Historia rafinacji sacharozyEdit
Produkcja cukru stołowego ma długą historię. Niektórzy uczeni twierdzą, że Hindusi odkryli sposób krystalizacji cukru podczas dynastii Gupta, około AD 350.
Inni uczeni wskazują na starożytne manuskrypty Chin, datowane na VIII wiek p.n.e., gdzie jedna z najwcześniejszych historycznych wzmianek o trzcinie cukrowej jest zawarta wraz z faktem, że ich wiedza o trzcinie cukrowej pochodziła z Indii. Ponadto wydaje się, że około 500 r. p.n.e. mieszkańcy dzisiejszych Indii zaczęli wytwarzać syrop cukrowy i chłodzić go w dużych płaskich misach, aby uzyskać surowe kryształy cukru stołowego, które były łatwiejsze do przechowywania i transportu. W lokalnym języku indyjskim kryształy te nazywano chanda (खण्ड), od czego pochodzi słowo cukierek.
Armia Aleksandra Wielkiego została zatrzymana na brzegu rzeki Indus przez odmowę jego wojsk, by iść dalej na wschód. Zobaczyli, że na subkontynencie indyjskim ludzie uprawiają trzcinę cukrową i wytwarzają granulowany, podobny do soli słodki proszek, zwany lokalnie sākhar (साखर), wymawiany po grecku jako sakcharon (ζακχαρον) (współczesna greka, zachari ζάχαρη). W drodze powrotnej greccy żołnierze zabrali ze sobą kilka „miododajnych trzcin”. Przez ponad tysiąclecie uprawa trzciny cukrowej była ograniczona. Cukier był rzadkim towarem, a handlarze nim stawali się bogaci. Wenecja, u szczytu swej potęgi finansowej, była głównym centrum dystrybucji cukru w Europie. Arabowie zaczęli go produkować na Sycylii i w Hiszpanii. Dopiero po wyprawach krzyżowych cukier zaczął konkurować z miodem jako środek słodzący w Europie. Hiszpanie rozpoczęli uprawę trzciny cukrowej w Indiach Zachodnich w 1506 r. (na Kubie w 1523 r.). Portugalczycy po raz pierwszy uprawiali trzcinę cukrową w Brazylii w 1532 roku.
Cukier pozostał luksusem w wielu częściach świata aż do XVIII wieku. Tylko bogaci mogli sobie na niego pozwolić. W XVIII wieku popyt na cukier stołowy w Europie gwałtownie wzrósł, a w XIX wieku stał się on niezbędny dla ludzi. Wykorzystanie cukru wzrosło z zastosowania w herbacie, do ciast, wyrobów cukierniczych i czekoladek. Dostawcy sprzedawali cukier w nowatorskich formach, takich jak lite szyszki, które wymagały od konsumentów użycia szczypiec, narzędzia podobnego do cukru, aby odłamać kawałki.
Popyt na tańszy cukier stołowy napędzał, częściowo, kolonizację tropikalnych wysp i narodów, gdzie pracochłonne plantacje trzciny cukrowej i produkcja cukru stołowego mogły się rozwijać. Uprawa trzciny cukrowej w gorącym, wilgotnym klimacie i produkcja cukru stołowego w cukrowniach o wysokiej temperaturze była ciężką, nieludzką pracą. Zapotrzebowanie na tanią i potulną siłę roboczą do tej pracy spowodowało najpierw handel niewolnikami z Afryki (w szczególności z Afryki Zachodniej), a następnie handel pracownikami najemnymi z Azji Południowej (w szczególności z Indii). Miliony niewolników, a następnie miliony pracowników najemnych zostały sprowadzone na Karaiby, Ocean Indyjski, Wyspy Pacyfiku, do Afryki Wschodniej, Natalu, północnej i wschodniej części Ameryki Południowej oraz południowo-wschodniej Azji. Na współczesną mieszankę etniczną wielu narodów, osiadłych w ciągu ostatnich dwóch stuleci, miał wpływ cukier stołowy.
