A cukor ezer esztendővel ezelőtt Európában még csak egy-két tengerparti állam fejedelmi udvarában volt ismeretes. A középkori krónikások, mint jóízű és kellemes hatású, kedvelt és értékes ritkaságot említik. Ma pedig a cukor általánosan használt közélelmezési cikk, amelyet óriási mennyiségben készít a fejlett gyáripar. Ez az ipar a mezőgazdaságot is jelentős jövedelemhez juttatja, tehát a nemzetgazdaságban fontos helyet foglal el.

A mézet, édes gyümölcsöket és azokat a növényeket, amelyeknek egyéb részei édes ízűek, ősidőktől fogva ismeri az emberiség. Az Ázsia déli részeiben honos cukornád kisajtolt levét már a történelem előtti időben használta a bennszülött lakosság, sőt befőzés által eltarthatóvá tett levével kereskedést is űzött. Így a nádszirup (szakcharon) ismerete idővel olyan országokba is eljutott, amelyekben a cukornádat nem termelték.

Kr. u. 300 körül jöttek rá Indiában, hogyan lehet szilárd cukrot készíteni. Ezzel megnyílt a cukor nagyobb elterjedésének lehetősége. A cukornád termelése még az ókorban átterjedt Egyiptomba, a középkor folyamán már Dél-Európa országaiban is virágzott: Egyiptomban a cukor előállítása során kezdték alkalmazni a létisztítást és a finomítást is. Az újkor kezdetén Dél-Európából Észak-Afrikába szorult ki a cukornádtermelés, míg végül az Újvilágban honosodott meg. Hazánk régi oklevelei több helyen említik a "nádmézet", királyi udvarok és más előkelőségek kedvelt csemegéi között; az adatok egészen a XIV. századig nyúlnak vissza.

Egy berlini gyógyszerész, Marggraf az európai növények összetételét vizsgálva, 1747-ben megállapította, hogy a burgundi répa édes ízét a nádcukor okozza és ezt elő is állította belőle. Tanítványa, Achard, javaslata alapján 1802-ben meg is nyílt az első répacukorgyár Sziléziában. A répacukorgyártás elterjedése azonban csak egy fél századdal később kezdett fejlődésnek indulni, amikor Vilmorin a répa nemesítését megkezdte.

Napoleon szárazföldi zárlata folytán Európa-szerte nagy kutatómunka indult meg a cukornak hazai növényekből való előállítására; de csak a répából való cukorgyártás vált be. A XIX. század harmincas és negyvenes éveiben egymás után sok kisebb-nagyobb répacukorgyár létesült. Ebben az időben hazánkban 63 kisebb-nagyobb gyár állott fenn. Batthyány Lajos gróf, a későbbi miniszterelnök, 1830 körül épített már cukorgyárat Ikervárott. Ez a gyár 1848-ig működött és évente 15–25 ezer mázsa répát dolgozott fel. A magyar cukoripar csak a kiegyezés utáni évtizedekben indult meg nagyarányú fejlődésnek. A répa cukortartalma ma már a cukornád fajlagos cukortartalmát is túlhaladta. 1804-ben még csak 4 kg cukrot tudtak kinyerni 100 kg répából, ma 13–16 kg a normális hozam.

A közönségesen cukornak nevezett anyag a természetben nagy változatosságban előforduló cukorféleségeknek egyik fajtája a glükóz- és fruktóz-molekulák alkotta diszacharid . Tudományos neve nádcukor (szacharóz, szukróz; C₁₂H₂₂O₁₁). Az iparban és kereskedelemben csak a nádból készültet nevezik nádcukornak, a cukorrépából gyártottnak répacukor a neve. Ezek egymással vegyi és egyéb tulajdonságaikban teljesen azonosak. Ezt az azonosságot természetesen nem érinti a kész cukorban esetleg megmaradt szennyeződések különböző volta, sem pedig a gyártás folyamán kapott különböző külső alak.

