Álcool e Açúcar - Unidade III - Cozimento

Álcool e Açúcar - Unidade III - Cozimento

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Unidade III – Cozimento

1. Concentração do Caldo

O objetivo da evaporação é concentrar o caldo clarificado, produzindo o xarope com uma 60 – 70º brix.

A concentração do caldo, por motivos técnicos e econômicos é realizada em duas etapas. A primeira em evaporadores de múltiplos efeitos aquecidos a vapor, produzindo xarope.

A segunda etapa realiza-se em evaporadores de simples efeito, aquecidos a vapor, denominados cozedores. Nestes o caldo entra na forma de xarope e sai na forma de massa cozida, na qual a sacarose apresenta-se parcialmente cristalizada.

1.1 Limite entre a Evaporação e o Cozimento

A evaporação é programada para que a concentração do xarope fique entre 60 e 70º brix, sendo recomendado 65º brix.

É possível obter a evaporação até 75º brix, porém os cozedores precisam de um xarope ainda capaz de dissolver os falsos cristais formados durante o início do cozimento. A evaporação é realizada em evaporadores em múltiplos efeitos por questão de economia.

Com a concentração ocorre um aumento na viscosidade do xarope, tornando mais denso e viscoso, passando a ser denominado “massa cozida”, de difícil circulação nos tubos aquecedores e de vazo a vazo. Por isso o cozimento é realizado em um evaporador de único efeito.

Quando o caldo é submetido ao processo de concentração, sua viscosidade aumenta rapidamente e concomitante com o Brix, de tal forma que, quando este alcança 70 a 80 Brix, se inicia o surgimento dos cristais de sacarose.

Nesse momento, a massa transforma-se, passando do estado líquido a um estado meio sólido, meio líquido, caracterizando a massa cozida. Esta redução de fluidez torna imperativa a mudança na forma de sua manipulação. Sua consistência não mais permite ferver esta massa em tubos de pequenos diâmetros, nem circular com facilidade de um evaporador a outro.

Assim, a evaporação nesta etapa passa a ser realizada em evaporadores de simples efeito com detalhes e adaptações efetuadas em função das características do produto a ser concentrado. Esta etapa da concentração é o cozimento.

1.2 Evaporadores de Simples Efeito (Cozedores)

  • Semelhantes a um evaporador do conjunto de múltiplo efeito, são independentes e cada um acha-se ligado a um condensador e a uma bomba de vácuo;

  • Trabalham em torno de 60ºC, num vácuo de 62 – 65 cm Hg;

Os cozedores têm fundo cônico, visando facilitar a descarga da massa cozida. Nessa região encontra-se a válvula de descarga. Nos múltiplo-efeito utilizam-se tubos com diâmetro interno de 27 a 46 mm, já nos cozedores utilizam diâmetros de 100 mm (4 ”). O tubo central (poço central) da calandra tem diâmetro de 40% do diâmetro do corpo.

  • Devem ser retos, para reduzir pontos mortos e facilitar a circulação da massa;

  • Fundo o menor possível;

  • Volume da calandra 1/3 do volume total da massa;

  • Calandra fixa com tubos de 0,90 a 1,0 m de altura;

  • Altura da massa acima da calandra:máximo de 1,5 m;

  • Relação superfície/volume da ordem de 7,0 m2/m3;

  • Entrada única de vapor;

  • Espelho em aço inox 304, tubos em inox e paredes revestidas por chapa de inox, para evitar formação de ferrugem e reações com polifenois, que escurecem a massa.

1.3 Concentração da Massa Cozida

O Brix da massa cozida é proveniente dos sólidos dissolvidos no licor mãe, mais o açúcar contido na massa de cristais. No cozimento, eleva-se a concentração até o máximo possível, podendo-se atingir um Brix 100, o que corresponde a 94% de matérias dissolvidas reais. Na prática, não ultrapassa 96%.

Exemplo:

Partindo de 1000 kg de caldo a 13° Brix, concentrando em múltiplo efeito até 65° Brix, a água evaporada foi de 800 kg. A seguir, no cozimento, concentrou-se até 96º Brix, evaporando nesta etapa mais 65 kg de água. A quantidade de água evaporada no múltiplo efeito é muito maior que no cozimento. Este fato contribui para a economia do processo, já que no múltiplo efeito utiliza-se vapor vegetal.

1.4 Conceitos

A solubilidade da sacarose na água aumenta rapidamente com o aumento da temperatura. A 40°C dissolve-se 2,334 kg de sacarose pura em 1 kg de água. A 80°C este valor passa para 3,703 kg de sacarose pura.

