Le sucre est l'un des aliments les plus consommés au monde, principalement issu de la canne à sucre et de la betterave sucrière. La production d'un sucre de haute qualité est un processus complexe comprenant plusieurs étapes : extraction, clarification, évaporation, cristallisation et raffinage. À chaque étape de la transformation du sucre, la qualité et la pureté du jus de sucre doivent être contrôlées avec précision. Les impuretés naturelles, telles que les particules colloïdales, les protéines, les pigments et les micro-organismes, peuvent nuire considérablement à l'efficacité de la clarification, de la filtration et de la cristallisation.
Les produits chimiques jouent un rôle crucial dans les procédés modernes de fabrication du sucre. Sans un contrôle chimique adéquat, ces impuretés peuvent provoquer l'entartrage, des problèmes de couleur et des pertes de rendement. Les produits chimiques utilisés dans la fabrication du sucre permettent non seulement d'améliorer l'efficacité et le rendement, mais aussi la qualité du produit, de réduire la consommation d'énergie et d'aider les usines à respecter les normes environnementales. Ces produits chimiques peuvent :
- Améliorer l'efficacité de la clarification et l'effet de séparation solide-liquide.
- Empêcher la prolifération des micro-organismes dans les jus de fruits et les sirops.
- Améliorer l'effet décolorant du sucre blanc granulé de haute pureté.
- Contrôler la formation de mousse et l'entartrage dans l'évaporateur et l'évaporateur sous vide.
Cet article prend la canne à sucre comme exemple pour résumer en détail le processus de fabrication du sucre. Il explique également comment différents produits chimiques – floculants, désinfectants, agents décolorants et antimousses – sont utilisés à chaque étape pour garantir un fonctionnement optimal et une production de sucre de haute qualité.
Procédé de production de sucre et application des produits chimiques
Préparation des matières premières
La production de sucre commence par la récolte et la préparation des matières premières. La canne à sucre est lavée et broyée pour éliminer la terre, les pierres et les feuilles. À ce stade, si le jus repose trop longtemps, des micro-organismes risquent de s'y développer. Afin de réduire la charge microbienne à la surface des matières premières et d'éviter la contamination ou l'altération du jus de sucre pendant la saccharification, des désinfectants sont parfois appliqués sur la canne à sucre, l'eau de stockage ou le matériel de nettoyage.
| Type de désinfectant | Concentration recommandée | Méthode d'application | Fonctions principales | Précautions | Avantages |
| Hypochlorite de sodium (NaClO) | 50 à 200 ppm de chlore libre | Pulvériser ou tremper la surface de la canne à sucre pendant 5 à 10 minutes | Stérilisation à large spectre, réduit la charge microbienne | Contrôler la concentration (généralement de 50 à 200 ppm de chlore libre). Éviter un excès de chlore résiduel dans le jus afin de prévenir les problèmes de coloration ou de cristallisation. Rincer ou égoutter après utilisation si nécessaire. | Stérilisation à large spectre ; faible coût. |
| Dichloroisocyanurate de sodium (SDIC) | 50 à 150 ppm de chlore libre | Pulvériser ou tremper la surface de la canne à sucre pendant 5 à 10 minutes | Haute stabilité, forte efficacité de stérilisation | Contrôler le chlore libre pour éviter d'affecter la cristallisation et la couleur du jus. | Plus stable que l'hypochlorite de sodium ; haute efficacité ; chlore résiduel contrôlé ; largement utilisé dans l'industrie agroalimentaire. |
| Peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) | 0,1 %–0,5 % | Ajouté à l'eau de nettoyage ou à la pulvérisation de surface | Stérilisation sans résidus, respectueuse de l'environnement | Concentration contrôlée ; généralement de 0,1 à 0,5 % pour le traitement de surface. Manipuler avec précaution pendant l’utilisation. | Se décompose sans laisser de résidus ; sûr et respectueux de l'environnement. |
| Eau chaude / Vapeur | Eau chaude à 80–90°C ou vapeur à 100°C | Rincer à l'eau chaude ou effectuer un traitement à la vapeur pendant 2 à 5 minutes | Stérilisation sans ajout de produits chimiques | Consommation énergétique élevée ; nécessite un équipement approprié ; respecter les consignes de sécurité. | Sans additifs chimiques ; réduit les résidus chimiques. |
| Nettoyage des installations / Désinfection de l'eau | SDIC, 50–100 ppm | Nettoyage du matériel et des véhicules de transport | Prévient la contamination secondaire | Remplacez et contrôlez régulièrement la concentration de chlore libre. | — |
Pratique recommandée
Lorsque la canne à sucre entre dans l'usine, elle subit un premier lavage à l'eau claire pour éliminer la terre et les impuretés.