A cukor egyrészt a cukornád (Saccharum officinarum) 4–6 méter hosszú, húsos, bütykös szárának levében halmozódik fel. A nádlé íze és illata kellemes. A nád összetétele rendkívül erősen változik a fajta, éghajlat, művelés, talaj és időjárás szerint. Cukortartalma 13–15 % körül ingadozik, invertcukor tartalma pedig 0,2 és 0,6 % közötti.

A cukor másrészt acukorrépában (Beta maritima var. saccharifera) található nagyobb mennyiségben. A cukorrépa a Földközi-tenger partjain vadon termő burgundi répából nemesítés által kitenyésztett változat; megvastagodott gyökerében halmozódik fel a szacharóz. A kétévi növény gyökerének cukortartalma az első évi tenyészidő végén, ősszel a legmagasabb. Ilyenkor az invertcukor-mennyiség csak néhány század %-ot tesz ki, a szacharóz-koncentráció pedig az éghajlat, talaj és egyéb tényezők szerint 12 és 24 % közötti. Hazánkban 13 és 20 % a megszokott határok.

3. Táblázat. A cukorrépa közepes összetétele a következő:

A cukor olvadáspontja 180 o C körül van, szennyeződések és nedvesség jelenlétében, vagy lassú melegítésnél jelentékenyen alacsonyabb. Hosszabb ideig 100–180 ^oC-ra melegítve, a cukor bomlásnak indul és megbarnul, sőt egészen sötét lesz (karamell képződés). A karamellizálódás bizonyos anyagok jelenlétében meggyorsul, vizes oldatban már 80 ^oC körül is észrevehető.

A cukor vízben igen jól (bár lassan) oldódik; melegben az oldhatóság erősen növekszik. Idegen anyagok nagyobb mennyisége növeli az oldhatóságot (melaszképző hatás). Cukoroldatok a polarizált fény síkját jobbra forgatják. Az optikai forgatóképesség jelenségén alapszik a cukortermékek és cukortartalmú nyersanyagok (répa) cukortartalmának meghatározása.

Ha a cukor oldatát megsavanyítjuk, az oldatból már nem lehet nádcukrot kikristályosítani, a forgatóképesség ellenkező irányú lesz, vagyis az oldat balra forgat: a cukor invertálódik. Az invertcukor még könnyebben karamellizálódik, mint a nádcukor, és akár savas, akár lúgos közegben melegítik, sötét színű és savas hatású anyagok képződése közben gyorsan elbomlik. Már kevés invertcukor jelenléte is a cukoroldat további savanyodását és újabb invertcukor-mennyiség keletkezését okozza. Az invertcukor megakadályozza a nádcukor kikristályosodását, ezért a cukorgyártás során ezt a levek lúgosan tartásával védik ki ezt a hatást.

A cukorgyári levek lúgosságát, a létisztításon kívül, 0,001–0,03 % égetett mésszel állítják be (a pH 7 és 10 közé, leginkább 8–8,5 körül), de vannak gyárak, ahol majdnem semleges kémhatású oldatokkal az inverzió már gyengén savas, 6,5–6,7 pH-jú oldatban elkezdődik és pH=6,0 érték körül már gyorsan, nagy konverziófokkal végbemegy.

A kristályosodáshoz az oldatnak túltelítettnek kell lenni. Ezt az oldószer (víz) kipárologtatásával lehet elérni, vagy pedig az oldóképesség csökkentésével (hűtéssel). Ilyen módszerekkel lehet túltelített oldatot kapni. A cukor bizonyos túltelítettségi fok elérésekor magától kezd kikristályosodni, ezen alul csak belehelyezett cukorkristályok jelenlétében (beoltás után) érhető ez el. Ha a kristályképződés már megkezdődött, újabb kristályok képződése már könnyebben megy. A túltelítettség fokától és az oldatban lévő gócképző komponensek heterogén nukleációt elősegítő hatásától függ, hogy az oldatban folytonosan új kristályok keletkeznek-e, avagy inkább csak a meglévők növekednek.

