La lavorazione della barbabietola da zucchero è un processo tecnologico importante nella produzione dello zucchero. Questo prodotto è ampiamente utilizzato in tutto il mondo, come dimostrano i grandi volumi di produzione: almeno 168 milioni di tonnellate all’anno. Tra i principali produttori di zucchero spiccano Brasile, India, Unione Europea, Thailandia, Cina, Stati Uniti e Russia. I paesi dal clima caldo utilizzano la canna da zucchero come materia prima per la produzione di zucchero, mentre i paesi dal clima più freddo utilizzano la barbabietola da zucchero. In questo articolo discuteremo di come viene effettuata la lavorazione della barbabietola da zucchero e delle modalità di utilizzo degli scarti dell’industria dello zucchero.

Lavorazione della barbabietola da zucchero: principali fasi del processo

Il processo di derivazione dello zucchero dalle barbabietole da zucchero comprende diverse fasi:

• Le barbabietole da zucchero vengono portate dal campo al magazzino; contengono tuttavia particelle di terra e altre impurità. Per questo motivo le radici vengono prima lavate.
• Dopo il lavaggio, le barbabietole vengono tagliate in sottili cossette.
• Le cossette di barbabietola vengono trasformate in succo di barbabietola per diffusione. Lo zucchero passa dalle coccole all’acqua e il succo di diffusione ottenuto contiene il 12-18% di zucchero. In questa fase le cossette si trasformano in poltiglia.
• Il succo di diffusione contiene non solo zucchero, ma anche altre impurità che possono impedire l’estrazione dello zucchero. Pertanto, lo zucchero viene purificato utilizzando agenti chimici.
• Il succo viene addensato e filtrato per aumentare il contenuto di zucchero nello sciroppo ottenuto fino al 38–40%.
• Si fa bollire lo sciroppo di zucchero sotto vuoto e si ottiene la massecuite. La massecuite contiene fino al 55% di zucchero cristallino e fino al 7,5% di acqua.
• La massecuite viene centrifugata per separare i cristalli di zucchero.
• Lo zucchero ottenuto viene “sbiancato” mediante lavaggio con acqua calda.
• Essiccazione, raffreddamento e confezionamento.

Rifiuti dell’industria dello zucchero

La lavorazione della barbabietola da zucchero porta alla formazione di sottoprodotti. Questi includono:

• polpa: barbabietole da zucchero tritate da cui sono state estratte sostanze utili;
• melassa — un liquido viscoso marrone scuro con un odore sgradevole.

Sia la polpa che la melassa non devono essere semplicemente gettate via o lasciate nei campi, perché possono compromettere l’integrità del sistema ecologico, il cui ripristino richiederà diversi anni. Pertanto, gli scarti dell’industria dello zucchero vengono utilizzati in diversi modi. Ad esempio, la polpa può essere utilizzata come mangime per il bestiame o come materia prima per la produzione di biogas e pectina. La melassa viene utilizzata anche nell’alimentazione degli animali da fattoria, ad esempio nella produzione del foraggio misto come ingrediente legante.

Lavorazione della polpa con estrazione della pectina

Uno degli usi benefici della polpa è l’estrazione della pectina. La pectina viene consumata più attivamente dall’industria dolciaria dove viene utilizzata come additivo alimentare nella produzione di dolci, soufflé di marshmallow, gelati, marmellate e prodotti a base di gelatina. In medicina, le proprietà della pectina sono coinvolte nella pulizia delle cellule del corpo umano dalle sostanze nocive, compresi gli elementi radioattivi. Considerato l’uso benefico della pectina, la sua derivazione dagli scarti di produzione è pienamente giustificata. La materia prima per la produzione di questa sostanza sono, oltre alla polpa di barbabietola (contenuto di pectina fino al 30%), anche gli scarti della lavorazione delle mele (fino al 20%), degli agrumi (fino al 14%), del topinambur (fino al 20%), al 12%) e girasole (fino al 24%). La lavorazione della barbabietola da zucchero fornisce materie prime promettenti per la derivazione della pectina.