Począwszy od końca XVIII wieku, produkcja cukru stawała się coraz bardziej zmechanizowana. Silnik parowy po raz pierwszy zasilił cukrownię na Jamajce w 1768 roku, a wkrótce potem para zastąpiła bezpośredni opał jako źródło ciepła w procesie produkcji. W tym samym wieku Europejczycy zaczęli eksperymentować z produkcją cukru z innych roślin. Andreas Marggraf zidentyfikował sacharozę w korzeniu buraka, a jego uczeń Franz Achard zbudował na Śląsku (Prusy) fabrykę przetwarzającą buraki cukrowe. Przemysł cukru buraczanego rozwinął się w okresie wojen napoleońskich, kiedy Francja i kontynent zostały odcięte od cukru z Karaibów. W 2010 r. około 20 procent światowego cukru produkowano z buraków cukrowych.
Dzisiaj duża rafineria buraków cukrowych produkująca około 1 500 ton cukru dziennie potrzebuje do całodobowej produkcji stałej siły roboczej w liczbie około 150 osób.
TrendsEdit
Cukier stołowy (sacharoza) pochodzi ze źródeł roślinnych. Dominują dwie ważne uprawy cukrowe: trzcina cukrowa (Saccharum spp.) i buraki cukrowe (Beta vulgaris), w których cukier może stanowić od 12% do 20% suchej masy rośliny. Mniejsze komercyjne uprawy cukrowe obejmują palmę daktylową (Phoenix dactylifera), sorgo (Sorghum vulgare) i klon cukrowy (Acer saccharum). Sacharozę uzyskuje się poprzez ekstrakcję tych roślin gorącą wodą; zagęszczanie ekstraktu daje syropy, z których można skrystalizować sacharozę w postaci stałej. W 2017 r. światowa produkcja cukru stołowego wyniosła 185 mln ton.
Większość cukru trzcinowego pochodzi z krajów o ciepłym klimacie, ponieważ trzcina cukrowa nie toleruje mrozów. Z kolei buraki cukrowe rosną tylko w chłodniejszych regionach umiarkowanych i nie tolerują ekstremalnych upałów. Około 80 procent sacharozy pochodzi z trzciny cukrowej, reszta prawie w całości z buraków cukrowych.
W połowie 2018 roku Indie i Brazylia miały mniej więcej taką samą produkcję cukru – 34 miliony ton – a następnie Unia Europejska, Tajlandia i Chiny jako główni producenci. Indie, Unia Europejska i Chiny były wiodącymi krajowymi konsumentami cukru w 2018 r.
Cukier buraczany pochodzi z regionów o chłodniejszym klimacie: północno-zachodnia i wschodnia Europa, północna Japonia, plus niektóre obszary w Stanach Zjednoczonych (w tym Kalifornia). Na półkuli północnej sezon uprawy buraków kończy się wraz z rozpoczęciem zbiorów około września. W niektórych przypadkach zbiory i przetwórstwo trwają do marca. Dostępność mocy przerobowych zakładów przetwórczych i pogoda mają wpływ na czas trwania zbiorów i przetwarzania – przemysł może przechowywać zebrane buraki do czasu przetworzenia, ale buraki uszkodzone przez mróz stają się praktycznie nie do przetworzenia.
Stany Zjednoczone ustalają wysokie ceny cukru, aby wesprzeć swoich producentów, co spowodowało, że wielu dawnych nabywców cukru przestawiło się na syrop kukurydziany (producenci napojów) lub wyjechało z kraju (producenci słodyczy).
Niskie ceny syropów glukozowych produkowanych z pszenicy i kukurydzy zagrażają tradycyjnemu rynkowi cukru. Stosowane w połączeniu ze sztucznymi słodzikami, mogą pozwolić producentom napojów na wytwarzanie bardzo tanich towarów.
