Melasın şekersizlendirilmesi

Şeker teknologları endüstrinin kuruluşundan beri melastan şeker kazanmayı mümkün kılacak yöntemler geliştirmek için büyük çabalar sarf etmiştir. Bu nedenle çok uzun zaman önce melasın şekersizlendirilmesi için uygulanan yöntemler mevcuttur. Bugüne kadar melastan şeker kazanılması için kullanılan yöntemler, uygulanışları itibariyle iki gruba ayrılırlar. Bunlardan birincisi şimdiye kadar pratikte büyük bir uygulama alanı bulan şekersizlendirme yöntemidir. Birinci grup iki değişik yöntemle gerçekleştirilmiştir. Tamamen şekerin toprak alkalilerle (Ca, Sr, Ba) belirli şartlar altında sakkarat ismi verilen güç çözünen bileşikler oluşturma özelliğine dayanan yöntemler zaman zaman uygulanmıştır. Henüz pratikte uygulanmayan organik bir çözücü yardımıyla melastan şekeri çöktürerek veya ekstrakte edecek metotlar da mevcuttur. Bu yöntemlerde amaç sakkarozu melastan çöktürerek almaktır.

İkinci usul ise, melastan şeker dışı maddeleri uzaklaştırarak sakarozun tekrar kristalleşebilmesi için gerekli saf çözeltinin hazırlanması esasına dayanır.

2.3.4.1. Sakkarat prosesleri

Sakkarat proseslerinde sakkaroz toprak alkali metaller ile sakkarat olarak adlandırılan güç çözünen tuzlara dönüştürülür. Daha sonra çökelek çözeltiden ayrılır ve uygun bir yöntemle şeker tekrar çözünerek kristalleştirilir.

2.3.4.1.1. Steffen prosesi

Kireç kullanılarak yapılan en eski şekersizlendirme usulü elüsyon usulüdür. Bu usulde 1 mol sakkaroz ile 3 mol CaO ile karıştırılarak trikalsiyum sakkarat oluşturulur ve oluşan çökelek alkolle yıkanırdı. Trisakkarat alkolle yıkanmadan önce kurutulur ve bu

işlem sırasında bir kısım şeker parçalanırdı. Bu da şeker kaybına neden olmaktaydı. Ayrıca işlemin güçlüğü, 100 kg melas için 300 l alkol kullanılması nedeniyle bu yöntemden vazgeçilmiştir.

Steffen melastan şekerin kazanmak için elüsyon yönteminden yola çıkarak bir yöntem geliştirmiştir. Bu yöntemde, soğukta 10-12 Brix kadar sulandırılmış melasa yanmış kireç (sönmemiş kireç, CaO) ilave etmek suretiyle monokalsiyum sakkarat çözeltisi hazırlanır ve elde edilen bu çözelti kaynayıncaya kadar ısıtılır. Bunun sonunda çözeltideki mevcut kirecin bütünü mevcut şekerin üçte biri ile çözünmeyen trikalsiyum sakkarat halinde ayrılır ve şekerin üçte ikisi de tekrar serbest hale geçer. Trikalsiyum sakkarat sıcakta çözünerek ayrılır. Geri kalan süzüntüye ilk işlemde verilen kireçle, yine ilk işlemde kullanılan melas miktarının üçte biri ilave edilir ve böylece melas çözeltisine çöken şeker miktarına eşdeğer miktarda şeker verilerek eksilmiş olan şeker tekrar tamamlanmış olur. Böylece arka arkaya 20-25 sübstitüsyon işlemi yapmak mümkündür. Yapılan bu işlemlerle çözeltide şeker dışı maddeler birikeceğinden bir süre sonra çalışmaya melas ilave edilmeksizin ve çözeltide şeker tükeninceye kadar devam edilir. Şeker varlığı tüketilen melas, tesisten atılır ve taze melas alınarak işleme yeniden başlanır. Sübstitüsyon usulü bazı fabrikalarda kullanılmışsa da 1881 yılında yerini çöktürme metoduna bırakmıştır. Bu usul soğukta, seyreltilmiş ve kireçle doyurulmuş bir şeker çözeltisine çok ince öğütülmüş kireç ilave ederek kireçli soğuk suda hemen hemen hiç çözünmeyen trikalsiyum sakkarat oluşumu esasına dayanmaktadır.

2.3.4.1.2. Stronsiyum prosesi

Sulandırılmış kaynar sıcaklıktaki melas içerisine 1mol sakaroza 3 mol stronsiyum hidroksit tekabül edecek miktarda stronsiyum hidroksit ilave edilir. Kısa zaman sonra sadece sıcakta dayanıklı olan ağır, kum şeklinde distronsiyum sakkarat C12H22O11.2SrO

çökeltisi oluşur. Bu çözelti sulu ortamda soğutulmak suretiyle güç çözünen stronsiyum hidroksit ile şeker çözeltisine ayrılır. Bu nedenle oluşan çökeleğin kaynar suyla yıkanması çok önemlidir. Çökeleğin vakum süzgeçlerinde süzülmesiyle elde edilen ana çözelti çözünmüş olarak kalan şeker dışı maddeleri kapsar. Kristallendirme kabına gelen ana çözeltinin içerdiği stronsiyum hidroksitin büyük bir kısmı soğutularak ayrılır ve yeni çöktürmede kullanılmak üzere geri alınır. Geri kalan çözeltiden CO2 geçirilerek stronsiyum

kızdırılır. Stronsiyum oksit söndürülür ve elde edilen stronsiyum hidroksit aynı şekilde tekrar kullanılır.

