Il processo di produzione dello zucchero prevede l’estrazione del saccarosio, comunemente noto come “zucchero”, dai vegetali. Il saccarosio è presente in numerose specie vegetali, ma le principali fonti impiegate nell’industria sono la canna da zucchero (che contiene il 7-18% di saccarosio in peso) e la barbabietola da zucchero (con un contenuto del 8-22% in peso).
La canna da zucchero, già privata delle foglie al momento del raccolto, viene sottoposta a lavaggi multipli per eliminare le scorie ed i parassiti. Quindi le canne vengono tagliate e sottoposte all’azione di coltelli rotanti per essere sminuzzate. Dopo queste operazioni i ritagli di canna vengono ripetutamente sottoposti a fasi alterne di macerazione in acqua e torchiatura meccanica da rulli, fino all’estrazione di un succo (melassa) contenente circa il 10 - 15% di saccarosio.
Durante la lavorazione della canna da zucchero, le canne tagliate vengono sminuzzate nei mulini e il succo ne viene estratto mediante spremitura. Un sottoprodotto della lavorazione è costituito dalla bagassa, un residuo di scorze e fibre che costituisce il 25/30% della massa iniziale della canna lavorata. I residui solidi, chiamati bagasse, vengono utilizzati in gran parte come combustibile per generare vapore (spesso utilizzato nello stesso stabilimento per la raffinazione) e in parte come materia prima per la produzione di carta.
La parte della barbabietola che interessa la produzione dello zucchero è la radice, grossa, carnosa, lunga fino a 2 metri, di colore grigiastro. Tra agosto e settembre le barbabietole vengono raccolte dai campi e poste in camion diretti allo zuccherificio. Le barbabietole sono pesate e lavate, prima di essere tagliate in striscioline, le cosiddette "fettucce".
Nello stabilimento si procede dapprima al lavaggio delle biete che vengono quindi affettate meccanicamente in strisce (ingl. cossettes) e passate in una macchinario chiamato “diffusore” per l’estrazione dello zucchero contenuto in soluzione acquosa. I diffusori sono recipienti lunghi parecchi metri nei quali le strisce di barbabietola si muovono in una direzione mentre l’acqua calda va in direzione opposta. Questi sono tutti metodi di scambio in controcorrente che estraggono più zucchero dalle strisce di barbabietola usando una minor quantità di acqua rispetto ad una semplice, lunga immersione in un serbatoio di acqua calda.
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Il rapporto fra volumi di acqua e strisce di radice di barbabietola, in ogni sistema, è di uno a due. Le strisce impiegano circa 90 minuti per attraversare il diffusore, l’acqua solo 45 minuti. Il sugo greggio ottenuto deve essere depurato e filtrato, in quanto, oltre al saccarosio, contiene anche fibre e sali minerali originariamente presenti nella barbabietola, che lo rendono torbido e di colore scuro.
Il succo così ricavato è pronto per la fase di raffinazione. La carbonatazione è un processo che toglie le impurità dal succo grezzo prima che questo subisca la cristallizzazione. Prima il succo viene miscelato con latte di calce (una miscela di idrossido di calcio ed acqua), che provoca la precipitazione di numerose impurità, compresi gli anioni come il solfato, il fosfato, il citrato e l’ossalato, che precipitano come i loro sali di calcio e le grosse molecole organiche come proteine, saponine e pectine, che si aggregano in presenza di cationi multivalenti.
Nel processo di carbonatazione, un forno a calce produce calce viva e anidride carbonica (CO2). La calce viva viene poi mescolata con acqua per ottenere latte di calce e aggiunta al succo. Successivamente viene insufflata anidride carbonica nella soluzione alcalina di zucchero, facendo precipitare il latte di calce. La calce viene fatta precipitare con l’anidride carbonica (CO2) in due fasi, la 1° e 2° carbonatazione. Ha inizio quindi un riciclo che aumenta le dimensioni delle particelle di calcio ed ha luogo un processo di flocculazione nel quale le particelle più pesanti scendono nei serbatoi (chiarificatori).
