Suiker is een van de meest geconsumeerde voedingsmiddelen ter wereld en wordt voornamelijk gewonnen uit suikerriet en suikerbieten. De productie van hoogwaardige suiker is een complex proces dat uit meerdere fasen bestaat: extractie, klaring, verdamping, kristallisatie en raffinage. In elke fase van de suikerverwerking moeten de kwaliteit en zuiverheid van het suikersap nauwkeurig worden gecontroleerd. Natuurlijke onzuiverheden, zoals colloïdale deeltjes, eiwitten, pigmenten en micro-organismen, kunnen de efficiëntie van klaring, filtratie en kristallisatie ernstig beïnvloeden.
Chemische stoffen spelen een cruciale rol in moderne suikerproductieprocessen. Zonder de juiste chemische controle kunnen deze onzuiverheden kalkaanslag, kleurproblemen en productieverlies veroorzaken. Chemische stoffen in de suikerproductie verhogen niet alleen de efficiëntie en de opbrengst, maar verbeteren ook de productkwaliteit, verminderen het energieverbruik en helpen fabrieken te voldoen aan milieunormen. Deze chemicaliën kunnen:
- Verbeter de zuiveringsefficiëntie en het scheidingseffect tussen vaste stoffen en vloeistoffen.
- Voorkom de groei van micro-organismen in vruchtensap en -siroop.
- Verbeter het ontkleuringseffect van hoogwaardige witte kristalsuiker.
- Beheers de vorming van schuim en kalkaanslag in de verdamper en vacuümverdamper.
Dit artikel gebruikt suikerriet als voorbeeld om het suikerproductieproces uitgebreid samen te vatten. Het legt ook uit hoe verschillende chemicaliën – flocculanten, ontsmettingsmiddelen, ontkleuringsmiddelen en schuimremmers – in elke fase worden toegepast om een soepel verloop en een hoogwaardige suikerproductie te garanderen.
Suikerproductieproces en toepassing van chemicaliën
Voorbereiding van de grondstoffen
De suikerproductie begint met de oogst en de voorbereiding van de grondstoffen. Het suikerriet wordt gewassen en versnipperd om aarde, stenen en bladeren te verwijderen. Als het sap in dit stadium lang blijft staan, kunnen er micro-organismen in groeien. Om de microbiële belasting op het oppervlak van de grondstoffen te verminderen en besmetting of bederf van het suikersap tijdens het saccharificatieproces te voorkomen, worden soms ontsmettingsmiddelen gebruikt op het oppervlak van het suikerriet, het opslagwater of de reinigingsapparatuur.
| Type desinfectiemiddel | Aanbevolen concentratie | Toepassingsmethode | Belangrijkste functies | Voorzorgsmaatregelen | Voordelen |
| Natriumhypochloriet (NaClO) | 50–200 ppm vrij chloor | Het suikerrietoppervlak 5-10 minuten besproeien of laten weken. | Breedbandsterilisatie vermindert de microbiële belasting. | Beheers de concentratie (doorgaans 50-200 ppm vrij chloor). Vermijd een te hoog chloorgehalte in het sap om verkleuring of kristallisatie te voorkomen. Spoel of laat het sap na gebruik uitlekken indien nodig. | Breedbandsterilisatie; lage kosten. |
| Natriumdichloorisocyanuraat (SDIC) | 50–150 ppm vrij chloor | Het suikerrietoppervlak 5-10 minuten besproeien of laten weken. | Hoge stabiliteit, sterke sterilisatie-efficiëntie | Beperk het vrije chloorgehalte om te voorkomen dat het sap kristalliseert en de kleur verandert. | Stabieler dan natriumhypochloriet; hoge efficiëntie; gecontroleerd restchloorgehalte; veelvuldig gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie. |
| Waterstofperoxide (H₂O₂) | 0,1%–0,5% | Toegevoegd aan schoonmaakwater of voor het besproeien van oppervlakken. | Sterilisatie, geen residu, milieuvriendelijk | Controleconcentratie; doorgaans 0,1–0,5% voor oppervlaktebehandeling. Voorzichtig hanteren tijdens gebruik. | Ontbindt zonder resten achter te laten; veilig en milieuvriendelijk. |
| Warm water / stoom | Heet water van 80-90 °C of stoom van 100 °C | Spoel gedurende 2-5 minuten met heet water of stoom. | Sterilisatie zonder toevoeging van chemicaliën | Hoog energieverbruik; vereist geschikte apparatuur; neem de veiligheidsvoorschriften in acht. | Geen chemische toevoegingen; vermindert chemische residuen. |
| Reiniging van installaties/faciliteiten met waterdesinfectie | SDIC, 50–100 ppm | Reiniging van apparatuur en transportvoertuigen | Voorkomt secundaire besmetting | Vervang het chloor regelmatig en controleer de concentratie vrij chloor. | — |
Aanbevolen praktijk
Wanneer suikerriet de fabriek binnenkomt, wordt het eerst gewassen met schoon water om aarde en onzuiverheden te verwijderen.
