ZUCCHERO
ZUCCHERO (XXXV, p. 1033; App. II, 11, p. 1142)
Industria. - Anche l'industria zuccheriera, pur dovendo considerare le particolari caratteristiche di industria stagionale con brevissimo periodo di attività produttiva (in Italia circa 2 mesi su 12) e con materia prima rapidamente alterabile, ha seguito con particolare attenzione l'evoluzione dei diversi settori della tecnica ai quali attinge la propria organizzazione, quali la produzione di energia termo-elettrica, la meccanica, la termodinamica, la tecnica del calore, la chimica, la fisico-chimica, i trasporti e manutenzione, l'agricoltura, la strumentazione e automazione.
L'industria zuccheriera è un'industria complessa e anche pesante, giacché per produrre una tonnellata di z. essa deve trasportare per materia prima (bietole) e per prodotti di consumo, fabbricati e secondarî (sottoprodotti) più di 16 tonnellate e convogliare più di 260 tonnellate di acque di impiego e residue.
Nel settore della produzione di energia, poiché la forza motrice assorbita aumenta continuamente per effetto della crescente meccanizzazione delle diverse operazioni, il vapore di scarico delle motrici potrebbe superare, in pura perdita, il fabbisogno della lavorazione. Da qui la necessità di ridurre il consumo di vapore ricorrendo all'impiego di caldaie a vapore a sempre più alta pressione e di turbo-alternatori ad alto rendimento.
Agli effetti del progresso scientifico, oltre all'impiego di strumenti indicatori e registratori sempre più numerosi e più sensibili, basta ricordare che i varî metodi moderni d'analisi ed in partiticolare quello cromatografico hanno consentito l'individuazione e la determinazione di numerosi componenti sia nella bietola sia nei vari prodotti e sottoprodotti di lavorazione.
Anche l'introduzione della strumentazione e dell'automazione stanno apportando i loro benefici consentendo di aumentare le rese, migliorare la qualità dei prodotti, ridurre i costi di produzione, rendere più agevole e più redditizio il lavoro dell'uomo.
Nel settore della diffusione numerosi sono i progressi compiuti sia nel campo dei sistemi discontinui sia in quelli continui. I primi sono stati largamente potenziati e migliorati mediante: accelerazione e autoregolazione delle batterie, rientro in diffusione delle acque calde di condensa e delle acque di scarico e di pressatura delle polpe, accurata sterilizzazione dei diffusori stessi, delle fettucce e delle acque, al fine di ottenere sughi più sani e minore distruzione di z., soppressione degl'inconvenienti dovuti allo scarico delle acque residue, ecc.
Numerosi sono i diffusori continui già entrati in funzione sia in Italia sia all'estero.
Nel sistema continuo R. T. il diffusore è formato da un cilindro ruotante, leggermente inclinato, contenente internamente una doppia elica; l'acqua entra dalla parte più bassa. Le fettucce sono immesse dalla parte alta e scendono verso la zona più bassa grazie alla rotazione del tamburo; l'acqua si muove in controcorrente alle fettucce da estrarre ed esce dopo aver attraversato i varî compartimenti nei quali si arricchisce sempre più in zucchero venendo a contatto con fettucce a titolo zuccherino sempre più elevato.
Nel sistema Silver si ha una serie di celle ad U fermate da tante condotte verticali (dell'altezza di circa 4 m e di lato di circa o,60) raccordati da un tratto semicircolare alternativamente in alto ed in basso. Entro tale canale si muove una catena che porta distanziati tanti piatti perforati sui quali si stratificano le fettucce che entrando da un estremo del condotto escono dall'altro dopo averlo completamente attraversato; l'acqua, che si va via via trasformando in soluzione zuccherina, si muove in equicorrente con le fettucce entro ciascuna cella ed in controcorrente da una cella all'altra. L'estrattore D. d. S. è formato da un cilindro inclinato entro il quale si muove un'elica; le fettucce fresche entrano dal basso e vengono portate verso l'alto dal moto dell'elica mentre l'acqua scende in controcorrente. La massa delle fettucce ruota contemporaneamente e la sola parte bassa è immersa nel sugo cosicché durante l'avanzamento lungo l'apparecchio le fettucce vengono ripetutamente estratte e riimmesse nel sugo.
