استخراج السكر بالموجات فوق الصوتية من كوسيت بنجر السكر
استخراج بالموجات فوق الصوتية يعزز غلة السكروز المستخرج من كوسيت بنجر السكر ويقلل من مدة عملية الاستخراج بشكل كبير. Sonication هي تقنية بسيطة وآمنة ، والتي يمكن دمجها بسهولة مع تقنية استخراج التدفق المعاكس الحالية من أجل تحسين كفاءة الاستخراج.
استخراج السكر البنجر بالموجات فوق الصوتية كوسيت
يعتمد الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية على مبدأ عمل التجويف الصوتي أو بالموجات فوق الصوتية. الآثار الميكانيكية ، التي يتم إنشاؤها عن طريق التجويف المستحث بالموجات فوق الصوتية ، تسبب sono-poration وتعطيل جدران الخلايا ، مما يزيد في وقت لاحق من نفاذية الجزيئات المحاصرة في داخل الخلية. يعمل تدفق السائل الناجم عن التجويف والاضطرابات الدقيقة على تحسين النقل الجماعي لعملية الاستخراج ، بحيث يتم نقل السكروز والجزيئات الأخرى إلى المذيب ، أي الماء.
الموجات فوق الصوتية UIP4000hdT لاستخراج بنجر السكر الصناعي.
- المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية (قبل برج التيار المعاكس)
- سونيكاتيون أثناء استخراج التيار المعاكس
- العلاج اللاحق بالموجات فوق الصوتية (بعد برج التيار المعاكس)
اعتمادا على منشأة الاستخراج الحالية وأهداف الإنتاج والمساحة المتاحة ، يمكن بسهولة تركيب صوتنة الرجعية كما قبل أو بعد المعالجة وكذلك أثناء استخراج تدفق التيار المعاكس.
المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية ل Sugar Beet Cossettes
المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية ل cossettes بنجر السكر هي تقنية تكثيف العملية. يمكن دمج المستخلصات بالموجات فوق الصوتية بسهولة مع أبراج استخراج التدفق المعاكس للتيار ، والتي تستخدم بشكل أساسي لاستخراج بنجر السكر. صوتنة قصيرة من cossettes بنجر السكر قبل دخولها إلى نظام استخراج التيار المعاكس تساعد على تعطيل وفتح جدران الخلايا. الموجات فوق الصوتية يعزز نقل الكتلة بين المذيب (أي الماء) والبنجر cossettes ، بحيث يتم نقل الجزيئات داخل الخلايا مثل السكروز من داخل الخلية إلى المذيب. المعالجة المسبقة بالموجات فوق الصوتية لكوسيت بنجر السكر تسهل وتسرع استخراج السكروز في عمود تدفق التيار المعاكس.
SEM (200×) من عينات كوسيت بنجر السكر صوتي عند 400 واط عند 50 درجة مئوية لوقت استخراج مختلف. أ) تدفق التيار المعاكس لاستخراج cossettes ؛ ب) بعد الإمارات العربية المتحدة لمدة 10 دقائق ؛ ج) بعد الإمارات العربية المتحدة لمدة 20 دقيقة ؛ د) بعد الإمارات لمدة 40 دقيقة. استخراج بالموجات فوق الصوتية يعطل جدران الخلايا ويطلق المواد داخل الخلايا.
(©Fu وآخرون، 2013)
مقارنة بين استخراج بالموجات فوق الصوتية مقابل التيار المعاكس
قارن Fu et al. (2013) استخراج التدفق التقليدي للتيار المعاكس مع الاستخراج بالموجات فوق الصوتية للسكروز من كوسيت بنجر السكر. أظهرت نتائج الدراسة أن صوتنة أدى إلى ارتفاع العائد من نقاء متفوقة، في حين تم تقليل وقت استخراج بشكل كبير من 70 دقيقة (عكس التيار) إلى 40 دقيقة (صوتنة). ينتج عن الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) تركيز شوائب غروي أقل (خاصة البكتين) ، ويعطي عائدا أعلى من السكروز (94.0±0.15٪). العصير المستخرج عالي النقاء (92.6±0.11٪). (راجع فو وآخرون ، 2013)
نظرا لأن مرافق إنتاج السكر مجهزة بالفعل بأبراج استخراج التيار المعاكس التقليدية ، فإن الجمع بين الصوتنة التآزرية مع التركيب الحالي يفضل بشكل عام. من أجل تطبيق استخراج السكروز بالموجات فوق الصوتية بأكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة والوقت ، يمكن تثبيت الاستخراج بالموجات فوق الصوتية كعلاج تآزري قبل أو أثناء أو بعد استخراج تدفق التيار المعاكس التقليدي. كما صوتنة يعطل خلايا بنجر السكر ويطلق السكروز من الخلايا، يمكن تقليل مدة العلاج تدفق التيار المعاكس، في حين يتم تعزيز العائد السكروز.