Ensuite, la désinfection de surface est effectuée par pulvérisation d'une solution de SDIC à faible concentration ou d'hypochlorite de sodium selon les conditions.
Les sources d'eau et les équipements de nettoyage de la sucrerie doivent également être désinfectés régulièrement afin de garantir un environnement hygiénique général.
Extraction du jus
Après la première étape de nettoyage et de désinfection, l'étape suivante consiste à extraire le jus de la canne à sucre. Ce jus est généralement extrait par pression mécanique ou par diffusion. Cette étape implique de briser la structure dure de la canne à sucre et d'en extraire le jus.
Dans la plupart des cas, une presse à jus de canne à sucre se compose de trois broyeurs à cylindres associés à un hachoir ou à des lames rotatives. Après avoir été traitée sur un premier tapis roulant, la canne est acheminée vers un second tapis roulant pour en extraire davantage de jus. Avant ce transport, elle est aspergée d'eau afin d'optimiser l'extraction. Le résidu obtenu après l'extraction du jus est appelé bagasse.
Le jus contient des impuretés solubles et en suspension, notamment des fibres végétales, des protéines et même des particules de terre qui ont été complètement éliminées par lavage. Ces impuretés doivent être traitées afin d'améliorer l'efficacité des étapes ultérieures de clarification et de cristallisation.
Clarification du jus de canne à sucre
La clarification du jus est l'étape la plus cruciale du processus de fabrication du sucre. Elle vise à éliminer les impuretés (terre, protéines, colloïdes, acides organiques, etc.) du jus de canne à sucre et à améliorer sa pureté. On utilise généralement le procédé à la chaux, combiné à la flottation au phosphore ou à la carbonatation.
utilisation de produits chimiques
Chaux (CaO)/lait de chaux (Ca(OH)2) : Neutralise les substances acides et précipite les impuretés.
Dioxyde de carbone (CO₂)2) (utilisé dans la méthode de carbonatation) : Réagit avec la chaux pour former un précipité de carbonate de calcium, qui adsorbe les impuretés.
Agent floculant/coagulant : Aide les matières en suspension à se déposer rapidement.
Utilisés couramment : chlorure de polyaluminium (PAC), polyacrylamide (PAM), etc.
Soufre (SO₄)2) ou au sulfite de sodium : Il joue un rôle dans le blanchiment, la décoloration et la stérilisation lors de la flottation du phosphore.
Filtration et préchauffage
Après clarification, le jus doit être filtré pour éliminer les sédiments. Le préchauffage du jus avant évaporation est essentiel, car il permet de réduire sa viscosité et d'empêcher la prolifération microbienne.
Évaporation et concentration
Le jus de fruit est ensuite concentré en sirop à l'aide d'un évaporateur à effets multiples, ce qui réduit sa teneur en eau d'environ 85 % à 30-40 %. L'évaporation sous vide contribue à préserver la qualité du sucre, mais elle présente également certains défis opérationnels :
- Les protéines dissoutes et les tensioactifs provoquent la formation de mousse.
- Accumulation de tartre sur la surface de l'évaporateur.