Altri sistemi sono costituiti da torri verticali munite al centro di un sistema ad elica che provvede a far muovere lentamente verso l'alto le fettucce mentre dall'alto scende l'acqua che a contatto delle fettucce si arricchisce sempre più di zucchero.
Questi sistemi oltre ad assicurare un buon esaurimento delle fettucce, consentono una marcia abbastanza regolare ed una sensibile economia di mano d'opera di spazio, ecc.
Mentre una buona parte delle polpe esaurite, pressate, vengono ancora insilate insieme alle foglie e ai colletti di bietole, pur sapendo che questa pratica dà luogo a una perdita di circa un terzo del peso e delle sostanze nutritive, si vanno diffondendo specie all'estero ed anche in Italia in questi ultimi anni sistemi coi quali esse vengono essiccate ed addizionate di melasso (in ragione di 30 o 40 kg di melasso per ogni 100 kg di sostanza secca) e quindi pressate sotto forma di cubetti, di torte, ecc.
L'essiccazione permette infatti di evitare le perdite per fermentazione delle sostanze proteiche, di ridurre le spese di trasporto e di insilamento, di facilitare la manutenzione e la conservazione, di creare un vasto sbocco al melasso e di disporre durante tutto l'anno di un eccellente mangime per il bestiame anche nelle regioni lontane dagli zuccherifici, oltre ad altri vantaggi tecnici già noti.
Dall'impiego, sempre più diffuso, della defecazione, carbonatazione e filtrazione continue è sorta la necessità e la convenienza di sottoporre a ispessimento o decantazione i sughi carbonatati onde separare la più gran parte di sugo limpido ed ottenere un più alto rapporto solido-liquido nella frazione spessita da filtrare.
Malgrado alcuni inconvenienti chimici e fisici (aumento della colorazione e dei sali di calcio, necessità di riciclare una forte percentuale di sugo carbonatato, ecc.) soprattutto dovuti al soggiorno prolungato del sugo negli spessitori, il loro impiego tende a generalizzarsi. Si cerca anche di accelerare la sedimentazione introducendo all'entrata dello spessitore degli agenti floculanti capaci di ridurre a metà o meno il tempo necessario alla sedimentazione.
Altra innovazione nel settore della depurazione è la defeco-saturazione che consiste nel rendere simultanee la defecazione e la prima carbonatazione mediante introduzione progressiva e contemporanea, nel sugo floculato, della quantità di latte di calce ritenuta necessaria per una buona depurazione e della dose di CO2 necessaria per trasformare immediatamente il CaO in CaCO3 mantenendo nel sugo il pH prestabilito. Ciò allo scopo di neutralizzare il CaO prima che possa reagire sul saccarosio e sui non zuccheri e dare origine ai sali di calcio corrispondenti.
Un importante progresso nel settore della depurazione dei sughi leggeri è stato realizzato grazie all'impiego delle resine scambiatrici o degli scambiatori di ioni. Essi consentono di asportare dal sugo già depurato coi soliti sistemi, gran parte delle sostanze, prevalentemente inorganiche ma in parte anche organiche, ancora presenti. Con tale asportazione si accresce notevolmente il grado di purezza dei sughi e quindi la estraibilità dello zucchero, cioè diminuisce la quantità di melasso.
Talora, per regioni economiche, l'impiego delle resine si limita anziché alla demineralizzazione alla sola decalcificazione del sugo, cioè alla asportazione; dal sugo leggero, di tutti gli ioni calcio (e magnesio) ancora presenti che vengono sostituiti con quantità equivalente di ioni sodio. Ciò assicura una minore incrostazione degli apparecchi di evaporazione con conseguente economia di vapore, ed ha anche effetti positivi sulla viscosità delle massecotte e quindi sulla loro maggiore facilità ad essere centrifugate e sulla estraibilità dello zucchero.
Le schiume di carbonatazione possono essere usate e sono specialmente indicate per terreni acidi, o molto organici, o deficienti di struttura o poveri di calcare.
