قندها در اصطلاح شیمی‌ ، طیف وسیعی از ترکیبات آلی را دربرمی‌گیرند که به کربوهیدراتها یا هیدرات‌های کربن معروفند و منوساکاریدها (قندهای ساده) ، دی‌ساکاریدها ، الیگوساکارید‌ها و پلی‌ساکاریدها یا مشتقات مربوط به آنها را شامل می‌شوند، مانند گلوکز ، فروکتوز ، ساکارز ، مالتوز ، جینتوبیوز ، ملیبیوز ، نشاسته ، گلیکوژن و ... .

اطلاعات اولیه

قند ساکارز (قند معمولی) است که از نظر ساختار یک دی‌ساکارید متشکل از گلوکز و فروکتوز است و انسان در تمام طول حیاتش از آن ، به صورت طبیعی استفاده کرده و می‌کند. مهمترین منبع ساکارز ، نیشکر و چغندرقند است.

تاریخچه نیشکر

برخی ، محل اولیه پیدایش نیشکر را گینه جدید می‌دانند که امروزه ایریان نامیده می‌شود. در این جزیره ، پس از آنکه گیاه نیشکر به صورت اهلی در آمده بود، طی سه مهاجرت که از حدود 8000 سال قبل از میلاد مسیح شروع شد، توسط بومیان به جزیره سلیمان ، جزایر هیبرید ، جزایر کالدونی و سپس به اندونزی ، فیلیپین و شمال هند برده شد و کشت و زرع آن در شمال خلیج بنگال توسعه یافت. آنگاه ، از هندوستان به ایران و از آنجا به سواحل مدیترانه و نواحی جنوبی فلسطین یعنی ناحیه‌ای بین بحرالمیت و دریای مدیترانه و از آنجا به اروپا و آمریکا برده شد.

بنابر اسناد تاریخی ، کشت نیشکر در ایران از زمان حمله "اسکندر" به ایران رواج داشته است. در هر صورت ، ایرانیان نوآور واقعی صنعت تهیه قند و شکر تصفیه شده از نیشکرند.

تاریخچه چغندرقند

با وجود اینکه کشت چغندرقند سابقه طولانی دارد، ولی کشت صنعتی آن به منظور تهیه قند و شکر ، حدود 250 سال است که متداول شده است. پیش از آن ، عمدتا به عنوان علوفه دام مورد استفاده قرار می‌گرفت. در سال 1575، "الیویه دوسر" اعلام کرد که می‌توان از ریشه گیاه چغندرقند ، قند استخراج کرد و درستی این گفتار توسط "آندره مارگراف" ، شیمیدان آلمانی ، در سالهای 1745 تا 1747 به اثبات رسید.

بالاخره توسط "آشار" ، شاگرد "مارگراف" ، اولین کارخانه قند تاسیس شد. توسعه صنعت قندسازی از چغندرقند در قرن نوزدهم شتاب ویژه‌ای پیدا کرد که نتیجه آن تولید دهها میلیون تن قند از ریشه این گیاه در سراسر جهان شد.

اجزای تشکیل دهنده نیشکر

مواد موجود در نیشکر و نسبت درصد آنها عبارتند از:

مواد خشبی (الیاف خشک سلولزی)	15ـ9 درصد
آب	80ـ70 درصد
ساکارز	17ـ10 درصد
قندهای انورت (شامل گلوکز و فروکتوز)	3ـ0.1 درصد
مواد آلی غیرقندی	1.2ـ0.5 درصد
مواد معدنی	0.3ـ0.1 درصد

اجزای تشکیل دهنده مواد خشبی عبارتند از:

سلولز	7.5ـ6.5 درصد
لیگنین	13.5ـ1.5 درصد
مواد پکتیکی	3.75ـ2.25 درصد
چربی و موم	0.5ـ9.3 درصد
آلبومین	0.3ـ0.2 درصد
مواد معدنی	0.5ـ0.3 درصد

ترکیبات معدنی در شیره نیشکر عبارتند از:

K2O	17ـ10 درصد
Na2O	جزئی
CaO	13ـ7 درصد
MgO	13ـ10 درصد
Al2O3+Fe2O3	جزئی
P2O5	15ـ5 درصد
SO3	9ـ7 درصد
Cl	جزئی
SiO2	50ـ35 درصد

مواد تشکیل دهنده عصاره چغندرقند

مواد موجود در شیره چغندرقند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از :

مواد نامحلول	%6ـ4
آب	%78ـ74
ساکارز	%20ـ14
قند انورت	%0.1
رافینوز	%0.02
مواد غیرقندی	%3ـ2