Nagymértékben befolyásolja a kristályosodást az oldat összetétele, azaz a jelen lévő nemcukoranyagok mennyisége, minősége. A nemcukoranyagok főleg növényi savak sói, fehérjék, aminosavak, betain, továbbá igen kis mennyiségben invertcukor, glükozidok, zsír, gyantaanyagok, nyálkaanyagok, enzimek stb. A cukorgyárakban a cukor kikristályosodásán kívül a ballaszt anyagok nagy tömegétől (amelyet a répa, illetőleg a nád teste és annak egyéb alkotórészei tesznek ki) történő megtisztítás is a feladat.

http://hu.wikipedia.org/wiki/Cukorgyártás

A cukor előállítása során a nyerscukorgyár feladata három művelet elvégzése:

- a cukor elválasztása a növény testétől, rosttól (lényerés),

- a cukor elválasztása a kristályosodást megnehezítő nemcukoranyagoktól (létisztítás)

- a cukor elválasztása a víztől (bepárlás és kristályosítás).

Lényerés. A gyárba érkező cukorrépát a gyárudvaron hosszú, árokszerű csatornákba, úsztatókba rakják. Víz szállítja be a répát a gyárépületbe, ahol a mosógép a földtől, a kövektől és a gaztól megtisztítja. Innen a répa a vágógépekbe jut, amelyek vékony csíkokká, szeletté aprítják.

A legjobban a cukrot kilúgozással lehet kinyerni. A friss répaszelet a kilúgzó edényekben vízben van. A víz és a cukortartalmú lé a növény sejtfalain keresztül, egymással szemben diffundál. A lényerésnek ezt a módját diffúziónak nevezik, a kilúgzó edényeket pedig diffuzőrnek. A kilúgozó friss víz először a majdnem teljesen kilúgzott szelettel „találkozik” és ellenáramban halad a fokozatosan édesebb szeletek felé. A friss szeleteken áthaladva hagyja el a diffúziós telepet, mint nyerslé. Kilúgozásnál a levet (s így közvetve a szeletet) 68–77 ^oC-ra melegítik; ezáltal a sejtfalak elhalnak és áteresztővé válnak, tehát az oldatban lévő vegyületek átdiffundálhatnak rajta.

Kilúgzásnál nemcsak cukor, hanem a nemcukoranyagok nagy része is átdiffundál, de nem teljesen, mert a nagyobb molekulájú vegyületek, különösen a fehérjék és egyéb kolloidok a cukornál lassabban diffundálnak. A kilúgozott szeletben marad még kevés cukor (0,2–0,5 %).

14.2. ábra - Diffuzőrök (diffúziós tartályok) vázlata

http://hu.wikipedia.org/wiki/Cukorgyártás

A kilúgzott szeletben tápértékkel bíró anyagok maradnak vissza, ezért a víz enyhe kisajtolása után ezt takarmánynak lehet használni, vagy biogázt lehet belőle fejleszteni, ami javítja a cukorgyártás energia-mérlegét. Minthogy azonban hosszabb ideig nem tartható el, az azonnal föl nem etetett mennyiséget savanyítással vagy szárítással konzerválják. A savanyításnál tejsavas erjedés történik, amely feltárja, emészthetővé teszi a szelet rostanyagait. A tejsav a szeletet megvédi a romlástól, mert a rothadást okozó szervezetek elszaporodását meggátolja.

Szárításnál a nedves szeletet először erős sajtolásnak vetik alá, a préselt szeletet a kazánoktól jövő füstgázok melegével megszárítják annyira, hogy csak 12 % víz maradjon benne. Szárításkor feltáródnak és könnyen emészthetővé válnak a sejtfalak pektinanyagai.

4. Táblázat. A kilúgozott és a szárított szelet átlagos összetétele.

Savak vagy enzimek hatására a nádcukor hidrolizál (bomlik) szőlőcukorra és azonos összegképletű gyümölcscukorra :

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O = 2 C₆H₁₂O₆

A cukortartalmat az optikai forgatóképesség alapján mérik: A nádcukor és a szőlőcukorjobbra forgatja a poláros fény síkját, a gyümölcscukor pedig balra, és erősebben forgat balra, mint amilyen mértékben a szőlőcukor jobbra forgat, úgy, hogy e két utóbbi cukor egyenlő arányban való elegye a poláris fény síkját balra forgatja. A gyümölcscukor és a szőlőcukor elegyét pedig invertcukornak nevezik.

