₂O₅ %15
• SO₃ %6
• Cl %2.5
• جزئی SiO₂

مباحث مرتبط با عنوان

• تصفیه نیشکر
• ساکارز
• سلولز
• فروکتوز
• کربوهیدراتها
• گلوکز
• گلیکوژن
• مالتوز
• مواد قندی طبیعی
• نشاسته
• هیدروکربنها