Syrop kukurydziany o wysokiej zawartości fruktozyEdit
Wysoko-fruktozowy syrop kukurydziany (HFCS) jest znacznie tańszy jako substancja słodząca do produkcji żywności i napojów niż rafinowana sacharoza. Doprowadziło to do częściowego wyparcia sacharozy w przemysłowej produkcji żywności w USA przez HFCS i inne naturalne substancje słodzące niebędące sacharozą.
Raporty w mediach publicznych uznały HFCS za mniej bezpieczny niż sacharoza. Jednak najbardziej powszechne formy HFCS zawierają albo 42 procent fruktozy, stosowanej głównie w żywności przetworzonej, albo 55 procent fruktozy, stosowanej głównie w napojach bezalkoholowych, w porównaniu z sacharozą, która stanowi 50 procent fruktozy. Biorąc pod uwagę w przybliżeniu równą zawartość glukozy i fruktozy, nie wydaje się, aby istniała znacząca różnica w bezpieczeństwie. Dietetycy kliniczni, specjaliści medyczni oraz Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) zgadzają się, że cukry w diecie są źródłem pustych kalorii związanych z pewnymi problemami zdrowotnymi i zalecają ograniczenie ogólnego spożycia substancji słodzących na bazie cukru.
TypyEdit
Trzcina cukrowaEdit
Od VI wieku p.n.e, producenci cukru trzcinowego miażdżyli zebrany materiał roślinny z trzciny cukrowej w celu zebrania i przefiltrowania soku. Następnie płyn poddaje się obróbce (często z użyciem wapna (tlenku wapnia)) w celu usunięcia zanieczyszczeń, a następnie neutralizacji. Zagotowanie soku pozwala osadowi osiąść na dnie, a szumowiny wypływają na powierzchnię i są odtłuszczane. Podczas chłodzenia ciecz krystalizuje się, zwykle w trakcie mieszania, tworząc kryształki cukru. Niekrystalizowany syrop jest zwykle usuwany przez wirówki. Następnie producenci mogą sprzedać produkt cukrowy w stanie niezmienionym lub poddać go dalszej obróbce w celu uzyskania lżejszych gatunków. Późniejsze przetwarzanie może odbywać się w innej fabryce w innym kraju.
Sukrak jest głównym składnikiem brazylijskiego rolnictwa; kraj ten jest największym na świecie producentem trzciny cukrowej i jej produktów pochodnych, takich jak cukier skrystalizowany i etanol (paliwo etanolowe).
BurakEdit
Producenci cukru buraczanego kroją umyte buraki, a następnie ekstrahują cukier gorącą wodą w „dyfuzorze”. Alkaliczny roztwór („mleko wapienne” i dwutlenek węgla z pieca wapiennego) służy następnie do wytrącania zanieczyszczeń (patrz karbonatyzacja). Po przefiltrowaniu, odparowanie zagęszcza sok do zawartości około 70% substancji stałych, a kontrolowana krystalizacja wyodrębnia cukier. Wirówka usuwa kryształy cukru z cieczy, która jest ponownie wykorzystywana na etapach krystalizacji. Gdy ograniczenia ekonomiczne nie pozwalają na usunięcie większej ilości cukru, producent odrzuca pozostały płyn, znany obecnie jako melasa, lub sprzedaje go producentom paszy dla zwierząt.
Przesiewając powstały w ten sposób biały cukier, uzyskuje się różne klasy do sprzedaży.
Trzcina cukrowa kontra burak cukrowyEdit
Trudno jest odróżnić w pełni rafinowany cukier produkowany z buraka i trzciny cukrowej. Jednym ze sposobów jest analiza izotopowa węgla. Trzcina wykorzystuje wiązanie węgla C4, a burak wykorzystuje wiązanie węgla C3, co skutkuje innym stosunkiem izotopów 13C i 12C w sacharozie. Testy są wykorzystywane do wykrywania oszustw związanych z nadużywaniem dotacji Unii Europejskiej lub do pomocy w wykrywaniu zafałszowanych soków owocowych.