Vervolgens wordt de oppervlakte gedesinfecteerd door, afhankelijk van de omstandigheden, SDIC in lage concentratie of natriumhypochloriet te spuiten.
Ook de waterbronnen en reinigingsapparatuur van de suikerfabriek moeten regelmatig worden gedesinfecteerd om een algehele hygiënische omgeving te garanderen.
Sapwinning
Na de eerste stap van reiniging en desinfectie volgt het extraheren van suikerrietsap. Dit gebeurt meestal door middel van mechanische persing of diffusie. Hierbij wordt de harde structuur van het suikerriet gebroken en het sap eruit geperst.
In de meeste gevallen bestaat een suikerrietpers uit drie walsmolens in combinatie met een hakselaar of roterende messen. Nadat het suikerriet op een transportband is verwerkt, wordt het naar een andere transportband getransporteerd om er meer sap uit te persen. Voordat het wordt vervoerd, wordt er echter eerst water overheen gesproeid om het sap verder te extraheren. Het residu dat na het persen overblijft, wordt bagasse genoemd.
Sap bevat oplosbare en zwevende onzuiverheden, waaronder plantenvezels, eiwitten en zelfs bodemdeeltjes die volledig zijn weggespoeld. Deze onzuiverheden moeten worden behandeld om de efficiëntie van de daaropvolgende klaring en kristallisatie te verbeteren.
Zuivering van suikerrietsap
Het klaren van suikerrietsap is de meest cruciale stap in de beginfase van het suikerproductieproces. Het doel is om onzuiverheden (zoals aarde, eiwitten, colloïden, organische zuren, enz.) uit het suikerrietsap te verwijderen en de zuiverheid ervan te verbeteren. Over het algemeen wordt hiervoor het kalkproces toegepast, in combinatie met de fosforflotatiemethode of de carbonisatiemethode.
Chemisch gebruik
Kalk (CaO)/kalkmelk (Ca(OH)₂)2Neutraliseert zure stoffen en laat onzuiverheden neerslaan.
Koolstofdioxide (CO₂)2(gebruikt bij de carbonisatiemethode): Reageert met kalk en vormt een neerslag van calciumcarbonaat, dat onzuiverheden adsorbeert.
Vlokmiddel/coagulatiemiddel: Helpt zwevende deeltjes snel te bezinken.
Veelgebruikte materialen: polyaluminiumchloride (PAC), polyacrylamide (PAM), enz.
Zwavel (SO₄)2) of natriumsulfiet: Het speelt een rol bij het bleken, ontkleuren en steriliseren tijdens fosforflotatie.
Filtratie en voorverwarming
Na het klaren moet het sap gefilterd worden om bezinksel te verwijderen. Het voorverwarmen van het sap vóór het indampen is cruciaal, omdat dit de viscositeit van het sap verlaagt en microbiële groei voorkomt.
Verdamping en concentratie
Het vruchtensap wordt vervolgens met behulp van een meertrapsverdamper tot siroop geconcentreerd, waardoor het vochtgehalte wordt verlaagd van ongeveer 85% tot 30-40%. Vacuümverdamping helpt de kwaliteit van de suiker te behouden, maar brengt ook enkele operationele uitdagingen met zich mee:
- Opgeloste eiwitten en oppervlakteactieve stoffen veroorzaken schuimvorming.
- Kalkafzetting op het oppervlak van de verdamper.
Chemische toepassingen:
Ontschuimers: Siliconengebaseerde ontschuimers voor het onderdrukken van schuimvorming bij hoge temperaturen. Polyether- en vetalcoholgebaseerde ontschuimers geschikt voor vruchtensapsystemen met een gemiddelde schuimvorming.