Attualmente è stata maturata una tecnologia per la derivazione delle pectine composta da tre fasi sequenziali:

• Estrazione della pectina dalla polpa mediante idrolisi.
• Precipitazione della pectina dall’estratto ottenuto.
• Essiccazione e purificazione della pectina.

Come nel caso della lavorazione della barbabietola da zucchero, dove l’efficienza delle tecnologie applicate determina la quantità di zucchero estratto dalla materia prima, le tecnologie e le attrezzature applicate determinano la quantità di pectina estratta dalla polpa di barbabietola. Ma resta sempre il compito di ottenere la massima quantità di prodotto utile dallo stesso volume di scarti dell’industria dello zucchero.

Prospettive di applicazione di dispositivi a strato di vortice nella lavorazione della polpa di barbabietola

L’esperienza della nostra azienda indica che la preparazione preliminare della materia prima prima della lavorazione mediante un dispositivo a strati di vortice porta a risultati migliori. Questa ipotesi è stata confermata da Ye. Mikheyeva et al. [2017] per il caso dell’estrazione della pectina dalla polpa di barbabietola.

Cos’è un dispositivo a strato di vortice e come funziona? Dal punto di vista costruttivo, un dispositivo a strato di vortice costituisce un induttore per la creazione di un campo elettromagnetico rotante in cui è posizionata una camera operativa in materiale non magnetico. In questa camera vengono inserite particelle ferromagnetiche a forma di aghi. Quando viene applicata tensione all’avvolgimento dell’induttore, le particelle ferromagnetiche vengono messe in movimento da un campo elettromagnetico; tuttavia le traiettorie di movimento rimangono complesse, perché le particelle entrano costantemente in collisione tra loro, con le pareti della camera operativa, e con particelle di sostanza lavorata che nel nostro caso è rappresentata dalla polpa di barbabietola. Nella camera operativa si verificano alcuni fattori e fenomeni che influiscono favorevolmente sulla sostanza lavorata. Questi includono un effetto del campo elettromagnetico, un contatto diretto delle particelle ferromagnetiche con la polpa, vibrazioni acustiche, ecc. Il risultato è la miscelazione e la macinazione simultanee del prodotto a una velocità molto intensa. Nella maggior parte dei casi basterebbero secondi o decine di secondi per ottenere un effetto positivo, mentre in altri macinatori e attivatori processi simili durano decine di minuti o ore intere.

Risultati dell’esperimento per l’estrazione della pectina dalla polpa di barbabietola

Nell’esperimento abbiamo utilizzato polpa di barbabietola granulata con un contenuto di umidità dell’11,08%. Questa polpa è stata posta nella camera operativa del dispositivo a strati a vortice e lavorata per 15 secondi. Dopo la prelavorazione, la polpa di barbabietola è stata utilizzata come materia prima per l’estrazione della pectina secondo lo schema “idrolisi acida – filtrazione – concentrazione della soluzione – separazione ed essiccazione”. Lo stesso schema è stato utilizzato per la pasta che non era stata pretrattata nel dispositivo a strati a vortice.

I risultati ottenuti indicano che il pretrattamento della polpa di barbabietola granulata nel dispositivo a strato vortice di particelle ferromagnetiche per il caso in esame ha aumentato la resa in pectina del 28,5%, il che rappresenta un ottimo risultato.

Dispositivo per la lavorazione della barbabietola da zucchero e strato a vortice

I risultati sperimentali consentono di suggerire un’altra ipotesi secondo la quale per ottenere sciroppo dalle barbabietole da zucchero è possibile utilizzare un dispositivo a strato di vortice per aumentare la resa di zucchero del 10-20%. È possibile ottenere questo effetto mediante la completa disintegrazione delle cellule vegetali e un processo di estrazione più efficiente.

Se sei interessato a una possibile applicazione di dispositivi a strato vortex per la lavorazione della barbabietola da zucchero o all’estrazione di pectina dalla polpa di barbabietola, nonché all’esecuzione di esperimenti, contattaci utilizzando alcuni dei dettagli di contatto disponibili nell’apposita sezione del sito.