Applications chimiques :
Antimousses : Antimousses à base de silicone pour la suppression de la mousse à haute température. Antimousses à base de polyéther et d’alcool gras adaptés aux jus de fruits à mousse moyenne.
Inhibiteurs/dispersants de tartre : Empêchent la formation de tartre de carbonate de calcium ou de sulfate dans l’évaporateur.
Impact : Un contrôle efficace de la mousse et une prévention du tartre garantissent une évaporation régulière, une efficacité de transfert de chaleur accrue et des temps d'arrêt réduits.
Cristallisation
La cristallisation, souvent appelée ébullition dans l'industrie sucrière, est une étape cruciale de la transformation du sirop de sucre concentré en cristaux de saccharose. Le sirop concentré est porté à ébullition sous vide pour initier la cristallisation. Une cristallisation réussie est essentielle au rendement en sucre, à la taille des cristaux et à leur couleur. Il s'agit d'un processus physico-chimique complexe visant à contrôler la taille et l'uniformité des cristaux de saccharose précipités.
On utilise souvent des agents antimousse dans ce procédé. Ces agents contrôlent la formation de mousse pendant l'ébullition, évitant ainsi le débordement du sirop.
La cristallisation stable augmente le rendement en sucre et réduit les pertes lors de la centrifugation.
Centrifugation et séparation
Après la cristallisation, les cristaux sont séparés de la mélasse par centrifugation, puis séchés par passage dans des tubes chauffants. La mélasse peut ensuite être transformée pour la production d'éthanol, d'aliments pour animaux ou pour d'autres usages.
Décoloration et raffinage
La décoloration et le raffinage constituent l'étape finale du processus de fabrication du sucre, principalement utilisée pour la production de sucre blanc raffiné de haute pureté (comme le sucre granulé ou le sucre candi). Cette étape nécessite l'utilisation de grandes quantités de produits chimiques et d'adsorbants.
Les produits chimiques couramment utilisés comprennent :
Charbon actif (poudre ou granulés) : Adsorbe les polyphénols, le caramel et autres pigments.
Résines décolorantes/résines échangeuses d'ions : éliminent les composés colorés ioniques et non ioniques.
Peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) : Oxyde les pigments restants, éclaircissant davantage la couleur du sirop.
Agents décolorants : Garantir de faibles valeurs ICUMSA et une haute qualité visuelle.
Ce qui précède décrit les principaux procédés et applications chimiques dans l'industrie sucrière.
Affichage des produits chimiques apparentés :
Comment les eaux usées de l'industrie sucrière sont-elles traitées ?
Les sucreries génèrent des eaux usées lors du processus de production du sucre. Ces eaux usées, de composition complexe et fortement polluantes, nécessitent un traitement systématique avant rejet.
Les eaux usées proviennent principalement du lavage des matières premières, du nettoyage des équipements, des eaux usées issues de la production de sucre, des eaux de refroidissement/condensats et des purges de chaudières. Ces eaux usées se caractérisent par une DCO et une DBO très élevées (dues à leur teneur en sucre), une forte concentration de matières en suspension, une biodégradabilité importante et contiennent parfois des hydrocarbures et des limons. Par conséquent, leur traitement repose généralement sur une combinaison de procédés : prétraitement, coagulation et sédimentation, traitement biologique et traitement avancé. Les méthodes de traitement courantes comprennent le traitement physique (tel que la sédimentation et la filtration), le traitement chimique (tel que la coagulation et la neutralisation) et le traitement biologique (tel que les procédés à boues activées et les zones humides artificielles).
Quels produits chimiques sont nécessaires pour traiter les eaux usées de l'industrie sucrière ?