Létisztítás. A diffúzióból kikerülő nyerslevet mindenekelőtt fémszitán (szeletkefogó) szűrik meg, mely az apró szeleteket visszatartja. Ez nagyon fontos, mert a szeletek sejtfalaiban maradnak a pektinanyagok, amik a levek szűrését és kristályosítását rendkívül megnehezítenék.

A nyerslében lévő habképző anyagok (szaponin), kolloidok és egyéb szerves vegyületek is károsan befolyásolják a munkát, azért ezeket lehetőleg minél tökéletesebben el kell távolítani. Ez végzi a meszezési és szaturálási eljárás mésztejjel. A nyerslevet 82–85 ^oC-ra melegítik, hogy a fehérjék oldhatatlanná váljanak (koagulálás) és a pelyhes csapadékot tartalmazó léhez égetett meszet vagy mésztejet adnak (száraz, ill. nedves derítés). Rendszerint 2–3 % égetett meszet számítanak egészséges répára, de romlott répánál 5 %-ig is fölmennek. A mész, mint erős lúg, a lében lévő élő szervezeteket megöli (fertőtlenítés), a szabad és kötött növényi savak zömével oldhatatlan sókat képez, a szervetlen alkotórészek közül a foszforsavat, a vas-, alumínium- és magnézium-oxidot lecsapja és az inverzióra hajlamos levet a lúgos kémhatás folytán tartóssá teszi. A sók megbontása alkalmával szabad kálium- és nátrium-hidroxid keletkezik, amely a lének természetes és tartós lúgosságot kölcsönöz a gyártás későbbi szakaszaiban. A mész elbontja még az invertcukrot és a savamidokat, mely utóbbiakból ammónia szabadul fel. A szükséges meszet a cukorgyárak saját mészkemencéjükben készítik, mert nemcsak mészre, hanem az égetéskor felszabaduló szén-dioxidra is szükségük van.

A fölösleges meszet szén-dioxiddal való telítés (szaturálás) által leválasztják. A mészkemencékből jövő gáz mintegy 30 % szén-dioxidot (CO₂) tartalmaz, ezt a 90–100 ^oC-ra melegített lébe vezetik, hol az kalcium-karbonátot (szénsavas meszet) ad:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

A széndioxid nemcsak a szabad meszet köti meg, hanem a mész és cukor között létesülő vegyületet is megbontja cukor felszabadulás közben:

A keletkező szénsavas mész vízben oldhatatlan lévén, leválik és a lében úszó kolloid csapadékot (fehérjék stb.) bekérgezi, tehát jól szűrhetővé teszi. Ezenkívül a leválás pillanatában igen erős adszorbeáló hatást fejt ki a még oldatban lévő nemcukoranyagokra, ami újabb tetemes tisztulást jelent.

A szaturálást addig folytatják, míg a lé pH-ja 10,8–11,0-re, illetőleg kalcium-hidroxid koncentrációban kifejezve, mintegy 0,08–0,10 %-ra csökken; tovább szaturálva a levált szennyeződések (festőanyagok stb.) újból oldódni kezdenének. A lúgosságot nem tisztán a mész, hanem a fentebb említett szabad alkáliák és a savamidok elbontásakor felszabaduló ammónia együttesen okozza.

A szaturálás befejezése után a sok iszapot tartalmazó levet iszapsajtókban szűrik meg. A présekben az iszap lepényeket képez; ezeket a szűrés befejezése után a cukor teljes eltávolítása végett forró vízzel kilúgozzák (leédesítés). A mésziszap főként finom eloszlású kalcium-karbonátból (aragonit) áll s ezért talajmeszezésre nagyon alkalmas.