1.4.1 Caldo

Solução impura. Estas impurezas diminuem a solubilidade da sacarose. A maior influência é devida à presença de glicose e frutose. No caldo de cana, a sacarose tem seu ponto de saturação em concentração menor do teria em solução de água pura.

1.4.2 Solubilidade (q)

Solubilidade é a relação entre a massa de sacarose e água, numa solução saturada, a uma dada temperatura.

1.4.3 Coeficiente de Saturação ou coeficiente de Solubilidade (s)

A solubilidade da sacarose diminui consideravelmente na presença de açúcares redutores. É comum relaciona o valor de (s) com a pureza (p).

Tabela 1.3.1 Pureza x Solubilidade

Pureza (p) %

Solubilidade (s)

100

1,00

90

0,98

80

0,95

70

0,91

60

0,85

50

0,80

40

0,73

30

0,65

1.4.4 Supersaturação

a) Coeficiente de Supersaturação (ss)

b) Três regiões ou Zonas de Supersaturação

1. Metaestável: ss variando de 1,0 a 1,2. É a região mais próxima à saturação e nela não há a formação de cristais. Se forem adicionados cristais de sacarose à solução nesta região, estes crescerão, fazendo o coeficiente de supersaturação tender para o seu limite inferior, igual a 1,0.

2. Região ou Zona Intermediária: ss variando de 1,2 a 1,3. Não há também nesta zona, cristalização em ausência de cristais, mas se forem adicionados à solução, não somente estes crescerão, como haverá a formação de novos cristais e, conseqüentemente, o índice ss decrescerá.

Se a região metaestável for atingida, cessará a formação de cristais, mas continuará o crescimento dos cristais, até que o valor de ss atinja 1,0.

3. Região ou Zona Lábil: ss maior que 1,3. Nesta região haverá sempre a formação de novos cristais, quer em presença, quer em ausência de outros cristais.

No cozimento, a supersaturação do licor mãe deve permanecer na zona metaestável superior. Para caldos, a pureza influi muito nos valores de ss.

O limite superior da zona metaestável apresenta-se como uma função inversa da pureza do caldo. Para uma pureza 60, esse limite é 1,55; para pureza 70 este valor é 1,30 e para 80 atinge 1,25.

1.5 Velocidade de Cristalização

A velocidade de cristalização é função de:

a) Viscosidade

O aumento de viscosidade diminui a mobilidade e retarda a cristalização.

b) Temperatura

O aumento da temperatura implica em diminuição da viscosidade e diminuição de ss. Se T diminui, é preciso aumentar ss para manter a velocidade de cristalização. A velocidade de cristalização é a mesma nas seguintes condições: ss = 1,25 a 70ºC; 1,30 a 60ºC e 1,35 a 50ºC; 1,40 a 40ºC.

c) Coeficiente de Supersaturação (ss)

A velocidade de absorção da sacarose pelos cristais é proporcional ao quadrado da supersaturação. Na prática, o valor de ss não deve ultrapassar 1,44, acima do qual a cristalização se realiza de modo desordenado, com abundante formação de falso cristal.

d) Pureza do Licor Mãe

A velocidade de cristalização diminui rapidamente quando a pureza do licor mãe diminui. Por este motivo, um cozimento de de baixa pureza exige mais tempo que uma massa cozida de primeira.

Em valores relativos, pode-se afirmar que para uma pureza 100, tem-se uma velocidade de cristalização 100. Para uma pureza 90, a velocidade de cristalização cai pra 30 e para uma pureza 80, a velocidade cai pra 10 (Pureza = (Pol / Brix) x 100).

e) Movimentação da Massa Cozida

Aumenta a velocidade de cristalização. A pureza do licor mãe é o mais importante efeito. Massas cozidas de 3ª gastam até vários dias para cristalizar.

2. Cozimento

Com um vácuo de 62 a 65 cm de Hg, adiciona-se xarope até cobrir a calandra e matem a mesma coberta durante a concentração, pois respingos de xarope sobre a superfície de aquecimento implicariam em caramelização de açúcar.

2.1 Métodos de Condução do Cozimento (Granagem)

a) Método de Espera

Este método consiste em alimentar o cozedor com xarope, enquanto processa a evaporação da água. Há um aumento do ss. Quando este atinge 1,1 a 1,2 (metaestável), nada ocorre, pois não tem cristais. Quando ss atinge a região intermediária, também não ocorre cristalização.

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