Kalkremmers/dispergeermiddelen: Voorkomen de vorming van calciumcarbonaat- of sulfaataanslag in de verdamper.
Resultaat: Effectieve schuimbeheersing en kalkpreventie zorgen voor een vlotte verdamping, een hogere warmteoverdrachtsefficiëntie en minder stilstand.
Kristallisatie
Het kristallisatieproces bij de suikerproductie (in de industrie vaak aangeduid als koken) is een cruciale stap in de omzetting van geconcentreerde suikerstroop in vaste sucrosekristallen. De geconcentreerde stroop wordt in een vacuümketel gekookt om de suikerkristallisatie op gang te brengen. Een goede kristallisatie is essentieel voor de suikeropbrengst, de kristalgrootte en de kleur. Dit is een complex fysisch-chemisch proces dat is ontworpen om de grootte en uniformiteit van de neergeslagen sucrosekristallen te beheersen.
In dit proces worden vaak antischuimmiddelen gebruikt. Deze middelen beperken de schuimvorming tijdens het koken en voorkomen zo dat de siroop overkookt.
Stabiele kristallisatie verhoogt de suikeropbrengst en vermindert verliezen tijdens centrifugatie.
Centrifugatie en scheiding
Na de kristallisatie worden de kristallen met behulp van een centrifuge van de melasse gescheiden en vervolgens gedroogd met behulp van hete buizen. De melasse kan verder worden verwerkt voor de productie van ethanol, veevoer of andere toepassingen.
Ontkleuring en raffinage
Ontkleuring en raffinage is de laatste fase in het suikerproductieproces, die voornamelijk wordt gebruikt bij de productie van hoogzuivere, witte geraffineerde suiker (zoals kristalsuiker of kandijsuiker). Deze fase vereist het gebruik van grote hoeveelheden chemicaliën en adsorptiemiddelen.
Veelgebruikte chemicaliën zijn onder andere:
Geactiveerde koolstof (poeder of korrels): Adsorbeert polyfenolen, karamel en andere pigmenten.
Ontkleuringsharsen/ionenwisselingsharsen: Verwijderen ionische en niet-ionische kleurstoffen.
Waterstofperoxide (H₂O₂): Oxideert de resterende pigmenten, waardoor de siroopkleur verder oplicht.
Ontkleuringsmiddelen: zorgen voor lage ICUMSA-waarden en een hoge visuele kwaliteit.
Bovenstaande schetst de belangrijkste processen en chemische toepassingen in de suikerindustrie.
Verwante chemicaliën weergeven:
Hoe wordt afvalwater uit de suikerindustrie gezuiverd?
Suikerfabrieken produceren afvalwater tijdens het suikerproductieproces. Dit afvalwater is complex van samenstelling en heeft een hoge vervuilingsgraad, waardoor systematische waterzuivering noodzakelijk is voordat het wordt geloosd.
Het afvalwater is voornamelijk afkomstig van het wassen van grondstoffen, het reinigen van apparatuur, afvalwater van het suikerproductieproces, koelwater/condensaat en spuiwater van ketels. Dit afvalwater kenmerkt zich door een zeer hoge COD- en BOD-waarde (vanwege het suikergehalte), een hoog gehalte aan zwevende deeltjes, een sterke biologische afbreekbaarheid en bevat soms olie en slib. Daarom wordt doorgaans een combinatie van processen gebruikt om dit afvalwater te zuiveren: voorbehandeling + coagulatie en sedimentatie + biologische behandeling + geavanceerde behandeling. Gangbare behandelingsmethoden omvatten fysische behandeling (zoals sedimentatie en filtratie), chemische behandeling (zoals coagulatie en neutralisatie) en biologische behandeling (zoals actiefslibprocessen en helofytenfilters).
Welke chemicaliën zijn nodig om afvalwater uit de suikerindustrie te zuiveren?
