Technologia cukru Jakość cukru białego wyprodukowanego podczas kampanii 2005 * Quality of the white sugar produced in the 2005 campaign Dr inż. Andrzej Baryga Mgr inż. Teresa Sumińska Mgr inż. Jadwiga Strębska-Zając Instytut Przemysłu Cukrowniczego Dokonano oceny jakości cukru białego wyprodukowanego podczas kampanii 2005 roku. Z analiz wykonanych w Instytucie Przemysłu Cukrowniczego wynika, że produkowany cukier, wg UE, odpowiada kategorii 2. Pięć z analizowanych prób zakwalifikowano do kategorii 1. Największy wpływ na liczbę punktów wywiera w dalszym ciągu duża zawartość popiołu konduktometrycznego w gotowym produkcie. The quality of white sugar produced in 2005 campaign is evaluated in this paper. The analyses carried out in the Sugar Industry Institute indicate that the produced sugar, according to UE standards, corresponds to quality class 2. Five samples only were classified to quality class 1. Considerable content of conductometric ash in the product still has the prevailing influence on the white sugar quality rating. Wymagania jakościowe odnośnie do cukru białego uzależnione są głównie od jego utylitarnego przeznaczenia. Jakość produktu, kierowanego bezpośrednio do sprzedaży konsumentom wiąże się nie tylko z fizycznymi i chemicznymi właściwościami wyrobu, ale musi także uwzględniać konkretne potrzeby i wymagania klienta. Istotne znaczenie ma też aspekt ekonomiczny oraz stopień nasycenia rynku, które w znacznej mierze decydują o możliwościach i potrzebach odbiorców oraz wymuszają na producentach modyfikację technologii (kryształ gruby lub drobny, rafinada w kostkach, cukier złocisty, inwertowany itp.). Kryteria oceny jakości cukru są określone zarówno w postanowieniach Polskiego Komitetu Normalizacyjnego, jak i Komisji Międzynarodowych (Codex Alimentarius), zaś punktowa ocena jakości jest przedmiotem ustaleń specjalistów ds. analityki cukrowniczej (ICUMSA). Za główne kryteria jakościowe wytwarzanego cukru białego uznaje się: wilgotność, zabarwienie oznaczone w roztworze i krysztale oraz granulację. Dla przetwórstwa przemysłowego ważne są natomiast: zawartość popiołu oznaczanego metodą konduktometryczną, zjawisko pienienia się i mętności roztworów oraz czystość mikrobiologiczna. Określenie zanieczyszczeń występujących w cukrze białym pozwala zakwalifikować go do odpowiedniej kategorii jakościowej. Na zawartość zanieczyszczeń * Artykuł dofinansowany przez Ministerstwo Edukacji i Nauki decyzją nr 409/DWB/R/2006 z dn. 28.04.2006 r. może mieć wpływ wiele czynników, począwszy od składu chemicznego surowca, poprzez parametry jednostkowych procesów technologicznych, a kończąc na warunkach pakowania i magazynowania gotowego produktu. Decydującym czynnikiem wpływającym na jakość soków cukrowniczych jest wartość technologiczna buraków cukrowych i przebieg procesu ekstrakcji cukru z krajanki buraczanej. Podczas trwania tego procesu do soku dyfuzyjnego przedostaje się wiele związków chemicznych, które można podzielić na trzy grupy: zawiesiny, które dają oddzielić się podczas procesu filtracji, koloidy, substancje stałe o wysokim ciężarze cząsteczkowym lub agregaty cząstek, utrzymujące się w postaci zolu (białka), rozpuszczone związki chemiczne (np. inwert). Część z tych związków, szczególnie ta, która występuje w fazie stałej zostaje z soku oddzielona podczas procesu filtracji i nie stanowi większego problemu. Praktycznie niektóre związki chemiczne dają się usunąć