Lo zucchero bianco adatto al consumo diretto può essere prodotto da succo di canna concentrato utilizzando l’anidride solforosa (SO2) o l’anidride carbonica (CO2) in combinazione con la calce. Nel primo caso, si parla di processo di solfitazione, mentre nel secondo di carbonatazione. Il processo di solfitazione può essere condotto con acido fosforico, a seconda dell’aggiunta iniziale di anidride solforosa (SO2) o calce.
Alla stazione di evaporazione, il succo sottile viene concentrato attraverso un processo multistadio di riscaldamento fino a raggiungere un contenuto massimo di sostanza secca del 70%. Ciò porta alla formazione di uno sciroppo dorato e viscoso con un contenuto di zucchero compreso tra il 65% e l’80%.
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Lo sugo leggero così ottenuto viene fatto bollire in grandi recipienti, a temperature comprese tra gli 80° e i 125°c per far evaporare la maggior parte dell’acqua possibile. Il sugo denso viene inviato alla cristallizzazione. Il succo denso viene inviato alla cristallizzazione. Zucchero riciclato viene in esso disciolto e ne esce uno sciroppo chiamato “liquore madre”.
La fase di cristallizzazione, ovvero di ebollizione, avviene in una pentola sottovuoto, una grande caldaia chiusa con tubi riscaldati a vapore. Lo sciroppo viene fatto bollire in pentole sottovuoto, cristallizzato e separato in zucchero bianco e sciroppo di zucchero. La mistura di sciroppo e cristalli si chiama (in lingua francese) massecuite.
La mistura di cristalli e liquore madre, chiamata “massecuite”, viene trasferita in un serbatoio di raccolta denominato cristallizzatore, dove viene raffreddata mentre i cristalli continuano a crescere. Questa viene passata in una centrifuga ove il liquido viene separato dai cristalli. La mixture viene passata in una centrifuga ove il liquido viene separato dai cristalli. Lo zucchero così prodotto è uno zucchero grezzo e di bassa qualità, con molti colori ed impurità e la principale fonte che viene nuovamente disciolta nel liquore madre.
In uno zuccherificio che produce zucchero grezzo, sono normalmente condotte tre bolliture: la prima bollitura produce lo zucchero di migliore qualità, che viene inviato allo stoccaggio; la seconda bollitura richiede più tempo, soprattutto se si desidera ottenere una dimensione cristallina adeguata, dato che il tempo di ritenzione nel cristallizzatore è più lungo; la terza bollitura richiede proporzionalmente più tempo della seconda e molto più tempo per cristallizzare.
Queste, dopo un raffreddamento parziale in grossi recipienti rettangolari aperti dotati di bracci agitatori, vengono inviate alla stazione di centrifugazione, dove vengono separate in zucchero in cristalli e sciroppo, l’ultimo dei quali è il melasso. Come nel processo di macinazione, i cristalli di saccarosio vengono separati dalla melassa per centrifugazione.
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Lo zucchero bianco in uscita dalla fase di centrifugazione è sottoposto a essiccazione per eliminare una parte in eccesso di umidità, mediante l’utilizzo di aria calda. Successivamente lo zucchero dovrà essere raffreddato per poter essere conservato al meglio. Lo zucchero grezzo finale viene immagazzinato come una sostanza appiccicosa. Potrebbe essere utilizzato in questa fase, ma tende a sporcarsi durante la conservazione e presenta un sapore distintivo. Pertanto, viene raffinato una volta giunto nel paese in cui verrà impiegato.
La raffinazione purifica ulteriormente lo zucchero greggio. Esso viene dapprima miscelato con sciroppo grezzo e quindi centrifugato in un procedimento detto di “affinamento”. Dopo questo “lavaggio” viene sciolto facendone uno sciroppo contenente circa il 60% di saccarosio. La soluzione viene chiarificata con aggiunta di acido fosforico e con idrossido di calcio che precipitano sotto forma di fosfato di calcio.