Az iszapsajtókról lefolyó levet (I. szaturációs lé) utószűrésnek vetik alá, nehogy az esetleg benne maradt iszaprészecskék a II. szaturációnál feloldódjanak; ezek többé nem választhatók le és a levet sötétre festik. Az utószűrést követi a II. szaturáció szénsavval, melynél a lúgosságot 8,5–9,0 pH-ra (megfelel 0,01–0,03 % mésznek) állítják be. A II. szaturációt gyakran III. szaturáció követi, mégpedig többnyire kén-dioxiddal, különösen akkor, ha a levek jó lúgosság-megtartó képességet árulnak el, vagy pedig sok festőanyagot tartalmaznak. A kénezés a festőanyagok nagy részét elszínteleníti és egyúttal a mészsókat is leválasztja, tehát a levek minőségét javítja.

Hogy a szaturációban keletkezett szénsavas mész tökéletesen leváljon, a levet erőteljesen fel kell forralni (kifőzés). A kifőzés 105–110 ^oC-nál történik és iszap leválásával jár. Kifőzés nélkül ez az iszap a bepárlókban rakódnék le és megnehezítené a bepárlást. A készre szaturált levek kifőzése és szűrése után kapott lé, az úgynevezett híglé, most már minden további vegyi beavatkozás nélkül bepárolható és kristályosítható. Szűrés előtt a híglébe aktív szenet lehet tenni, amely a lében mindig található finomabb részecskéket, kolloidokat és festőanyagokat elnyeli, ezzel a bepárolást, befőzést és kristályosítást megkönnyíti.

Bepárlás és főzés. A híglében lévő nagy vízmennyiség (85 %) eltávolítása két részben történik: bepárlásnál a híglevet sűrűlévé (55–70% szárazanyag-tartalommal), főzésnél a sűrűlevet, illetőleg szirupokat töltőanyaggá (90–96% szárazanyaggal) alakítják át. A bepárlás a többszörös hőkihasználás elvén alapszik; erre azt a jelenséget használják fel, hogy folyadékok forráspontja a légnyomástól nagymértékben függ; így pl. a víz forráspontja 2 bár nyomáson 120,6 ^oC, 1,013 bar sztenderd nyomáson 100 ^oC, míg légritkított térben, 0,5 bar nyomáson csupán 91,7 ^oC.

A bepárló készülékek 3 vagy 4 testből állnak, amelyek közül az elsőben legnagyobb, az utolsóban legkisebb a nyomás, tehát a forrpont is. Mindegyik testben vannak csövek, amelybe gőzt vezetnek; a gőz ezeken keresztül a levet felforralja. A gőz ennek során lecsapódik és a fűtőtérből az e célra szolgáló vezetéken eltávozik. Az első testbe a cukorgyári gőzturbina fáradt gőzét vezetik, a többi testben már az előző testből származó légőz (páragőz) forralja fel a levet. A nyomás és a forráspont az első testtől az utolsó felé fokozatosan csökken; az elsőben a híglé forráspontja 100 ^oC-nál nagyobb, az utolsóban a sűrűlé forráspontja 65-70 ^oC között van.

14.3. ábra - Négy testből álló nyomásos bepárló készülék

A négy testből álló nyomásos bepárló készülék főbb részei: I–IV=a négy tartály, F=fűtőtér, G=gőztér, L=létér

A bepárlókból kikerülő sűrűlé 50–70 % szárazanyagot tartalmaz. A bepárlás folyamán levált anyagok miatt valamivel tisztább, mint a híglé; színe mézsárga és sötétbarna között váltakozik, megszűrt állapotban a fényt erősen töri. Ha az erős besűrítés következtében lúgossága nagyon magas, avagy színe igen sötét, kénezéssel szoktak a bajon segíteni; sokkal hatásosabb azonban, ha a sűrűlé helyett már a híglevet kezelik kén-dioxiddal.