Le schiume contengono generalmente 70 - 80% di carbonato di calcio; 0,5 - 1% di azoto e 1 - 1,2% di anidride fosforica (determinati sul secco).
La loro efficacia sembra dovuta non tanto all'azione fertilizzante delle piccole quantità di fosforo e di azoto, quanto alle caratteristiche fisiche del carbonato di calcio precipitato le cui particelle di piccolissime dimensioni manifesterebbero una attività maggiore di quella dei granuli più grossolani ottenuti ad es. con la macinazione dei calcari. Inoltre la sostanza organica presente viene attaccata dai microrganismi con sviluppo di anidride carbonica che facilita la solubilizzazione del carbonato di calcio e rende il calcio assimilabile per le piante.
La stazione di concentrazione, generalmente costituita da 3 a 6 effetti, sia per la grande quantità d'acqua che deve evaporare (100-110% bietole), sia per la sua precisa funzione di ripartizione dei vapori di prelievo, rappresenta il "cuore termico" dello zuccherificio e, come tale, è sempre più oggetto di accurati aggiornamenti.
Difatti, anche nei vecchi stabilimenti, agli evaporatori a grande volume di sugo rispetto alla superficie riscaldante, a circolazione lenta e prolungato soggiorno del sugo nei tubi, vengono sostituiti evaporatori moderni autoregolati, a piccolo volume di sugo, a circolazione rapida, a temperatura elevata e ad alto coefficiente di trasmissione del calore, nei quali il sugo subisce minori alterazioni perché non vi soggiorna che per il breve tempo necessario ad un solo passaggio o, eccezionalmente, a due. Ciò consente di ridurre il consumo di combustibile e di rendere ammissibile anche una temperatura di 140 °C nel vapore di scarico, desurriscaldato, dei turbo-alternatori, senza peggiorare le caratteristiche chimiche e fisiche del sugo denso.
Dato che il multiplo effetto deve funzionare a ciclo chiuso con tutti gli apparecchi (bolle e riscaldatori) che deve alimentare, si è cercato di renderlo termicamente auto-equilibrato immettendo il vapore nella parte superiore del fascio tubiero ed effettuando i prelievi, non lungo il passaggio del vapore da un corpo all'altro nel qual caso un prelievo momentaneamente esagerato lascerebbe senza vapore il corpo seguente squilibrando completamente il sistema, ma nella parte inferiore del fascio stesso, obbligando tra l'altro il vapore a defluire nella stessa direzione delle acque di condensa. In queste condizioni tutti i corpi conservano permanentemente la piena efficienza poiché non potrà essere prelevata che l'eccedenza di vapore che il fascio non ha potuto condensare.
Altro progresso è dovuto al sistema di condense centrali e di autoevaporazione multipla; esso comporta tanti palloni con valvola automatica quanti sono gli effetti, consentendo una perfetta selezione di tutte le acque di condensa, una grande semplificazione dell'impianto grazie alla soppressione di tutti gli scaricatori automatici individuali e il ricupero del vapore prodotto per auto-evaporazione nei diversi palloni.
La termo-compressione dei vapori di prelievo ha trovato alcune sporadiche applicazioni nel campo saccarifero.
Anche la cosiddetta "pompa a calore" per la ricompressione dei vapori degradati, non ha ancora trovato applicazione nell'industria zuccheriera, dato che il suo impiego comporta impianti costosi e può risultare economico solo nei Paesi nei quali si possa disporre di cascami di energia o di energia elettrica a basso costo.
Sebbene la cottura, sotto certi aspetti, possa essere considerata come una fase spinta della concentrazione, non si è ancora raggiunta la sua realizzazione mediante apparecchi a marcia continua. Si è perciò cercato di perfezionare la cottura discontinua riducendone la durata e la temperatura, aumentando la superficie riscaldata degli apparecchi, riducendo la colonna di massacotta e migliorando la circolazione anche con mezzi meccanici adeguati.
Una miglior conoscenza delle leggi che regolano la cristallizzazione, un più razionale impiego della refrigerazione delle massecotte e un più largo impiego di nuovi strumenti di controllo e di regolazione consentono di realizzare una più regolare cristallizzazione e un migliore esaurimento degli scoli.