مواد نامحلول در شیره چغندرقند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از :

سلولز	%26
مواد نیمه سلولزی	%64
مواد پکتیکی	%64
مواد نیتروژن‌دار	%7
مواد معدنی	%3

مواد معدنی موجود در شیره چغندرقند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از :

K2O	%47
Na2O	%5.5
CaO	%5
MgO	%11
Al2O3+Fe2O3	%5
P2O5	%15
SO3	%6
Cl	%2.5
SiO2	جزئی

مواد آلی موجود در نیشکر

مواد چربی موجود در شیره نیشکر ، بیشتر استر اسیدهای چرب یا مشتقات آنها مانند اسیدهای اولئیک ، پالمیتیک ، استئاریک و مقداری سوسیتین و فیتوسترین و مومها ، ترکیبات استری اسیدهای چرب با الکل میزیسیک ، می‌باشند.

• قند انورت: قند احیاکننده و معمولا شامل گلوکز و فروکتوز است.
  
  
• اسیدهای آلی: اسیدهای موجود در نیشکر ، بیشتر شامل اسیدهای گلیکولیک ، مالیک سوکسینیک ، تارتریک و سیتریک می‌باشد. در شیره نیشکر تخمیر شده ، اسید استیک نیز وجود دارد.
  
  
• مواد رنگی: دو نوع ماده رنگی در نیشکر وجود دارد. یکی از آنها کلروفیل است که همان سبزینه گیاهی است و آن را از طریق جذب سطحی به کمک زغال فعال می‌توان خارج کرد. دیگری اوتاسیانین است که در آب حل می‌شود و در محیط اسیدی ، قرمز رنگ و در محیط قلیایی ، سبز رنگ است و به روش آهک زدن آن را می‌توان از شیره نیشکر خارج کرد.
  
  
• مواد نیتروژن‌دار: مواد نیتروژن‌دار موجود در نیشکر عبارتند از آلبومین ، اسپارازین ، گلوتامین ، و اسیدهای آمینه. در بین اسیدهای آمینه ، مقدار تیروزین و گلی‌کوکول (گلی‌سین) از همه بیشتر است که همراه با ملاس از نیشکر خارج می‌شوند.

تصفیه شیمیایی عصاره نیشکر

در شربت قند بدست آمده ، معمولا مقداری ذرات ریز معلق و محلول وجود دارد. در گذشته بدون جدا کردن آنها ، شربت را تغلیظ و به صورت بلورهای ریز قرمز رنگ که شکر سرخ نامیده می‌شد، در می‌آوردند. این روش به روش لجستانی یا سیستانی یا سکزی معروف بود که امروزه نیز متداول است. بعدها روش تصفیه شیره نیشکر کامل‌ترشد، زیرا با افزودن مواد دیگری ، توانستند کیفیت استخراج قند را بهبود بخشند.

اما امروزه از چهار ماده شیمیایی ، یعنی آهک زنده (و یا آب آهک) ، دی‌اکسید گوگرد ، اسید فسفریک و دی‌اکسید کربن برای این منظور استفاده می‌شود.

روشهای تصفیه شیمیایی

تصفیه شیمیایی بوسیله آهک

این روش معمولا برای ته‌نشین کردن مواد اضافی موجود در شربت قند بکار می‌رود. ابتدا به مقدار لازم ، آهک به شربت اضافه می‌کنند و آن را تا دمای 100 الی 105 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند. تحت این شرایط ، بسیاری از مواد زاید به صورت گل ته‌نشین شده و شربتی زلال باقی می‌ماند که برای اجرای عملیات بعدی بکار گرفته می‌شود. عملیات آهک‌زنی ممکن است یک مرحله‌ای ، دو مرحله‌ای ، یا چند مرحله‌ای باشد. PH شربت بعد از افزایش آهک ، باید 7.2 تا 8.3 باشد.

تصفیه شیمیایی بوسیله SO₂

عمل تصفیه بوسیله SO₂ ممکن است پیش از آهک زدن و یا پس از آهک زدن صورت پذیرد. مقدار گوگرد مورد نیاز برای هر تُن نیشکر ، بین 250 الی 500 گرم است. با استفاده از این روش ، شکر سفیدتر بدست می‌آید. بررسی رسوبات بدست آمده از روش آهک‌زنی و SO₂ زنی نشان می‌دهد که این رسوب‌ها ، مواد خشبی و سلولز ، چربی و موم ، آلبومین ، فسفات سدیم ، سیلیس و سولفات کلسیم ، خاک و شن و ... را شامل می‌شود.