całkowicie, niektóre zostają zatrzymane w osadzie saturacyjnym, inne zaś trafiają do soku rzadkiego w stanie mniej lub bardziej zmienionym. Możemy do nich zaliczyć między innymi: białka, pektyny, inwert, sole wapniowe, związki sodu i potasu itp. W soku buraka cukrowego i sokach dyfuzyjnych białka występują w postaci kompleksów z innymi substancjami wielkocząsteczkowymi, przede wszystkim z pektynami. Pod wpływem temperatury i niektórych czynników chemicznych związki te ulegają denaturacji, 246 Gazeta Cukrownicza 8/2006
której towarzyszy dehydratacja i koagulacja. Zawartość pektyn zawartości substancji redukujących były niższe od 0,002%, z wyjątkiem próby nr 23, w której zawartość inwertu wynosiła 0,004%, w soku dyfuzyjnym zależy głównie od stanu tkanki buraczanej i parametrów procesu ekstrakcji. zawartości popiołu konduktometrycznego wahały się do 0,006% W środowisku alkalicznym zachodzi stosunkowo łatwo pękanie do 0,022%, średnio 0,011%, łańcuchów pektynowych i powstawanie związków o mniejszym zabarwienia roztworów cukru, mieściły się w granicach 9,4 IU ciężarze cząsteczkowym. Istotny wpływ na jakość cukru białego 41,4 IU, średnio 24,9 IU, ma zawartość inwertu, który w procesie oczyszczania przyczynia się do tworzenia ciał barwnych i soli wapniowych. Duża zawartość tych związków powoduje, że w znacznym stopniu wzrasta zawartość popiołu konduktometrycznego w gotowym wyrobie. Natomiast rozpuszczone sole wapniowe pochodzą głównie z dwóch źródeł: z nieprawidłowo prowadzonego procesu ekstrakcji (zakażenie mikrobiologiczne masy ekstrakcyjnej, rozkład części sacharozy do inwertu, a następnie kwasów organicznych, głównie mlekowego, masłowego i octowego, które reagując z jonami Ca 2+ dają rozpuszczalne sole wapniowe), z niewłaściwie zrealizowanego procesu saturacji II (wzrost wolnych jonów Ca 2+ w soku oczyszczonym, nadmierna ilość innych rozpuszczalnych niecukrów). Jak każdego roku, Instytut Przemysłu Cukrowniczego dokonał analizy wyników badań cukru wytworzonego podczas kampanii 2005 i dostarczonego przez cukrownie. Próby cukru badane w Instytucie poddane zostały ocenie stosownie do kryteriów zarówno Polskiej Normy, jak i Unii Europejskiej. Analiza cukru w licznych przypadkach dotyczyła składników wymaganych także przez niektórych odbiorców. W tym zakresie oznaczano w cukrze białym zawartość: saponin, substancji nierozpuszczalnych w wodnym roztworze, dwutlenku siarki, akryloamidów, formaliny i pestycydów. Poza tym określano mętność i kłaczkowatość roztworu cukru. W tabeli 1 przedstawiono wyniki analizy cukru białego wg Polskiej Normy PN-A- -74850: 1996, w których stwierdzono, że: zawartość sacharozy nie była niższa niż 99,8% zawartości wilgoci wahały się w granicach normy i kształtowały się od 0,0013% do 0,038%, średnio 0,024%, Tabela 1. Ocena jakości cukru białego wg PN Sacharoza Wilgoć Inwert Lp. Popiół kondu- Zabarwienie ktometryczny w roztworze % IU Typ Kat. zabarwienia wg PN 1 99,96 0,028 <0,002 0,009 25,4 1,61 1 2 99,97 0,021 <0,002 0,0112 18,4 1,42 1 3 99,96 0,033 <0,002 0,0120 18,7 1,51 1 4 99,96 0,032 <0,002 0,0121 27,9 2,00 1 5 99,97 0,026 <0,002 0,0060 24,1 1,66 1 6 99,98 0,013 <0,002 0,0041 16,8 1,22 1 7 99,97 0,022 <0,002 0,0101 20,8 1,54 1 8 99,97 0,024 <0,002 0,0091 13,1 0,81 1 9 99,97 0,023 <0,002 0,0100 31,4 2,39 2 10 99,96 0,020 <0,002 0,0171 21,9 1,35 1 11 99,98 0,015 <0,002 0,0131 37,1 2,33 2 12 99,96 0,016 <0,002 0,0086 17,8 1,24 1 13 99,97 