설탕은 전 세계에서 가장 널리 소비되는 식품 중 하나이며, 주로 사탕수수와 사탕무에서 추출됩니다. 고품질 설탕 생산은 추출, 정제, 증발, 결정화 및 정제 등 여러 단계를 거치는 복잡한 공정입니다. 설탕 가공의 각 단계에서 설탕액의 품질과 순도를 정밀하게 관리해야 합니다. 콜로이드 입자, 단백질, 색소 및 미생물과 같은 천연 불순물은 정제, 여과 및 결정화 효율에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
현대 설탕 제조 공정에서 화학 물질은 매우 중요한 역할을 합니다. 적절한 화학적 관리가 이루어지지 않으면 이러한 불순물로 인해 스케일 형성, 색상 문제 및 생산량 손실이 발생할 수 있습니다. 설탕 제조용 화학 물질은 효율성과 생산량을 향상시킬 뿐만 아니라 제품 품질을 개선하고 에너지 소비를 줄이며 공장이 환경 보호 기준을 충족하도록 돕습니다. 이러한 화학 물질은 다음과 같은 역할을 합니다.
- 정화 효율 및 고액 분리 효과를 향상시킵니다.
- 과일 주스와 시럽에서 미생물의 증식을 방지합니다.
- 고순도 백설탕의 탈색 효과를 향상시킵니다.
- 증발기 및 진공 증발기에서 거품 및 스케일 생성을 제어합니다.
이 글에서는 사탕수수를 예로 들어 설탕 제조 과정을 종합적으로 요약했습니다. 또한, 원활한 공정 진행과 고품질 설탕 생산을 위해 각 단계에서 응집제, 소독제, 탈색제, 소포제 등 다양한 화학물질이 어떻게 사용되는지 설명했습니다.
설탕 생산 공정 및 화학 물질의 응용
원료 준비
설탕 생산은 원료 수확 및 준비부터 시작됩니다. 사탕수수는 흙, 돌, 잎 등을 제거하기 위해 세척하고 잘게 자릅니다. 이 단계에서 사탕수수 즙을 오랫동안 방치하면 미생물이 번식하기 시작합니다. 원료 표면의 미생물 수를 줄이고, 당화 과정 중 사탕수수 즙의 오염이나 변질을 방지하기 위해 사탕수수 표면, 저장수 또는 세척 장비에 소독제를 사용하는 경우가 있습니다.
| 소독제 종류 | 권장 농도 | 적용 방법 | 주요 기능 | 지침 | 장점 |
| 차아염소산나트륨(NaClO) | 50~200ppm의 유리 염소 | 사탕수수 표면에 5~10분간 분무하거나 담그십시오. | 광범위한 살균 효과로 미생물 부하를 감소시킵니다. | 염소 농도를 조절하십시오(일반적으로 유리 염소 50~200ppm). 주스에 염소 잔류물이 과도하게 남지 않도록 하여 변색이나 결정화 문제를 예방하십시오. 필요한 경우 사용 후 헹구거나 물기를 빼십시오. | 광범위한 살균 효과; 저렴한 비용. |
| 디클로로이소시아누르산나트륨(SDIC) | 50~150ppm의 유리 염소 | 사탕수수 표면에 5~10분간 분무하거나 담그십시오. | 높은 안정성, 강력한 살균 효율 | 주스의 결정화 및 색상 변화를 방지하기 위해 유리 염소 함량을 조절하십시오. | 차아염소산나트륨보다 안정적이며, 효율성이 높고, 잔류 염소량을 조절할 수 있으며, 식품 가공 환경에서 널리 사용됩니다. |
| 과산화수소(H₂O₂) | 0.1%~0.5% | 세척수 또는 표면 분무에 첨가하십시오. | 살균 효과, 잔류물 없음, 환경친화적 | 농도 조절: 표면 처리 시 일반적으로 0.1~0.5%입니다. 사용 시 주의해서 다루십시오. | 잔류물 없이 분해되며 안전하고 환경 친화적입니다. |
| 온수/증기 | 80~90°C의 온수 또는 100°C의 증기 | 뜨거운 물로 헹구거나 2~5분간 스팀 처리를 합니다. | 화학 물질을 첨가하지 않고 살균 | 에너지 소비량이 많으므로 적절한 장비가 필요하며 안전 수칙을 준수해야 합니다. | 화학 첨가물이 없어 화학 잔류물을 줄입니다. |
| 공장/시설 청소용수 소독 | SDIC, 50–100 ppm | 장비 청소, 운송 차량 | 2차 오염을 방지합니다 | 정기적으로 염소를 교체하고 유리 염소 농도를 모니터링하십시오. | — |
권장 실무
사탕수수가 공장에 들어오면 흙과 불순물을 제거하기 위해 깨끗한 물로 1차 세척을 거칩니다.