تصفیه شیمیایی بوسیله اسید فسفریک

در شیره نیشکر ، معمولا مقداری اسید فسفریک وجود دارد. اسید فسفریکی که به صورت محلول در شیره نیشکر وجود دارد، در ترکیب با آهک به صورت فسفات تری کلسیم غیر محلول در می‌آید و ضمن رسوب کردن بسیاری از مواد زاید و رنگی را نیز با خود ته‌نشین می‌کند. مقدار اسید فسفریک مورد نیاز در شیره نیشکر باید تا مقدار 300 میلی گرم در لیتر برسد. از این رو ، کمبود آن را با افزایش اسید فسفریک باید جبران کرد.

تصفیه شیمیایی بوسیله دی‌اکسید کربن

این روش همراه با آهک زدن انجام می‌گیرد.یعنی پس از آهک زدن شیره نیشکر ، باید آن را از دی‌اکسید کربن ، اشباع کرد. برای این منظور و برای بالا بردن درجه اشباع شدن ، دما را باید به 50 درجه سانتی‌گراد رسانید. در عین حال ، باید دقت کرد که دما از 55 درجه تجاوز نکند، زیرا در دمای بالاتر ، مقداری از ساکارز هیدرولیز شده ، به قند انورت یا به بیان دیگر ، به گلوکز و فروکتوز ، تبدیل می‌شود.

تبخیر و متبلور کردن شیره نیشکر

پس از اینکه شربت زلال بدست آمد، آن را تبخیر و تغلیظ می‌کنند تا غلظت ساکارز در محلول بالا برود. سپس بر اثر سرد کردن و متبلور شدن قند ، آن را به روش سانتریفوژ کردن و غیره جدا کرده و به صورت قند یا شکر عرضه می‌کنند.

مباحث مرتبط با عنوان

• اسید آمینه
• اسید کربوکسیلیک
• اسیدهای آلی
• اسید چرب
• چغندرقند
• ساکارز
• سلولز
• فروکتوز
• کربوهیدراتها
• گلوکز
• گلیکوژن
• ماکرومولکولها
• مواد قندی طبیعی
• نشاسته
• نیشکر

قندها در اصطلاح شیمی‌ ، طیف وسیعی از ترکیبات آلی را دربرمی‌گیرند که به کربوهیدرات‌ها یا هیدرات‌های کربن معروف‌اند و منوساکاریدها (قندهای ساده) ، دی‌ساکاریدها ، الیگوساکارید‌ها و پلی‌ساکاریدها یا مشتقات مربوط به آنها را شامل می‌شوند، مانند گلوکز ، فروکتوز ، ساکارز ، مالتوز ، جینتوبیوز ، ملیبیوز ، نشاسته ، گلیکوژن و ... .

اطلاعات اولیه

قند ساکارز (قند معمولی) است که از نظر ساختار یک دی‌ساکارید متشکل از گلوکز و فروکتوز است و انسان در تمام طول حیاتش از آن به صورت طبیعی استفاده کرده و می‌کند. مهمترین منبع ساکارز ، نیشکر و چغندرقند است.

تاریخچه نیشکر

برخی محل اولیه پیدایش نیشکر را گینه جدید می‌دانند که امروزه ایریان نامیده می‌شود. در این جزیره ، پس از آنکه گیاه نیشکر به صورت اهلی در آمده بود، طی سه مهاجرت که از حدود 8000 سال قبل از میلاد مسیح شروع شد، توسط بومیان به جزیره سلیمان ، جزایر هیبرید ، جزایر کالدونی و سپس به اندونزی ، فیلیپین و شمال هند برده شد و کشت و زرع آن در شمال خلیج بنگال توسعه یافت. آنگاه ، از هندوستان به ایران و از آنجا به سواحل مدیترانه و نواحی جنوبی فلسطین یعنی ناحیه‌ای بین بحرالمیت و دریای مدیترانه و از آنجا به اروپا و آمریکا برده شد. بنابر اسناد تاریخی ، کشت نیشکر در ایران از زمان حمله اسکندر به ایران رواج داشته است. در هر صورت ایرانیان نوآور واقعی صنعت تهیه قند و شکر تصفیه شده از نیشکرند.