Roślina cukrowa lepiej znosi gorący klimat, ale produkcja trzciny cukrowej potrzebuje około cztery razy więcej wody niż produkcja buraka cukrowego. W związku z tym w niektórych krajach, w których tradycyjnie produkowano cukier trzcinowy (np. w Egipcie), od około 2008 r. buduje się nowe cukrownie buraczane. Niektóre cukrownie przetwarzają zarówno trzcinę cukrową, jak i buraki cukrowe i w ten sposób wydłużają okres przetwarzania.
Produkcja cukru pozostawia pozostałości, które różnią się znacznie w zależności od użytych surowców i miejsca produkcji. Podczas gdy melasa z trzciny cukrowej jest często wykorzystywana do przygotowywania potraw, melasa z buraków cukrowych jest niesmaczna dla człowieka i dlatego jest wykorzystywana głównie jako surowiec do fermentacji przemysłowej (np. w gorzelniach) lub jako pasza dla zwierząt. Po wysuszeniu, każdy rodzaj melasy może służyć jako paliwo do spalania.
Czysty cukier buraczany jest trudny do znalezienia, tak oznakowany, na rynku. Chociaż niektórzy producenci oznaczają swój produkt wyraźnie jako „czysty cukier trzcinowy”, cukier buraczany jest prawie zawsze oznaczany po prostu jako cukier lub czysty cukier. Wywiady z pięcioma głównymi producentami cukru buraczanego ujawniły, że wiele marek sklepowych lub produktów „private label” jest czystym cukrem buraczanym. Kod partii może być użyty do identyfikacji firmy i zakładu, z którego pochodzi cukier, co umożliwia identyfikację cukru buraczanego, jeśli kody są znane.
Cukry kulinarneEdit
Białe młyńskieEdit
Białe młyńskie, zwany również bielą plantacyjną, cukrem kryształem lub cukrem najwyższej jakości, jest produkowany z cukru surowego. Podczas produkcji poddaje się go działaniu dwutlenku siarki, aby zmniejszyć stężenie związków barwnych i zapobiec dalszemu rozwojowi koloru podczas procesu krystalizacji. Chociaż jest to produkt powszechny na obszarach uprawy trzciny cukrowej, nie przechowuje się go dobrze ani nie transportuje. Po kilku tygodniach, jego zanieczyszczenia mają tendencję do odbarwiania się i zbrylania; dlatego ten rodzaj cukru jest generalnie ograniczony do konsumpcji lokalnej.
Blanco directoEdit
Blanco directo, biały cukier powszechny w Indiach i innych krajach Azji Południowej, jest produkowany przez wytrącenie wielu zanieczyszczeń z soku trzcinowego przy użyciu kwasu fosforowego i wodorotlenku wapnia, podobnie do techniki karbonatyzacji stosowanej w rafinacji cukru buraczanego. Blanco directo jest bardziej czysty niż cukier biały z młyna, ale mniej czysty niż biały rafinowany.
Biały rafinowanyEdit
Biały rafinowany jest najbardziej rozpowszechnioną formą cukru w Ameryce Północnej i Europie. Cukier rafinowany jest wytwarzany poprzez rozpuszczanie i oczyszczanie cukru surowego przy użyciu kwasu fosforowego, podobnego do metody stosowanej w przypadku blanco directo, procesu karbonatyzacji z udziałem wodorotlenku wapnia i dwutlenku węgla lub różnych strategii filtracji. Następnie cukier jest dalej oczyszczany poprzez filtrację przez złoże węgla aktywnego lub węgiel kostny. Rafinerie cukru buraczanego produkują rafinowany cukier biały bezpośrednio, bez pośredniego etapu surowego.