L'esaurimento si effettua in 2-3 stadî o prodotti a seconda del grado di purezza del sugo denso. Negli S.U.A. in primo prodotto si lavora la soluzione "standard" composta di sugo denso, scolo ricco di primo prodotto, rifondita di secondo prodotto e talvolta anche rifondita di terzo prodotto. Il tutto ha 92-94 di purezza e 65-70 Bx e viene filtrato con farina fossile o prodotti analoghi previo riscaldamento a 80 °C. In Italia, dato il valore piuttosto ridotto del grado di purezza del sugo denso, si lavora generalmente in due prodotti ricavando dal primo il "cristallino" bianco e dal secondo lo zucchero da rifondere e il melasso.
Per la produzione diretta di semolato raffinato in zuccherificio, che va sempre più generalizzandosi, si discioglie il "cristallino" proveniente dal primo prodotto e si cuoce separatamente la rifondita che ne risulta, previo eventuale trattamento con carboni attivati, per ricavarne per centrifugazione il "raffinato extra".
La qualità del prodotto assume una importanza sempre più grande in tutti i Paesi. Negli S. U. A. viene curata a tal punto da prevedere, tra l'altro, per il lavaggio degli apparecchi di cottura, l'impiego di acqua deionizzata e perfettamente inodore.
La centrifugazione delle massecotte, che fino a qualche anno fa esigeva un lavoro penoso e una costante attenzione, è una delle operazioni che ha più largamente fruito dei progressi realizzati nel campo della meccanica e della automazione. Basta considerare che mentre fino a qualche anno fa il funzionamento di una centrifuga del tipo a scarico rapido per la produzione di semolato raffinato comportava 10 manovre a mano, che l'operaio doveva ripetere al ritmo di 6 a 10 volte ogni ora, oggi basta spingere un pulsante per effettuarle automaticamente nell'ordine e nel tempo prestabiliti, per rendersi conto del cammino percorso.
Malgrado i notevoli successi ottenuti dalla centrifugazione continua applicata alla separazione di molti prodotti chimici (bicarbonati cloruro di sodio, nitrato di calcio, sabbie di quarzo, prodotti organici diversi) essa non è riuscita ancora ad affermarsi in zuccherificio data la particolare natura delle massecotte da centrifugare.
Come già accennato, negli S.U.A. si tende ad impiegare per la copertura in centrifuga, anziché acqua di condensa, acqua deionizzata che permette di ottenere uno zucchero più puro e privo completamente di odori. Lo z., accuratamente essiccato fino a circa 0,025% d'umidità e raffreddato, viene normalmente pesato e insaccato automaticamente, introdotto e stivato in magazzini per lo più ad aria condizionata, mano a mano che viene prodotto.
Però la pratica di introdurre e conservare lo z. in speciali sili a forma di torre si estende sempre più, nelle varie parti del mondo. I sili sono normalmente in cemento armato da 35 a 40 m d'altezza e da 2000 a 3000 metri cubi di capacità, con spessore di parete di 20 a 25 cm. Alcuni sono semplicemente silicatati all'interno e non provocano inconvenienti di conservazione a condizione di raffreddare sufficientemente il prodotto prima della sua introduzione, di rimuoverlo periodicamente con apposito elevatore e di introdurre aria a circa 27 °C nella parte superiore della torre per evitare condensazioni e formazione di croste. Altri tipi di sili, pure in cemento armato, sono rivestiti internamente di legno con intercapedine di circa 50 mm per la circolazione d'aria. In alcuni casi nella parte superiore interna dei sili vengono piazzate lampade sterilizzatrici che impediscono ogni alterazione dello zucchero ad opera di microorganismi.
Tra i principali vantaggi dei sili vanno annoverati la soppressione dell'insacco, delle immobilizzazioni per sacchi e della manutenzione dei sacchi in magazzino; la soppressione di una delle eventuali cause di rallentamento della lavorazione e la possibilità di insaccare o impacchettare lo z. durante tutto l'anno, secondo i tipi e le qualità richieste dalla clientela.