تاریخچه چغندرقند

با وجود اینکه کشت چغندرقند سابقه طولانی دارد، ولی کشت صنعتی آن به منظور تهیه قند و شکر حدود 250 سال است که متداول شده است. پیش از آنکه ، عمدتا به عنوان علوفه دام مورد استفاده قرار می‌گرفت. در سال 1575 الیویه دوسر اعلام کرد که می‌توان از ریشه گیاه چغندرقند ، قند استخراج کرد و درستی این گفتار توسط آندره مارگراف ، شیمیدان آلمانی ، در سالهای 1745 تا 1747 به اثبات رسید و بالاخره توسط آشار ، شاگرد مارگراف ، اولین کارخانه قند تاسیس شد. توسعه صنعت قندسازی از چغندرقند در قرن نوزدهم شتاب ویژه‌ای پیدا کرد که نتیجه آن تولید دهها میلیون تن قند از ریشه این گیاه در سراسر جهان شد.

اجزای تشکیل دهنده نیشکر

مواد موجود در نیشکر و نسبت درصد آنها عبارتند از:

مواد خشبی (الیاف خشک سلولزی)	15ـ9 درصد
آب	80ـ70 درصد
ساکارز	17ـ10 درصد
قندهای انورت (شامل گلوکز و فروکتوز)	3ـ0.1 درصد
مواد آلی غیرقندی	1.2ـ0.5 درصد
مواد معدنی	0.3ـ0.1 درصد

اجزای تشکیل دهنده مواد خشبی عبارتند از:

سلولز	7.5ـ6.5 درصد
لیگنین	13.5ـ1.5 درصد
مواد پکتیکی	3.75ـ2.25 درصد
چربی و موم	0.5ـ9.3 درصد
آلبومین	0.3ـ0.2 درصد
مواد معدنی	0.5ـ0.3 درصد

ترکیبات معدنی در شیره نیشکر عبارتند از:

K2O	17ـ10 درصد
Na2O	جزئی
CaO	13ـ7 درصد
MgO	13ـ10 درصد
Al2O3+Fe2O3	جزئی
P2O5	15ـ5 درصد
SO3	9ـ7 درصد
Cl	جزئی
SiO2	50ـ35 درصد

مواد تشکیل دهنده عصاره چغندرقند

مواد موجود در شیره چغندرقند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از :

مواد نامحلول	%6ـ4
آب	%78ـ74
ساکارز	%20ـ14
قند انورت	%0.1
رافینوز	%0.02
مواد غیرقندی	%3ـ2

مواد نامحلول در شیره چغندرقند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از :

سلولز	%26
مواد نیمه سلولزی	%64
مواد پکتیکی	%64
مواد نیتروژن‌دار	%7
مواد معدنی	%3

مواد معدنی موجود در شیره چغندرقند و نسبت درصد تقریبی آنها عبارتند از :

K2O	%47
Na2O	%5.5
CaO	%5
MgO	%11
Al2O3+Fe2O3	%5
P2O5	%15
SO3	%6
Cl	%2.5
SiO2	جزئی

مواد آلی موجود در نیشکر

مواد چربی موجود در شیره نیشکر بیشتر استراسیدهای چرب یا مشتقات آنها مانند اسیدهای اولئیک ، پالمیتیک ، استئاریک و مقداری سوسیتین و فیتوسترین و مومها ترکیبات استری اسیدهای چرب با الکل میزیسیک ، می‌باشند.

• قند انورت : قند احیاکننده و معمولا شامل گلوکز و فروکتوز است.
  
  
• اسیدهای آلی : اسیدهای موجود در نیشکر بیشتر شامل اسیدهای گلیکولیک ، مالیک سوکسینیک ، تارتریک و سیتریک می‌باشد. در شیره نیشکر تخمیر شده ، اسید استیک نیز وجود دارد.
  
  
• مواد رنگی : دو نوع ماده رنگی در نیشکر وجود دارد. یکی از آنها کلروفیل است که همان سبزینه گیاهی است آن را از طریق جذب سطحی به کمک زغال فعال می‌توان خارج کرد. دیگری اوتاسیانین است که در آب حل می‌شود و در محیط اسیدی قرمز رنگ و در محیط قلیایی سبز رنگ است و به روش آهک زدن آن را می‌توان از شیره نیشکر خارج کرد.
  
  
• مواد نیتروژن‌دار : مواد نیتروژن‌دار موجود در نیشکر عبارتند از آلبومین ، اسپارازین ، گلوتامین ، و اسیدهای آمینه. در بین اسیدهای آمینه ، مقدار تیروزین و گلی‌کوکول (گلی‌سین) از همه بیشتر است که همراه با ملاس از نیشکر خارج می‌شوند.