0,020 <0,002 0,0080 9,4 0,29 1 14 99,96 0,024 <0,002 0,0220 41,4 3,02 2 15 99,97 0,020 <0,002 0,0131 23,0 1,56 1 16 99,98 0,016 <0,002 0,0051 16,8 0,97 1 17 99,96 0,025 <0,002 0,0191 21,5 1,64 1 18 99,97 0,017 <0,002 0,0131 31,4 2,18 2 19 99,95 0,037 <0,002 0,0083 32,9 2,16 2 20 99,96 0,027 <0,002 0,0090 27,5 1,75 1 21 99,96 0,030 <0,002 0,0100 32,1 2,21 2 22 99,95 0,030 <0,002 0,0160 33,5 2,52 2 23 99,94 0,038 0,004 0,0211 27,9 1,91 1 24 99,96 0,028 <0,002 0,0101 9,6 0,25 1 25 99,96 0,031 <0,002 0,0118 33,3 2,33 2 26 99,90 <0,002 0,0112 17,9 0,77 27 99,96 0,026 <0,002 0,0110 26,0 1,69 1 28 99,97 0,026 <0,002 0,0036 24,0 1,78 1 29 99,98 0,018 <0,002 0,0081 34,2 2,11 2 30 99,98 0,024 <0,002 0,0090 21,0 1,20 1 31 99,97 0,016 <0,002 0,0112 31,0 2,18 2 32 99,90 <0,002 0,0120 23,3 1,42 33 99,97 0,014 <0,002 0,0112 26,9 1,94 1 34 99,97 0,024 <0,002 0,0065 23,3 1,63 1 35 99,97 0,024 <0,002 0,0085 30,9 2,26 2 36 99,97 0,014 <0,002 0,0084 10,3 0,29 1 37 99,97 0,024 <0,002 0,0090 27,2 1,94 1 38 99,97 0,027 <0,002 0,0080 37,5 2,75 2 Gazeta Cukrownicza 8/2006 247
Tabela 2. Zawartość metali ciężkich Lp. Pb Cu 1 0,085 0,059 2 0,097 0,069 3 0,084 0,074 4 0,073 0,099 5 0,078 0,057 6 0,092 0,068 7 0,081 0,067 8 0,079 0,084 9 0,088 0,049 10 0,073 0,058 11 0,059 0,067 12 0,066 0,090 13 0,076 0,084 14 0,052 0,069 15 0,075 0,058 16 0,073 0,070 17 0,090 0,066 18 0,077 0,056 19 0,096 0,131 20 0,117 0,051 21 0,042 0,048 22 0,041 0,057 23 0,026 0,029 24 0,045 0,083 25 0,077 0,056 26 0,075 0,052 27 0,044 0,091 28 0,080 0,122 29 0,069 0,062 30 0,023 0,056 31 0,019 0,076 32 0,036 0,028 33 0,031 0,102 34 0,036 0,056 35 0,028 0,080 36 0,014 0,082 37 0,042 0,078 38 0,053 0,067 39 0,058 0,071 40 0,028 0,062 41 0,042 0,084 42 0,082 0,098 43 0,076 0,092 44 0,061 0,089 45 0,045 0,091 46 0,052 0,070 Analizę wykonano metodą płomieniową na spektrometrze Unicam 929 Solar. typ zabarwienia cukru w krysztale kształtował się w granicach 0,25 3,02, średnio 1,68, w żadnej próbie nie stwierdzono obecności zanieczyszczeń ferromagnetycznych. Z powyższych danych wynika, że cukier z kampanii 2005 roku w większości przypadków odpowiadał wg Polskiej Normy kategorii 1. W tabeli 2 zestawiono wyniki oznaczeń zawartości metali ciężkich w cukrze białym. W cukrze z kampanii 2005 stwierdzono obecność: ołowiu od 0,014 do 0,117 ppm, średnio 0,062 ppm, miedzi od 0,028 do 0,131 ppm, średnio 0,072 ppm, w żadnej z badanych prób nie stwierdzono obecności kadmu, rtęci i arsenu. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 22.12.2004 r. uwzględnia szereg unijnych aktów prawnych, w których określone są dopuszczalne limity zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych w żywności. Dokumenty te zawierają między innymi dopuszczalne ilości ołowiu, kadmu i rtęci w takich produktach, jak mleko, preparaty dla niemowląt, mięso zwierząt, podroby jadalne, mięso ryb, skorupiaki, małże, zboża, owoce i warzywa, tłuszcze i oleje oraz wino. W aktach tych nie uwzględniono dopuszczalnych limitów metali ciężkich w cukrze. Poniżej zestawiono dopuszczalne, maksymalne zawartości metali ciężkich, które mogą znajdować się w cukrze białym wg Codex Alimentarius i specyfikacji Coca-Cola. W krajach Unii Europejskiej przestrzegane są zalecenia Codex Alimentarius. Metale ciężkie Codex Alimentarius Specyfikacja koncernu ppm (2001) Coca-Cola As 1 1 Pb 0,1 0,1 Cu 1,0 Fe 1,0 Z porównania danych przytoczonego zestawienia z wynikami tabeli 