A sűrűlé a cukorfőzés kiinduló anyaga. A főzést nagyméretű (10–60 tonna befogadóképességű) készülékekben erős légritkítás alatt végzik; innen e készülék neve: vákuum bepárló. A csökkentett nyomású térben levő sűrűlevet bizonyos túltelítettségi fokig főzik és ekkor indítják meg a kristályosodást (szemképzés) a túltelítettség ugrásszerű növelésével (pl. hirtelen lehűtés), vagy cukorliszt behúzása által. Ha már elegendő szem képződött, újabb szemek keletkezését a túltelítettség csökkentésével (pl. friss, nem telített lérészletek behúzása) megakadályozzák. Ezután alacsonyabb túltelítettség fenntartásával, apró lérészletek behúzása és elfőzése által növelik a szemeket. A kész főzetet hűtőkavarókba eresztik, ahol bizonyos fokig lehűl; eközben folytonos mozgásban van, hogy a még mindig növekedő kristályok egymással össze ne nőjenek. A töltőanyagban lévő kristályokat az anyasziruptól centrifugálással választják el. A szirup (zöldszirup) nem válik el tökéletesen a kristályoktól, hanem vékony hártya alakjában borítja a kristályokat, ez a sziruptartalmú termék a nyerscukor.

A nyerscukor a fehércukor és finomítvány nyersanyaga. A fehércukor (közönségesen kristálycukor) egyszerű fedés (affinálás) által készül akként, hogy a kristályszemeket bevonó szirupot könnyen folyóvá teszik a centrifugában és helyéből tisztább cukoroldattal kiszorítják; ez a szirupréteg fölmelegítése vagy felhígítása által történhetik. E célból a centrifugában lévő nyerscukrot hígított, magasabb tisztaságú meleg sziruppal (fedősziruppal) locsolják, vagy porlasztott vízzel permetezik, avagy gőzt vezetnek felületére.

A lefolyó szörpöket újból befőzik és így kapják a közép- és utóterméket. Ezeknek szirupjai még alacsonyabb tisztaságúak; az utótermék lefolyó szirupjából a szokott eljárással már nem lehet tovább cukrot kristályosítani, ez a melasz vagy szörplé. Az utótermékeknél megnehezíti a kristályosodást a sok nemcukoranyag és a kolloidok felszaporodása, mert ezek a kristályok felületéhez tapadva, a cukormolekulák odanövését megakadályozzák.

Míg az első termék-töltőanyag főzési ideje (a vákuumban) 6–8 óra, utókristályosodási ideje (a kavaróban) 4 óra szokott lenni, addig az utótermék-főzetnél a főzési idő 8–24 óra, a kristályosító kavaróban eltöltött idő pedig 1–4 nap!

Az utótermék-kristályosítás, magában állva, hetekig-hónapokig tart. Wulff találmánya, a mozgatás közben való kristályosítás tette ezt a folyamatot lényegesen gyorsabbá és tökéletesebbé. Ma már zöldszirupból is tudnak a vákuumban cukorszemeket képezni; ezek a főzés alatt, majd a kavaróban folytonos, de lassú mozgatás közben, mindig újabb sziruprészekkel találkoznak és kivonják azokból a kristályosodásra képes cukrot. A cukornak egy bizonyos része nem kristályosodhat ki, mert ezt egyrészt a szirup viszkozitása, másrészt a jelen lévő nemcukoranyagok vegyi hatása megakadályozza.

Az utótermék-töltőanyag centrifugálásakor lefolyó szörp, a melasz, nehezen folyó, sötétbarna színű, sajátos szagú és ízű anyag. Ebben gyűlnek össze mindazon nemcukoranyagok, amelyeket a létisztítás nem volt képes eltávolítani, vagy amelyek a gyártás folyamán kerültek a levekbe. A melasz a benne lévő cukor révén a szeszgyártásnak a nyersanyaga; és értékes takarmány is.

5. Táblázat. A nyerscukrok (I. termék, utótermék) és a melasz általános összetétele

A közép- és utótermék-nyerscukrot háromféleképen lehet értékesíteni.

1. Nyers állapotban feloldják és híg- vagy sűrűlébe vezetve, újból I. terméket főznek belőle.

2. Affinált állapotban vagy a sűrűléhez vezetik, vagy finomított cukor készítésére használják.

3. Végül denaturált állapotban erőtakarmányul szolgálhat, különösen takarmányínséges időben.

6. Táblázat. A cukoripar késztermékei

7. Táblázat. A cukoripar melléktermékei