De specifieke stappen en chemische toepassingen zijn als volgt:
| Behandelingsfase | Doel | Aanbevolen chemicaliën | Belangrijkste functies |
| 1. Wassen van de grondstoffen en primaire voorbehandeling | Verwijder zand, modder, vezels en zwevende deeltjes. | PAC (polyaluminiumchloride) | Snelle coagulatie, verwijdering van zwevende deeltjes en troebelheid. |
| PAM (Polyacrylamide) – Anionisch/Niet-ionisch | Vlokvorming bevordert de bezinking. | ||
| Ontschuimer | Reguleert de schuimvorming tijdens het wassen van suikerriet en het persen van sap. | ||
| 2. Egalisatie en pH-aanpassing | Stabiliseer de kwaliteit van het influent en pas de pH aan voor de daaropvolgende processen. | Kalk (CaO / Ca(OH)₂) | Verhoogt de pH-waarde en verwijdert gedeeltelijke hardheid. |
| Natriumhydroxide (NaOH) | Nauwkeurige pH-aanpassing | ||
| Zwavelzuur / Zoutzuur | Verlaagt de pH-waarde | ||
| Ontschuimer | Vermindert schuimvorming in het egalisatiebekken. | ||
| 3. Coagulatie en flocculatie (primaire sedimentatie) | Verwijder zwevende deeltjes, colloïden en kleur; verlaag de COD-waarde. | PAC / PolyDADMAC / Polyamine | Primaire coagulanten voor het verwijderen van troebelheid en kleur. |
| PAM (Anionisch) | Verbetert de vloksterkte en de bezinkingssnelheid. | ||
| Stollingshulpmiddelen (bijv. magnesiumsilicaat) | Verbetert de helderheid en de bezinkingsprestaties. | ||
| 4. Anaërobe biologische behandeling (UASB, EGSB) | Verminder de hoge organische belasting (COD, BOD) | Voedingsadditieven (N- en P-bronnen) | Behoud microbiële activiteit en een gezonde biomassa. |
| pH-regelaars | Zorg voor een optimale pH-waarde (6,8–7,2) voor anaërobe bacteriën. | ||
| Ontschuimer | Onderdrukt schuimvorming gerelateerd aan biogas. | ||
| 5. Aërobe behandeling (actief slib, SBR) | Verdere verlaging van COD, BOD en ammoniak | Voedingsadditieven (N & P) | Zorg voor een evenwichtige voeding voor micro-organismen. |
| Ontschuimer | Reguleert schuimvorming tijdens beluchting | ||
| Bio-enzymen / Microbiële culturen | Verbetert de efficiëntie van biologische afbraak | ||
| 6. Geavanceerde behandeling (indien er strikte ontslagcriteria gelden) | Verbeter de helderheid, verwijder resterende COD, SS en kleurstoffen. | Polyamine / PolyDADMAC | Sterke ontkleuring en verwijdering van troebelheid |
| PAC | Extra SS- en colloïdverwijdering | ||
| PAM (hoog moleculair gewicht) | Eindflocculatie en polijsten | ||
| Geactiveerde koolstof | Verwijdert kleur, geur en organische resten. | ||
| 7. Desinfectie en hergebruik van water | Zorg voor microbiologische veiligheid bij lozing of hergebruik. | Calciumhypochloriet | Krachtige desinfectie |
| Natriumhypochloriet | Veelgebruikte online dosering ontsmettingsmiddelen | ||
| SDIC (natriumdichloorisocyanuraat) | Stabiele, langdurige chloorafgifte | ||
| TCCA (Trichloorisocyanuurzuur) | Hoog chloorgehalte, langzame afgifte van chloor. |
Suikerproductie is een complex industrieel proces dat nauwkeurige controle vereist in elke fase – van de voorbereiding van de grondstoffen en het persen tot klaring, verdamping, kristallisatie, raffinage en afvalwaterzuivering. Elke fase brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee, zoals zwevende deeltjes, kleur, microbiële activiteit, schuimvorming en kalkaanslag. Door de juiste chemicaliën in elke fase van het suikerproductieproces te integreren, kunnen suikerfabrieken de productie verhogen, de kristalkwaliteit verbeteren, de kleur versterken, verliezen verminderen en stilstand minimaliseren. Tegelijkertijd dragen geoptimaliseerde chemische oplossingen bij aan milieubescherming door een efficiëntere afvalwaterzuivering en minder chemisch afval.
Door de juiste chemische partner te kiezen, kunnen suikerfabrieken de productie-efficiëntie verbeteren, een constante productkwaliteit garanderen, de levensduur van de apparatuur verlengen en operationele excellentie op lange termijn bereiken.