2 widać, że tylko jedna próba nie spełniała wymagań zarówno Codex Alimentarius jak i producentów napojów bezalkoholowych (Pb). W Instytucie dokonano również oceny punktowej jakości cukru białego, wyprodukowanego podczas kampanii 2005, zgodnie z wymaganiami Unii Europejskiej (tabela 3). Zbadane próby cukru uzyskały następujące liczby punktów, z tytułu: zawartości popiołu konduktometrycznego, od 2,00 do 11,72 pkt., średnio 5,95 pkt., typu zabarwienia kryształów cukru, od 0,50 do 6,04 pkt., średnio 3,37 pkt., zabarwienia roztworu cukru, w jednostkach ICUMSA, od 1,25 do 5,52 pkt., średnio 3,32 pkt. Obliczone sumy liczby punktów, dla każdej z badanych prób cukru kształtowały się w przedziale od 6,27 do 23,76 pkt., średnio 12,64 pkt. Na podstawie oceny punktowej, dokonanej z uwzględnieniem wymagań UE, pięć badanych w IPC prób cukru białego odpowiadało kategorii 1, jedna kategorii 3, pozostałe (84% badanych prób) zakwalifikowano do kategorii 2. Reasumując można więc stwierdzić, że cukier wyprodukowany podczas kampanii 2005 roku, na rynku europejskim, podobnie jak w latach poprzednich, jest kwalifikowany jako cukier kategorii 2. Ponieważ na klasyfikację cukru wg wymagań UE mają wpływ trzy parametry jakościowe: zabarwienie w roztworze i w krysztale oraz zawartość popiołu konduktometrycznego na rysunku 1 pokazano udział procentowy tych czynników w ocenie jakości cukru z kampanii 2005, 2004 i 2003. Z rysunku 1 wynika, że dominujący wpływ na kwalifikację cukru do określonej kategorii, wywiera w dalszym ciągu zawartość popiołu konduktometrycznego. Duży wpływ na przyrost popiołu mają związki sodu, które są często wprowadzane celowo do soków w przypadku zaniku alkaliczności roztworów i mieszanin na produk- Rys. 1. Udział procentowy trzech czynników wpływających na ocenę jakości cukru wg EU, lata 2003 2005 248 Gazeta Cukrownicza 8/2006
towni, lub z preparatami chemicznymi zawierającymi sód w swym składzie. Główny strumień sodu przemieszcza się od soku gęstego poprzez odcieki do melasu. Zwiększona jego ilość zawarta jest przede wszystkim w odciekach i znaczna jego część jest recyrkulowana z odciekiem I jasnym. Liczba punktów uzyskana z tego tytułu, w ciągu ostatnich trzech kampanii, nie uległa znaczącym zmianom i utrzymuje się niemal na tym samym poziomie. Dokonując oceny jakości cukru z kampanii 2005 uwzględniono także niektóre wskaźniki oceny jakości cukru białego, wymagane przez Tabela 3. Ocena jakości cukru białego wg UE Lp. Popiół kondu- Zabarwienie ktometryczny roztworu cukru % IU Typ Liczba punktów za: Suma Kat. zabarwienia punktów wg UE popiół zab. IU typ 1 0,0090 25,4 1,61 5,00 3,39 3,22 11,61 2 2 0,0112 18,4 1,42 6,22 2,45 2,84 11,51 2 3 0,0120 18,7 1,51 6,67 2,49 3,02 12,18 2 4 0,0121 27,9 2,00 6,72 3,72 4,30 14,74 2 5 0,0060 24,1 1,66 3,33 3,21 3,32 9,86 2 6 0,0041 16,8 1,22 2,28 2,24 2,44 6,96 1 7 0,0101 20,8 1,54 5,61 2,77 3,08 11,46 2 8 0,0091 13,1 0,81 5,06 1,75 1,62 8,43 2 9 0,0100 31,4 2,39 5,56 4,19 4,78 14,53 2 10 0,0171 21,9 1,35 9,50 2,92 2,70 15,12 2 11 0,0131 37,1 2,33 7,28 4,95 4,66 16,89 2 12 0,0086 17,8 1,24 4,78 2,37 2,48 9,63 2 13 0,0080 9,4 0,29 4,44 1,25 0,58 6,27 1 14 0,0220 41,4 3,02 12,20 5,52 6,04 23,76 3 15 0,0131 23,0 1,56 7,28 3,07 3,12 13,47 2 16 0,0051 16,8 0,97 2,83 2,24 1,94 7,01 1 17 0,0191 21,5 1,64 10,61 2,87 3,28 16,76 2 18 0,0131 31,4 2,18 7,28 4,19 4,36 15,83 2 19 0,0083 32,9 2,16 4,61 4,39 4,32 13,32 2 20 0,0090 27,5 1,75 