Distronsiyum sakkarat süzülmüş çökeleği soğuk hava deposunda su ilave edildikten sonra küçük kasalar içinde soğutulmuş kanallardan geçirilir. Sıcaklığı 0-5 ºC olan bu ortamda yaklaşık olarak 48 saat içinde stronsiyumun büyük bir kısmı stronsiyum hidroksit kristalleri aralarındaki tuttukları şeker çözeltisinden ayrılırlar çözeltide geri kalan stronsiyum CO2 ile karbonatlanarak stronsiyum karbonat olarak çöktürülür ve ana

çözeltinin karbonatlanmasından elde edilen stronsiyum karbonat ile beraber ayrıştırılmak üzere (SrO ile CO2) fırına sevk edilir. Geriye saflığı yaklaşık % 96 olan ve beyaz şeker

pişiriminde kullanılabilecek nispeten saf bir şeker çözeltisi elde edilir. Son ürün olarak da şekersizlendirilmiş melas kalır. Bu teknikle melastaki şekerin % 90’ı kazanılabilir.

2.3.4.1.3. Barit prosesi

Baryum oksit çözeltisinden kalsiyum oksidin aksine olarak rafinozun yaklaşık % 40’ı çöktüğünden Steffen usulüne göre çalışan fabrikaların melaslarında rafinoz miktarı yüksek olduğunda Barit yöntemi ile melaslardaki şeker verimli bir şekilde ayrılabilir. Bu usule göre 78-80 Brix’lik melas ile yaklaşık olarak % 30 BaO içeren baryum hidroksit çözeltisi 80 ºC’de çöktürme istasyonuna sevk edilir ve burada karışım bir saat bekletilir. Bu süre içinde şeker, baryum sakkarat olarak çöker. Oluşan çökelek % 25 sakkaroz ve % 15 baryum oksit ihtiva eder. Bu kütle sürekli bir şekilde süzülerek sonunda sıcak yıkama suyu ile yıkanır. Elde edilen baryum sakkarat su ile sulandırılır ve CO2 (baca gazları) ile

karbonatlanır. Bunun sonunda karışım döner filtreden geçirilip süzülür ve baryum karbonat döner fırında yakılır. Şeker içeren bu süzüntüye eser miktarda alkali sülfat veya sulandırılmış sülfat asidi ilave edilir. Sonuçta % 94-96 saflıkta 18 Brix’lik bir şerbet elde edilir. Fakat yine de safsızlık içerdiğinden iyi kalitede şeker üretmek isteniliyorsa bir iyon değiştirici sisteminde arıtılıp kristalizasyon işlemine tabi tutulmalıdır. Yöntemin dezavantajı oluşan baryum karbonatı tekrar baryum hidroksite dönüştürebilmek için 1200 ºC’de kum ile kavurmak gerekmesidir. Bu da işlemin ekonomikliğine zarar vermektedir. Oluşan tribaryum silikat su ile muamele edildiğinde baryum silikat ve baryum hidroksite ayrılır. Barit yöntemi ile melastaki şekerin % 82’sini kazanmak mümkündür.

2.3.4.2. Şeker dışı maddelerin melastan uzaklaştırma usulleri

Bu yöntemler osmoz usulü ve iyon değiştiricilerin kullanıldığı yöntemlerdir.

Osmoz usulünde difüzyon hızları çok farklı olan tuz, sakaroz ve diğer şeker dışı maddelere membran olarak pergament kağıdının kullanıldığı bir sistemde 80 ºC’de su ile bir osmoz işlemi uygulanır ve tuzlar membrandan geçerken çözeltideki şeker zenginleşir.

Sakkarozu kristalleştirebilecek bir çözelti kazanabilmek için melastan şeker dışı maddeleri uzaklaştırmak üzere iyon değiştiriciler sıkça kullanılmaktadır. Teorik olarak şeker çözeltilerinde ve hatta melasta dahi iyon halinde bulunan bütün şeker dışı maddeler uzaklaştırılır. İyonize olmayan maddeler bile adsorplanarak reçine ile beraber uzaklaştırılır ve böylece yüksek saflıkta bir şurup elde edilir. İyon değiştirici reçineler Avrupa’daki çeşitli şeker fabrikalarında şeker şerbetlerinin kireçsizleştirilmesi amacıyla uzun sürelerden beri kullanılmaktadır. İyon değiştiricilerle şeker şerbetlerinin kireçsizleştirilmesi uygulayan bir sanayi tesisi hem kimyasal açıdan hem de işletme bakımından gayet basittir [Assalini, 1975].