Les étapes spécifiques et les applications chimiques sont les suivantes :
| Stade de traitement | But | Produits chimiques recommandés | Fonctions principales |
| 1. Lavage et prétraitement primaire des matières premières | Enlever le sable, la boue, les fibres et les matières en suspension. | PAC (chlorure de polyaluminium) | Coagulation rapide, élimination des SS et de la turbidité |
| PAM (Polyacrylamide) – Anionique/Non ionique | La formation de flocons favorise la sédimentation | ||
| Antimousse | Contrôle la mousse générée lors du lavage de la canne et de l'extraction du jus. | ||
| 2. Égalisation et ajustement du pH | Stabiliser la qualité de l'influent, ajuster le pH pour les procédés en aval | Chaux (CaO / Ca(OH)₂) | Augmente le pH, élimine partiellement la dureté. |
| Hydroxyde de sodium (NaOH) | Réglage précis du pH | ||
| Acide sulfurique / acide chlorhydrique | Abaisse le pH | ||
| Antimousse | Réduit la mousse dans le bassin d'égalisation | ||
| 3. Coagulation et floculation (sédimentation primaire) | Éliminer les matières en suspension, les colloïdes et la couleur ; réduire la DCO | PAC / PolyDADMAC / Polyamine | Coagulants primaires pour l'élimination de la turbidité et de la couleur |
| PAM (Anionique) | Améliore la résistance des flocs et la vitesse de sédimentation | ||
| Agents coagulants (par exemple, silicate de magnésium) | Améliore la clarté et la stabilité des performances | ||
| 4. Traitement biologique anaérobie (UASB, EGSB) | Réduire la charge organique élevée (DCO, DBO) | Additifs nutritifs (sources d'azote et de phosphore) | Maintenir l'activité microbienne et une biomasse saine |
| Correcteurs de pH | Maintenir un pH optimal (6,8–7,2) pour les bactéries anaérobies | ||
| Antimousse | Supprime la mousse liée au biogaz | ||
| 5. Traitement aérobie (boues activées, SBR) | Réduire davantage la DCO, la DBO et l'ammoniac | Additifs nutritifs (N et P) | Fournir des nutriments équilibrés aux micro-organismes |
| Antimousse | Contrôle la mousse pendant l'aération | ||
| Bioenzymes / Cultures microbiennes | Améliore l'efficacité de la dégradation biologique | ||
| 6. Traitement avancé (si des normes de sortie strictes s'appliquent) | Améliorer la clarté, éliminer les résidus de COD, SS et de couleur | Polyamine / PolyDADMAC | Élimination efficace de la décoloration et de la turbidité |
| PAC | Élimination supplémentaire du SS et des colloïdes | ||
| PAM (Poids moléculaire élevé) | Floculation et polissage final | ||
| charbon actif | Élimine la couleur, les odeurs et les résidus organiques. | ||
| 7. Désinfection et réutilisation de l'eau | Garantir la sécurité microbiologique avant rejet ou réutilisation | Hypochlorite de calcium | Désinfection puissante |
| Hypochlorite de sodium | désinfectant à dosage en ligne courant | ||
| SDIC (dichloroisocyanurate de sodium) | Libération de chlore stable et durable | ||
| TCCA (Acide trichloroisocyanurique) | Teneur élevée en chlore, chloration à libération lente |
La production de sucre est un processus industriel complexe qui exige un contrôle précis à chaque étape, depuis la préparation et l'extraction du jus jusqu'à la clarification, l'évaporation, la cristallisation, le raffinage et le traitement des eaux usées. Chaque étape présente ses propres défis, notamment les matières en suspension, la couleur, l'activité microbienne, la formation de mousse et l'entartrage. En intégrant des produits chimiques appropriés à chaque étape du processus de production, les sucreries peuvent augmenter leur rendement, améliorer la qualité des cristaux, intensifier la couleur, réduire les pertes et minimiser les temps d'arrêt. Parallèlement, des solutions chimiques optimisées contribuent à la protection de l'environnement grâce à un traitement plus efficace des eaux usées et à une réduction des déchets chimiques.
Choisir le bon partenaire chimique permet aux sucreries d'améliorer leur efficacité de production, de garantir une qualité de produit constante, de prolonger la durée de vie des équipements et d'atteindre une excellence opérationnelle à long terme.