그 다음, 상황에 따라 저농도 SDIC 또는 차아염소산나트륨을 분무하여 표면 소독을 실시합니다.
설탕 공장의 수원과 청소 장비 또한 전반적인 위생적인 환경을 보장하기 위해 정기적으로 소독해야 합니다.
주스 추출
세척 및 소독이라는 첫 번째 단계를 거친 후, 다음 단계는 사탕수수 즙을 추출하는 것입니다. 즙은 일반적으로 기계식 압착 또는 확산 시스템을 통해 추출됩니다. 이 단계는 사탕수수의 단단한 구조를 부수고 그 안에서 즙을 추출하는 과정을 포함합니다.
대부분의 경우, 사탕수수 착즙기는 분쇄기 또는 회전 날개와 결합된 세 개의 롤러 밀로 구성됩니다. 사탕수수는 한 컨베이어 벨트에서 착즙 과정을 거친 후, 추가 착즙을 위해 다른 컨베이어 벨트로 이송됩니다. 이송 전에 착즙 과정을 더욱 촉진하기 위해 물을 먼저 뿌립니다. 착즙 후 남은 찌꺼기는 바가스라고 합니다.
주스에는 식물 섬유, 단백질, 심지어 완전히 씻겨 나간 토양 입자까지 포함한 용해성 및 부유성 불순물이 들어 있습니다. 이러한 불순물은 후속 정제 및 결정화 공정의 효율을 높이기 위해 처리해야 합니다.
사탕수수 주스 정제
사탕수수 즙 정제는 설탕 제조 공정 초기 단계에서 가장 중요한 단계입니다. 이 단계의 목적은 사탕수수 즙에서 흙, 단백질, 콜로이드, 유기산 등의 불순물을 제거하고 순도를 높이는 것입니다. 일반적으로 석회 정제법을 인 부유법 또는 탄산화법과 결합하여 사용합니다.
화학 물질 사용
산화칼슘(CaO)/산화칼슘(Ca(OH)₂)2산성 물질을 중화시키고 불순물을 침전시킵니다.
이산화탄소(CO₂)2(탄산법에 사용됨): 석회와 반응하여 탄산칼슘 침전물을 형성하고, 이 침전물이 불순물을 흡착합니다.
응집 보조제: 부유 고형물이 빠르게 침전되도록 도와줍니다.
일반적으로 사용되는 재료: 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 폴리아크릴아미드(PAM) 등
황(SO₄)2) 또는 아황산나트륨: 인 부유선별에서 표백, 탈색 및 살균에 중요한 역할을 합니다.
여과 및 예열
정제 과정을 거친 후, 주스에서 침전물을 제거하기 위해 여과 과정을 거쳐야 합니다. 증발 전에 주스를 예열하는 것은 주스의 점도를 낮추고 미생물 번식을 방지하는 데 매우 중요합니다.
증발 및 농축
과일 주스는 다단식 증발기를 사용하여 시럽으로 농축되며, 이 과정에서 수분 함량이 약 85%에서 30~40%로 감소합니다. 진공 증발 방식은 설탕의 품질을 유지하는 데 도움이 되지만, 몇 가지 운영상의 어려움도 있습니다.
- 용해된 단백질과 계면활성제가 거품 형성을 유발합니다.
- 증발기 표면에 스케일이 쌓였습니다.