- عملية متسارعة
- عوائد أعلى
- تكثيف العملية
- التأثيرات التآزرية مع أنظمة التيار المعاكس
- سهولة التركيب الرجعي
- اختبار بسيط
- قابلية التوسع الخطي
- صيانة منخفضة
- عائد استثمار سريع
مستخلصات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء
Hielscher Ultrasonics’ تُستخدم أنظمة الاستخلاص في جميع أنحاء العالم في قطاعي الأغذية والأدوية للإنتاج التجاري لمستخلصات عالية الجودة تُستخدم كمنتجات غذائية أو مكملات غذائية أو مستحضرات صيدلانية. سواء كنت ترغب في اختبار معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتحسينها على مستوى المختبر، أو تركيب نظام استخلاص بالموجات فوق الصوتية صناعي بالكامل للإنتاج المتسلسل، فإن شركة Hielscher Ultrasonics لديها نظام الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية المناسب لك. تتيح المساحة الصغيرة وخيارات التركيب المرنة إمكانية التعديل التحديثي حتى في منشآت المعالجة المكتظة.
توحيد العملية مع الموجات فوق الصوتية Hielscher
يجب أن يتم إنتاج المنتجات الغذائية وفقًا لممارسات التصنيع الجيدة (GMP) وبموجب مواصفات معالجة موحدة. هيلشر للموجات فوق الصوتية’ تأتي أنظمة الاستخراج الرقمية مزودة ببرنامج ذكي، مما يجعل من السهل ضبط عملية الصوتنة والتحكم فيها بدقة. يقوم تسجيل البيانات التلقائي بكتابة جميع معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية مثل طاقة الموجات فوق الصوتية (الطاقة الكلية والصافية) والسعة ودرجة الحرارة والضغط (عند تركيب مستشعرات الحرارة والضغط) مع ختم التاريخ والوقت على بطاقة SD المدمجة. يسمح لك هذا بمراجعة كل دفعة تمت معالجتها بالموجات فوق الصوتية. وفي الوقت نفسه، يتم ضمان قابلية التكرار وجودة المنتج العالية باستمرار.
Hielscher Ultrasonics’ يمكن للمعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية تقديم سعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Fu et al. (2013): The ultrasonic-assisted extraction of sugar from sugar beet cossettes. International Sugar Journal, Sept. 2013. 696-700.
- Hedayati K., Emadi B., Khojastehpour M., Beyraghi Toosi Sh. (2014): The Effect Of Ultrasonic Waves On Sugar Extraction And Mechanical Properties Of Sugar Beet. Journal of Agricultural Machinery Volume 3, Issue 2, 2014. 144-153.
- Martín-García Beatriz; Pasini, Federica; Verardo, Vito; Díaz-de-Cerio, Elixabet; Tylewicz, Urszula; Gómez-Caravaca, Ana María; Caboni Maria Fiorenza (2019): Optimization of Sonotrode Ultrasonic-Assisted Extraction of Proanthocyanidins from Brewers’ Spent Grains. Antioxidants 2019, 8, 282.
حقائق تستحق المعرفة
إنتاج السكر
يتم إنتاج السكروز ، المعروف أيضا باسم سكر المائدة ، بشكل أساسي من قصب السكر ومن بنجر السكر (Beta vulgaris). يتم استخراج السكر ، أي السكروز ، من البنجر باستخدام الماء الساخن في عملية متعددة الخطوات ، حيث يتم استخراج عصير السكر الخام في انتشار الماء الساخن في نظام تدفق التيار المعاكس. بعد ذلك ، يتركز عصير السكر تحت الفراغ ، يليه الغسيل الدوري وأخيرا التجفيف.
بعد الحصاد ، يتم نقل جذور البنجر إلى مصنع معالجة السكر ، حيث يتم غسل البنجر ثم تقطيعه ميكانيكيا إلى شرائح رقيقة ، ما يسمى cossettes. يتم تغذية الكوسيت في نظام استخراج التدفق المعاكس. يعمل نظام التيار المعاكس عن طريق الانتشار ويرشح محتوى السكر من الكوسيت إلى الماء الساخن.