Dopo aver filtrato ogni particella solida rimasta, lo sciroppo così “chiarificato” viene sbiancato facendolo passare su carbone attivo. In questa applicazione viene particolarmente usato il carbone animale. Le impurità colorate vengono adsorbite dal carbone. Lo sciroppo purificato viene poi concentrato per super-saturazione e ripetutamente cristallizzato sotto vuoto per produrre zucchero bianco raffinato.
Pertanto, viene raffinato una volta giunto nel paese in cui verrà impiegato. Inoltre, poiché non tutto lo zucchero può essere estratto dal succo, si forma un sottoprodotto dolciasro chiamato “melassa”. Questo sciroppo di zucchero grezzo viene inviato nuovamente al cristallizzatore. Di qui esce altro zucchero di bassa qualità, chiamato AP sugar, anch’esso ridisciolto. Il procedimento si ripete iterativamente con successivi ricicli di cristallizzazione e soluzione.
Il residuo secondario finale, chiamato Vinasse, viene utilizzato come fertilizzante o come substrato di crescita per colture di fermenti. Il pulp, viene premuto fino al raggiungimento del 75% di umidità. Ciò consente un ulteriore recupero di saccarosio e riduce la quantità necessaria per essiccare il pulp. Il pulp infatti viene deumidificato per venire poi venduto come alimento per animali.
Innanzitutto chiariamo una cosa: quando comunemente parliamo di zucchero intendiamo il saccarosio, un disaccaride composto da glucosio e fruttosio. Il saccarosio viene estratto dalla barbabietola da zucchero o dalla canna da zucchero: la molecola è esattamente la stessa, da un punto di vista chimico e da quello del gusto. E anche da quello delle apparenze: se lo zucchero è puro, cioè viene privato di qualsiasi residuo, alla fine del processo di lavorazione distinguere tra zucchero di barbabietola e zucchero di canna è impossibile.
Quindi, parlare di zucchero di canna per indicare lo zucchero non bianco, è sostanzialmente sbagliato. L'unica differenza è che i residui della barbabietola sono sgradevoli al sapore e quindi vengono sempre eliminati, mentre dalla canna si può produrre sia zucchero bianco che scuro. Durante il processo di raffinazione, cioè di eliminazione delle componenti che zucchero non sono, ci si può fermare in vari momenti, e si può avere quindi lo zucchero integrale (tipo Panela) o lo zucchero grezzo (tipo muscovado).
Il comune zucchero scuro, poi, non è meno raffinato del suo cugino bianco. Anzi è in pratica dello zucchero bianco a cui successivamente è stata aggiunta una quantità di melassa per scurirlo: quindi a voler essere pignoli è quello che ha subito un maggiore processo. Se parliamo di salute, bisogna chiarire: gli svantaggi dello zucchero, e l'invito a farne un uso moderato, valgono sempre, qualunque sia la fonte.
| Fase | Descrizione | Obiettivo |
|---|---|---|
| Raccolta e lavaggio | Pulizia di canna o barbabietola e rimozione foglie/scorie | Preparare materia prima |
| Estrazione | Sminuzzamento, diffusori o presse per ottenere succo | Estrarre saccarosio in soluzione |
| Depurazione | Carbonatazione o solfitazione per rimuovere impurità | Chiarificare il succo |
| Evaporazione | Concentrazione multistadio a vapore | Ottenere sciroppo denso |
| Cristallizzazione | Bollitura in pentole sottovuoto e raffreddamento | Formare cristalli (massecuite) |
| Centrifugazione e essiccazione | Separazione cristalli/sciroppo e asciugatura | Produrre zucchero grezzo/bianco |
| Raffinazione | Affinamento, chiarificazione e sbiancamento su carbone | Ottenere zucchero bianco al 99% |
Le raffinerie sono situate in genere vicino ai luoghi di consumo del prodotto finito in Europa, Nordamerica e Giappone. Le due fasi stanno lentamente combinandosi: l’incremento domanda di zucchero fa sì che le due fasi vengano eseguite nei medesimi stabilimenti.
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