화학적 응용 분야:
소포제: 고온 거품 억제용 실리콘계 소포제. 중간 정도의 거품이 발생하는 과일 주스 시스템에 적합한 폴리에테르 및 지방 알코올계 소포제.
스케일 억제제/분산제: 증발기 내부에 탄산칼슘 또는 황산염 스케일이 형성되는 것을 방지합니다.
영향: 효율적인 거품 제어 및 스케일 방지를 통해 원활한 증발, 높은 열 전달 효율 및 가동 중지 시간 단축을 보장합니다.
결정화
설탕 생산에서 결정화 공정(업계에서는 흔히 끓이기라고 함)은 농축된 설탕 시럽을 고체 자당 결정으로 바꾸는 데 매우 중요한 단계입니다. 농축 시럽을 진공 용기에서 끓여 설탕 결정을 유도합니다. 적절한 결정화는 설탕 수율, 결정 크기 및 색상에 필수적입니다. 이는 침전된 자당 결정의 크기와 균일성을 제어하기 위해 고안된 복잡한 물리화학적 공정입니다.
이 과정에서 종종 소포제가 사용됩니다. 소포제는 끓이는 동안 거품 생성을 제어하여 시럽이 넘치는 것을 방지합니다.
안정적인 결정화는 당 수율을 높이고 원심분리 중 손실을 줄입니다.
원심분리 및 분리
결정 형성 후, 원심분리기를 사용하여 결정을 당밀에서 분리하고 뜨거운 파이프를 통해 건조합니다. 이렇게 얻은 당밀은 에탄올 생산, 동물 사료 제조 또는 기타 용도로 추가 가공할 수 있습니다.
탈색 및 정제
탈색 및 정제는 설탕 제조 공정의 마지막 단계로, 주로 고순도의 백설탕(예: 과립 설탕 또는 각설탕) 생산에 사용됩니다. 이 단계에는 많은 양의 화학 물질과 흡착제가 필요합니다.
일반적으로 사용되는 화학 물질은 다음과 같습니다.
활성탄(분말 또는 과립): 폴리페놀, 캐러멜 및 기타 색소를 흡착합니다.
탈색 수지/이온 교환 수지: 이온성 및 비이온성 착색 화합물을 제거합니다.
과산화수소(H₂O₂): 남아있는 색소를 산화시켜 시럽의 색을 더욱 밝게 합니다.
탈색제: 낮은 ICUMSA 값과 높은 시각적 품질을 보장합니다.
위 내용은 설탕 산업의 주요 공정 및 화학적 응용 분야에 대한 개요입니다.
관련 화학물질 표시:
설탕 산업에서 발생하는 폐수는 어떻게 처리되나요?
설탕 공장은 설탕 생산 과정에서 폐수를 발생시킵니다. 이 폐수는 수질이 복잡하고 오염 물질 부하가 높아 방류 전에 체계적인 수처리 과정이 필요합니다.
폐수는 주로 원료 세척, 장비 세척, 설탕 생산 공정 폐수, 냉각수/응축수, 보일러 블로우다운에서 발생합니다. 이러한 폐수는 높은 COD 및 BOD 수치(설탕 함량 때문), 높은 부유물질 함량, 강한 생분해성, 그리고 때로는 기름과 침전물을 함유하는 것이 특징입니다. 따라서 이러한 폐수 처리에는 전처리 + 응집 및 침전 + 생물학적 처리 + 고도처리 등 여러 공정을 조합하여 사용하는 것이 일반적입니다. 일반적인 처리 방법으로는 물리적 처리(침전 및 여과 등), 화학적 처리(응집 및 중화 등), 생물학적 처리(활성 슬러지 공정 및 인공습지 등)가 있습니다.
설탕 산업에서 발생하는 폐수를 처리하는 데 필요한 화학 물질은 무엇입니까?