أنظمة انتشار التيار المعاكس عبارة عن مفاعلات طويلة أو أبراج / أعمدة عالية بعدة أمتار تتدفق فيها القشور في اتجاه واحد (لأعلى) بينما يتدفق الماء الساخن في الاتجاه المعاكس (المصب). تتمتع محطات استخراج الأبراج الحديثة بقدرة معالجة تصل إلى 17000 طن متري في اليوم. يبلغ وقت الاحتفاظ النموذجي للكوسيت في برج التيار المعاكس حوالي 90 دقيقة ، بينما يظل الماء 45 دقيقة فقط في عمود الناشر. الميزة الرئيسية لأنظمة التدفق المعاكس للتيار هي تقليل استخدام المياه عند مقارنتها بنقع بنجر السكر في مفاعل الماء الساخن. يسمى محلول عصير السكر الذي يتم إنتاجه في نظام انتشار التيار المعاكس بالعصير الخام. يمكن أن يختلف لون العصير الخام بين الأسود إلى الأحمر الداكن حسب مستوى الأكسدة.
تخرج الكوسيت المستهلكة من نظام الانتشار على شكل لب مع رطوبة 95٪ تقريبا ، ولكن محتوى السكروز منخفض.
يتم ضغط اللب الرطب بمكبس لولبي إلى حوالي 75٪ رطوبة لاستعادة السكروز المتبقي من اللب.
يتم تجفيف اللب المتبقي ويستخدم بشكل رئيسي كعلف للحيوانات.
يتم تطبيق الكربنة لإزالة الشوائب من العصير الخام قبل أن يتم ترسيبها إلى بلورات السكر. لذلك ، يتم خلط العصير الخام مع الحليب الساخن من الجير ، أي تعليق هيدروكسيد الكالسيوم في الماء. أثناء الكربنة ، تترسب الشوائب مثل الكبريتات والفوسفات والسترات والأكسالات. تترسب في شكل أملاح الكالسيوم والجزيئات العضوية الأكبر ، مثل البروتينات والبكتين والصابونين. بالإضافة إلى ذلك، تحول قيمة الأس الهيدروجيني القلوي السكريات البسيطة الجلوكوز والفركتوز مع حمض الجلوتامين الأميني، إلى أحماض كربوكسيلية مستقرة كيميائيا، والتي يمكن إزالتها لاحقا عن طريق الترشيح؛ لأن هذه الجزيئات تتداخل مع التبلور.
في خطوة العملية التالية ، يتم فقاعات ثاني أكسيد الكربون من خلال محلول السكر القلوي ، مما يؤدي إلى ترسب الجير في صورة كربونات الكالسيوم. تربط جزيئات كربونات الكالسيوم بعض الشوائب. تستقر الجسيمات الثقيلة في الخزان ويمكن إزالتها عن طريق الترشيح. بعد خطوات التنقية والتنظيف هذه ، يتم الحصول على ما يسمى بالعصير الرقيق. يمكن معالجة العصير الرقيق برماد الصودا لضبط قيمة الأس الهيدروجيني وكذلك بمركب قائم على الكبريت لتقليل التلوين ، والذي قد يحدث بسبب التحلل الحراري للسكريات الأحادية.
يستخدم التبخر لتركيز العصير الرقيق باستخدام أنظمة تبخير متعددة التأثيرات ، بحيث يتحول العصير الرقيق إلى عصير سميك. يحتوي العصير السميك على حوالي 60٪ سكروز بالوزن.
في الخطوة الأخيرة ، يتم التعامل مع العصير السميك في التبلورات. عن طريق إضافة وإذابة السكر المعاد تدويره ، يتم إنتاج ما يسمى الخمور الأم. يتركز الخمور الأم بشكل أكبر عن طريق الغليان تحت فراغ في أوعية كبيرة ، تعرف باسم المقالي المفرغة ، وتضاف بلورات السكر الدقيقة جدا كنقاط بذر. تنمو هذه البلورات مع تشكل السكر من الخمور الأم حولها. يسمى خليط بلورات السكر / الشراب الناتج ب massecuite ، وهو مصطلح فرنسي يعني “كتلة مطبوخة”. يتم إدخال الماسيكويت إلى جهاز الطرد المركزي، حيث “شراب «هاي غرين»” يتم إزالته من الماسيكويت بواسطة قوة الطرد المركزي. وبعد عملية الطرد المركزي، يتم رش الماء داخل جهاز الطرد المركزي لغسل بلورات السكر، مما ينتج ما يُعرف باسم “شراب «لو غرين»”. ثم تدور آلة الطرد المركزي بسرعات عالية جدًّا لتجفيف البلورات جزئيًّا. وعندما تتباطأ سرعة آلة الطرد المركزي، يُكشط السكر من جدرانها إلى نظام ناقل لنقله إلى آلة تحبيب دوارة حيث يتم تجفيفه بالهواء الدافئ. تصبح بلورات السكر الجافة والنظيفة جاهزة للبيع إلى مصافي التكرير أو شركات تصنيع الأغذية لمزيد من المعالجة أو الاستخدام.