Biały cukier rafinowany jest zwykle sprzedawany jako cukier granulowany, który został wysuszony, aby zapobiec zbrylaniu i występuje w różnych rozmiarach kryształów do użytku domowego i przemysłowego:
- Cukier gruboziarnisty, taki jak cukier do szlifowania (zwany również „cukrem perłowym”, „cukrem do dekoracji”, cukrem ze stalówką lub stalówkami cukrowymi) to cukier gruboziarnisty używany do dodawania blasku i smaku na szczycie wypieków i cukierków. Jego duże kryształy odbijające światło nie rozpuszczą się pod wpływem ciepła.
- Granulowany, znany jako cukier stołowy, o wielkości ziarna około 0,5 mm. „Kostki cukru” to grudki do wygodnej konsumpcji produkowane przez zmieszanie cukru granulowanego z syropem cukrowym.
- Caster (0,35 mm), bardzo drobny cukier w Wielkiej Brytanii i innych krajach Commonwealthu, nazwany tak, ponieważ ziarna są wystarczająco małe, aby zmieścić się przez cukierniczkę, która jest małym naczyniem z perforowaną górą, z której posypuje się cukier przy stole. Powszechnie używany do wypieków i napojów mieszanych, w Stanach Zjednoczonych sprzedawany jest jako cukier „superfine”. Ze względu na swoją delikatność, rozpuszcza się szybciej niż zwykły biały cukier i jest szczególnie przydatny w bezach i zimnych płynach. Cukier puder może być przygotowany w domu przez mielenie granulowanego cukru przez kilka minut w moździerzu lub robocie kuchennym.
- Cukier puder, cukier 10X, cukier puder (0,060 mm), lub cukier puder (0,024 mm), produkowany przez mielenie cukru na drobny proszek. Producent może dodać niewielką ilość środka przeciwzbrylającego, aby zapobiec zbrylaniu – skrobię kukurydzianą (1% do 3%) lub fosforan trójwapniowy.
Cukier brązowy pochodzi albo z późnych etapów rafinacji cukru trzcinowego, kiedy cukier tworzy drobne kryształy o znacznej zawartości melasy, lub z powlekania białego rafinowanego cukru syropem z melasy trzcinowej (blackstrap molasses). Kolor i smak cukru brązowego staje się silniejszy wraz ze wzrostem zawartości melasy, podobnie jak jego właściwości zatrzymywania wilgoci. Brązowe cukry mają również tendencję do twardnienia, jeśli są wystawione na działanie atmosfery, chociaż odpowiednie obchodzenie się z nimi może to odwrócić.
PomiarEdit
Zawartość rozpuszczonego cukruEdit
Naukowcy i przemysł cukrowniczy używają stopni Brixa (symbol °Bx), wprowadzonych przez Adolfa Brixa, jako jednostek miary stosunku masy substancji rozpuszczonej do wody w cieczy. Roztwór sacharozy o stężeniu 25 °Bx zawiera 25 gramów sacharozy na 100 gramów płynu; lub, mówiąc inaczej, w 100 gramach roztworu znajduje się 25 gramów cukru sacharozy i 75 gramów wody.
Stopnie Brixa są mierzone za pomocą czujnika podczerwieni. Pomiar ten nie jest równy stopniom Brixa z pomiaru gęstości lub współczynnika załamania światła, ponieważ będzie on mierzył stężenie rozpuszczonego cukru, a nie wszystkich rozpuszczonych substancji stałych. Podczas korzystania z refraktometru, należy podać wynik jako „refraktometryczna substancja sucha” (RDS). Można mówić o cieczy jako o 20 °Bx RDS. Odnosi się to do miary procentowej wagi całkowitej suchej masy i, choć nie jest to technicznie tożsame ze stopniami Brixa oznaczanymi metodą podczerwieni, umożliwia dokładny pomiar zawartości sacharozy, ponieważ sacharoza w rzeczywistości stanowi większość suchej masy stałej. Pojawienie się czujników pomiaru Brixa na linii produkcyjnej umożliwiło ekonomiczny pomiar ilości rozpuszczonego cukru w produktach za pomocą bezpośredniego pomiaru.