تصفیه شیمیایی عصار ه نیشکر

در شربت قند بدست آمده ، معمولا مقداری ذرات ریز معلق و محلول وجود دارد. در گذشته بدون جدا کردن آنها ، شربت را تلغیظ و به صورت بلورهای ریز قرمز رنگ که شکر سرخ نامیده می‌شد، در می‌آوردند. این روش به روش لجستانی یا سیستانی یا سکزی معروف بود که امروزه نیز متداول است. بعدها روش تصفیه شیره نیشکر کامل‌ترشد، زیرا با افزودن مواد دیگری ، توانستند کیفیت استخراج قند را بهبود بخشند، اما امروزه از چهار ماده شیمیایی ، یعنی آهک زنده (و یا آب آهک) ، دی‌اکسید گوگرد ، اسید فسفریک و دی‌اکسید کربن برای این منظور استفاده می‌شود.

روشهای تصفیه شیمیایی

تصفیه شیمیایی بوسیله آهک

این روش معمولا برای ته‌نشین کردن مواد اضافی موجود در شربت قند بکار می‌رود. ابتدا به مقدار لازم آهک به شربت اضافه می‌کنند و آن را تا دمای 100 الی 105 درجه سانتیگراد گرم می‌کنند. تحت این شرایط ، بسیاری از مواد زاید به صورت گل ته‌نشین شده و شربتی زلال باقی می‌ماند که برای اجرای عملیات بعدی بکار گرفته می‌شود. عملیات آهک‌زنی ممکن است یک مرحله‌ای ، دو مرحله‌ای ، یا چند مرحله‌ای باشد. PH شربت بعد از افزایش آهک باید 7.2 تا 8.3 باشد.

تصفیه شیمیایی بوسیله SO₂

عمل تصفیه بوسیله SO₂ ممکن است پیش از آهک زدن و یا پس از آهک زدن صورت پذیرد. مقدار گوگرد مورد نیاز برای هر تن نیشکر بین 250 الی 500 گرم است. با استفاده از این روش شکر سفیدتر به دست می‌آید. بررسی رسوبات بدست آمده از روش آهک‌زنی و SO₂ زنی نشان می‌دهد که این رسوب‌ها مواد خشبی و سلولز ، چربی و موم ، آلبومین ، فسفات سدیم ، سیلیس و سولفات کلسیم ، خاک و شن و ... را شامل می‌شود.

تصفیه شیمیایی بوسیله اسید فسفریک

در شیره نیشکر معمولا مقداری اسید فسفریک وجود دارد. اسید فسفریکی که به صورت محلول در شیره نیشکر وجود دارد، در ترکیب با آهک به صورت فسفات تری کلسیم غیر محلول در می‌آید و ضمن رسوب کردن بسیاری از مواد زاید و رنگی را نیز با خود ته‌نشین می‌کند. مقدار اسید فسفریک مورد نیاز در شیره نیشکر باید تا مقدار 300 میلی گرم در لیتر برسد. از این رو ، کمبود آن را با افزایش اسید فسفریک باید جبران کرد.

تصفیه شیمیایی بوسیله دی‌اکسید کربن

این روش همراه با آهک زدن انجام می‌گیرد.یعنی پس از آهک زدن شیره نیشکر ، باید آن را از دی‌اکسیدکربن اشباع کرد. برای این منظور و برای بالا بردن درجه اشباع شدن ، دما را باید به 50 درجه سانتیگراد رسانید. در عین حال ، باید دقت کرد که دما از 55 درجه تجاوز نکند، زیرا در دمای بالاتر ، مقداری از ساکارز هیدرولیز شده ، به قند انورت یا به بیان دیگر ، به گلوکز و فروکتوز ، تبدیل می‌شود.

تبخیر و متبلور کردن شیره نیشکر

پس از اینکه شربت زلال بدست آمد، آن را تبخیر و تغلیظ می‌کنند، تا غلظت ساکارز در محلول بالا برود. سپس بر اثر سرد کردن و متبلور شدن قند آن را به روش سانتریفوژ کردن و غیره جدا کرده و به صورت قند یا شکر عرضه می‌کنند.

مباحث مرتبط با عنوان

• آلبومین
• اسیدهای آلی
• اسید چرب
• جینتوبیوز
• چغندرقند
• ساکارز
• سلولز
• فروکتوز
• قند انورت
• کربوهیدرات
• گلوکز
• گلیکوژن
• لیگنین
• مالتوز
• ملیبیوز
• مواد پکتیکی
• نشاسته
• نیشکر