5,00 3,67 3,50 12,17 2 21 0,0100 32,1 2,21 5,56 4,28 4,42 14,26 2 22 0,0160 33,5 2,52 8,89 4,47 5,04 18,40 2 23 0,0211 27,9 1,91 11,72 3,72 3,82 19,26 2 24 0,0101 9,6 0,25 5,61 1,28 0,50 7,39 1 25 0,0118 33,3 2,33 6,56 4,44 4,66 15,66 2 26 0,0112 17,9 0,77 6,22 2,39 1,54 10,15 2 27 0,0110 26,0 1,69 6,11 3,47 3,38 12,96 2 28 0,0036 24,0 1,78 2,00 3,20 3,56 8,76 2 29 0,0081 34,2 2,11 4,50 4,56 4,22 13,28 2 30 0,0090 21,0 1,20 5,00 2,80 2,40 10,20 2 31 0,0112 31,0 2,18 6,22 4,13 4,36 14,71 2 32 0,0120 23,3 1,42 6,67 3,11 2,84 12,62 2 33 0,0112 26,9 1,94 6,22 3,59 3,88 13,69 2 34 0,0065 23,3 1,63 3,61 3,11 3,26 9,98 2 35 0,0085 30,9 2,26 4,72 4,12 4,52 13,36 2 36 0,0084 10,3 0,29 4,67 1,37 0,58 6,62 1 37 0,0090 27,2 1,94 5,00 3,63 3,88 12,51 2 38 0,0080 37,5 2,75 4,44 5,00 5,50 14,94 2 Analizy wykonano zgodnie z PN-A- 74850:1996 Gazeta Cukrownicza 8/2006 249
Zawartość saponin, ppm Rys. 2. Zawartość saponin w cukrze białym z kampanii 2005 Substancje nierozpuszczalne, ppm Dwutlenek siarki, ppm Rys. 4. Zawartość dwutlenku siarki w cukrze z kampanii 2005 Mętność, IU Rys. 3. Zawartość substancji nierozpuszczalnych w wodnym roztworze cukru z kampanii 2005 Rys. 5. Mętność roztworu cukru białego z kampanii 2005 odbiorców, których nie zawiera PN, ani nie wpływają one na kategorię cukru wg UE a mianowicie: Zawartość saponin, oznaczona metodą pianową wg Bikermana, nie przekraczała 3 ppm (rys. 2). W pięciu z 31 zbadanych prób zawartość saponin przekraczała ogólnie przyjęta granicę 2 ppm. Zawartość substancji nierozpuszczalnych w wodnych roztworach cukru, oznaczona metodą ICUMSA GS/3-19 (1994), wahała się od 2,0 do 74,8 mg/kg (rys. 3). Siedem z 17 zbadanych prób nie spełniało wymagań Kodeksu Żywnościowego (maks. 20 mg/kg), natomiast tylko dwie próby odpowiadały wymaganiom koncernu Coca-Cola (maks. 7 mg/kg). Zawartości dwutlenku siarki, w próbkach cukru, pochodzącego z kampanii 2005, nie przekraczały 5,96 ppm (rys. 4). We wszystkich badanych przypadkach próby spełniały wymagania Kodeksu Żywnościowego (maks. 15 ppm), Unii Europejskiej (maks. 10 ppm) oraz producentów napojów (Coca-Cola maks. 6,0 ppm). Mętność wodnych roztworów cukru oznaczona metoda kolorymetryczną, przy długości fali światła 420 nm, wahała się w granicach od 3,6 do 114,8 IU (rys. 5). Zmętnienie zakwaszonych roztworów cukrów wykonane metodą testu 10-dniowego, w 64% oceniono jako 0, zmętnienie pozostałych badanych prób oceniono jako 1. W żadnej z badanych prób cukru białego nie stwierdzono pozostałości formaliny, pestycydów i akryloamidów. Podsumowanie Na podstawie wyników analiz prób cukru białego wyprodukowanego podczas kampanii 2005 i zbadanego w IPC stwierdzono, że: W porównaniu z latami ubiegłymi jakość cukru nie uległa istotnej poprawie. Pięć z badanych prób spełniało wymagania kategorii 1 wg wymagań Unii Europejskiej. W przeważającej ilości cukier zakwalifikowano do kategorii 2. Na klasyfikację cukru białego, wg wymagań Unii Europejskiej, w ponad 40% wpływa zawartość popiołu konduktometrycznego, natomiast w około 30% zabarwienie cukru w roztworze i w krysztale. Producenci cukru białego powinni udoskonalać proces technologiczny w kierunku obniżenia zawartości popiołu konduktometrycznego w cukrze, co powinno przyczynić się do podwyższenia kategorii wyrobu wg UE, natomiast w trosce o rynek zbytu należy zwrócić większą uwagę na parametry jakościowe cukru wymagane przez odbiorców. 250 Gazeta Cukrownicza 8/2006