구체적인 단계 및 화학 물질 사용은 다음과 같습니다.
| 치료 단계 | 목적 | 권장 화학물질 | 주요 기능 |
| 1. 원료 세척 및 1차 전처리 | 모래, 진흙, 섬유질, 부유 고형물을 제거하십시오. | PAC(폴리알루미늄염화물) | 빠른 응고, 부유물질 및 탁도 제거 |
| PAM(폴리아크릴아미드) – 음이온성/비이온성 | 응집물 형성은 침전을 촉진합니다. | ||
| 소포제 | 사탕수수 세척 및 즙 추출 과정에서 발생하는 거품을 제어합니다. | ||
| 2. 균등화 및 pH 조절 | 유입수 수질을 안정화하고 하류 공정을 위해 pH를 조정합니다. | 석회(CaO / Ca(OH)₂) | pH를 높이고 경도를 부분적으로 제거합니다. |
| 수산화나트륨(NaOH) | 정밀한 pH 조절 | ||
| 황산 / 염산 | pH를 낮춥니다 | ||
| 소포제 | 평형조의 거품 발생량을 줄입니다. | ||
| 3. 응집 및 응결 (1차 침전) | 부유물질, 콜로이드, 색소를 제거하고 COD를 감소시킵니다. | PAC / 폴리DADMAC / 폴리아민 | 탁도 및 색상 제거용 1차 응집제 |
| PAM(음이온) | 응집력 및 침전 속도를 향상시킵니다. | ||
| 응고 보조제(예: 규산마그네슘) | 선명도와 정착 성능을 향상시킵니다. | ||
| 4. 혐기성 생물학적 처리(UASB, EGSB) | 높은 유기물 부하(COD, BOD)를 줄이십시오. | 영양 첨가제 (질소 및 인 공급원) | 미생물 활동과 건강한 생물량을 유지하세요 |
| pH 조절제 | 혐기성 세균에 최적의 pH(6.8~7.2)를 유지하십시오. | ||
| 소포제 | 바이오가스 관련 거품 발생을 억제합니다. | ||
| 5. 호기성 처리 (활성 슬러지, SBR) | COD, BOD, 암모니아를 더욱 감소시키십시오. | 영양소 첨가제(질소 및 인) | 미생물에게 균형 잡힌 영양분을 공급하십시오 |
| 소포제 | 폭기 중 거품 발생을 제어합니다. | ||
| 바이오 효소 / 미생물 배양 | 생물학적 분해 효율을 향상시킵니다. | ||
| 6. 고도 치료 (엄격한 퇴원 기준이 적용되는 경우) | 투명도 개선, 잔류 COD, SS, 색상 제거 | 폴리아민/폴리DADMAC | 강력한 탈색 및 탁도 제거 |
| PAC | 추가적인 SS 및 콜로이드 제거 | ||
| PAM(고분자량) | 최종 응집 및 마무리 | ||
| 활성탄 | 색상, 냄새 및 유기 잔류물을 제거합니다. | ||
| 7. 소독 및 물 재사용 | 배출 또는 재사용 시 미생물학적 안전성을 확보하십시오. | 차아염소산칼슘 | 강력한 소독 |
| 차아염소산나트륨 | 일반적인 온라인 투약 소독제 | ||
| SDIC(디클로로이소시아누르산나트륨) | 안정적이고 오래 지속되는 염소 방출 | ||
| TCCA(트리클로로이소시아누르산) | 고농도 염소, 서방형 염소 소독 |
설탕 생산은 원료 준비 및 착즙부터 정제, 증발, 결정화, 정제, 폐수 처리까지 모든 단계에서 정밀한 제어가 요구되는 복잡한 산업 공정입니다. 각 단계는 부유물질, 색상, 미생물 활동, 거품 발생, 스케일 축적 등 고유한 문제점을 안고 있습니다. 설탕 생산 공정의 각 단계에 적절한 화학 물질을 투입함으로써 제당 공장은 생산량 증대, 결정 품질 향상, 색상 개선, 손실 감소, 가동 중단 시간 최소화 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 동시에 최적화된 화학 용액은 효율적인 폐수 처리와 화학 폐기물 감소를 통해 환경 보호에도 기여합니다.
적합한 화학 파트너를 선택하면 제당 공장은 생산 효율성을 향상시키고, 일관된 제품 품질을 보장하며, 장비 수명을 연장하고, 장기적인 운영 우수성을 달성할 수 있습니다.