Mentre in Europa l'impiego dello "zucchero liquido", cioè di sue soluzioni concentrate, non è molto diffuso, negli S. U. A. il suo uso va prendendo sempre maggiore estensione. Lo z. liquido viene ottenuto per rifondita di zucchero bianco a 66-68 Bx, filtrata con diatomite, evitando con gran cura i batterî termofili e mesofili e controllando la colorazione, l'odore, le ceneri, ecc. Lo z. liquido viene conservato in speciali recipienti posti all'interno nei paesi freddi e all'esterno in quelli caldi, e viene distribuito in cisterne con rivestimento in plastica.
Nel 1949 negli S.U.A. lo z. liquido rappresentava il 12% del consumo industriale dello zucchero. Nel 1952 era salito al 21% e per certi zuccherifici rappresentava il 40% della produzione. Dello z. consumato ne ricevevano sotto forma di z. liquido: i fabbricanti di bibite il 30,2%; i fabbricanti di conserve di frutta e legumi il 29,2%; i fabbricanti di crèmes glacées il 27,2%; i confettieri il 16,7%; i pasticcieri il 4,2%. I vantaggi e i limiti di economicità imposti dalle spese di trasporto sono variabili nei diversi Paesi.
Utilizzazione del melasso. - Il melasso costituito, oltre che dal 50% di saccarosio, da tutti i non-z. minerali (circa 10%) e organici (circa 20%) sfuggiti alla depurazione dei sughi o trasformati durante la lavorazione, si presta ad un gran numero di impieghi industriali, quali la produzione di alcool etilico, acido citrico, acido lattico, acido glutammico, acetone, butanolo, glicerina, detergenti, colori, lieviti, ecc., che vanno però riducendosi per motivi economici.
Un impiego molto esteso, specie all'estero, è quello della produzione di polpe secche melassate, più sopra ricordate, ed anche di altri mangimi a base di sottoprodotti (crusca, panelli, trebbie di birra, ecc.) sempre melassati.
Diversi zuccherifici fanno rientrare il melasso nel ciclo della lavorazione attraverso la dezuccherazione secondo i modi Steffen o Spreckels, ben noti da tempo, ma poco impiegati in Italia, a causa, tra l'altro, della breve durata della lavorazione che non consentirebbe un conveniente ammortamento degl'impianti e della necessità di dover ridurre maggiormente, con grave danno, la coltivazione della bietola. Alcuni zuccherifici americani concentrano fino a 60-63 Bx in vasti impianti di evaporazione le acque residue, generalmente molto diluite, della dezuccherazione del melasso e vendono il concentrato ai produttori di glutammato monosodico.
Anche dalle borlande di distilleria si ricupera, in Italia e altrove l'acido glutammico, oltre al salino potassico, al lievito torula ricco di proteine e di vitamine ed eventualmente agli ammino acidi e alla betaina.
Il melasso può essere demineralizzato mediante impiego di scambiatori di ioni, previa sua diluizione; con questo trattamento si ottiene un sugo zuccherino depurato che può essere inviato alla concentrazione ed alla successiva lavorazione secondo il metodo normale. Si è constatato che il melasso da canna, forse per l'assenza di raffinosio, si lascia trattare più facilmente di quello da bietola e può essere reso commestibile mediante passaggio successivo su resine decoloranti, e scambiatrici.
Bibl.: P. Baud, Traité de chimie industrielle, III, Procédé Teatini, Parigi 1951; R.A. Mc Ginnis, Beet sugar technology, New York 1951; P. Honig, Principles of sugar technology, Houston 1953; G.C. Bongiovanni, G. Gallarate e G. Piolanti, La barbabietola da zucchero, Bologna 1958; D. Teatini, Strumentazione e automazione nell'industria zuccheriera, Milano 1957. Sulla produzione cfr.: FAO, Commodity reference series, I, The world sugar economy in figures, 1880/1959; International sugar Council, Sugar year book 1960, Londra 1961; idem, Statistical Bulletin, annate 1959 e 1960; FAO, Production and trade yearbooks, Roma 1960; Istituto Centrale di statistica, Annuario di statistiche industriali 1960, Roma 1961; The International sugar Journal Ltd., Londra, International sugar Journal, annate 1960-61.