Şəkər çuğunduru yonqarlarından şəkərin ultrasəslə ekstraksiyası
Ultrasəslə ekstraksiya şəkər çuğunduru yonqarlarından çıxarılan saxarozanın çıxımını artırır və ekstraksiya prosesinin müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Ultrasəslə işləmə sadə və təhlükəsiz üsuldur və ekstraksiyanın səmərəliliyini artırmaq üçün mövcud əksaxınlı ekstraksiya texnologiyası ilə asanlıqla birləşdirilə bilər.
Şəkər çuğunduru yonqarlarının ultrasəslə ekstraksiyası
Ultrasəs dəstəkli ekstraksiya akustik və ya ultrasəs kavitasiyasının iş prinsipinə əsaslanır. Ultrasəsin yaratdığı kavitasiyadan yaranan mexaniki təsirlər sonoporasiyaya və hüceyrə divarlarının dağılmasına səbəb olur ki, bu da sonradan hüceyrə daxilində qalmış molekulların keçiriciliyini artırır. Kavitasiyanın yaratdığı maye axınları və mikroturbulentlik ekstraksiya prosesində kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır, beləliklə, saxaroza və digər molekullar həllediciyə, yəni suya keçir.
Ultrasəs cihazı UIP4000hdT sənaye miqyasında şəkər çuğundurunun ekstraksiyası üçün.
- Ultrasəslə ilkin işləmə (əksaxınlı qüllədən əvvəl)
- Əksaxınlı ekstraksiya zamanı ultrasəslə işləmə
- Ultrasəslə sonrakı işləmə (əksaxınlı qüllədən sonra)
Mövcud ekstraksiya qurğusundan, istehsal hədəflərindən və mövcud sahədən asılı olaraq, ultrasəslə işləmə ilkin və ya sonrakı işləmə kimi, eləcə də əksaxınlı ekstraksiya zamanı tətbiq olunmaq üçün mövcud sistemə asanlıqla əlavə edilə bilər.
Şəkər çuğunduru yonqarlarının ultrasəslə ilkin işlənməsi
Şəkər çuğunduru yonqarlarının ultrasəslə ilkin işlənməsi prosesi intensivləşdirən üsuldur. Ultrasəs ekstraktorları əsasən şəkər çuğundurunun ekstraksiyası üçün istifadə olunan əksaxınlı ekstraksiya qüllələri ilə asanlıqla birləşdirilə bilər. Şəkər çuğunduru yonqarlarının əksaxınlı ekstraksiya sisteminə daxil olmamışdan əvvəl qısa müddət ultrasəslə işlənməsi hüceyrə divarlarının dağılmasına və açılmasına kömək edir. Ultrasəslə işləmə həlledici (yəni su) ilə çuğundur yonqarları arasında kütlə ötürülməsini gücləndirir, beləliklə, saxaroza kimi hüceyrədaxili molekullar hüceyrənin daxilindən həllediciyə keçir. Şəkər çuğunduru yonqarlarının ultrasəslə ilkin işlənməsi əksaxınlı kolonda saxarozanın ekstraksiyasını asanlaşdırır və sürətləndirir.
Müxtəlif ekstraksiya müddətlərində 400 W gücdə, 50°C temperaturda ultrasəslə işlənmiş şəkər çuğunduru yonqarı nümunələrinin SEM (200×) təsvirləri. A) yonqarların əksaxınlı ekstraksiyası; B) 10 min UAE-dən sonra; C) 20 min UAE-dən sonra; D) 40 min UAE-dən sonra. Ultrasəslə ekstraksiya hüceyrə divarlarını dağıdır və hüceyrədaxili materialı sərbəst buraxır.
(©Fu et al., 2013)
Ultrasəslə ekstraksiyanın əksaxınlı ekstraksiya ilə müqayisəsi
Fu et al. (2013) ənənəvi əksaxınlı ekstraksiyanı şəkər çuğunduru yonqarlarından saxarozanın ultrasəslə ekstraksiyası ilə müqayisə etmişlər. Tədqiqatın nəticələri göstərmişdir ki, ultrasəslə işləmə daha yüksək təmizlik dərəcəsinə malik məhsulun daha yüksək çıxımını təmin etmiş, ekstraksiya müddəti isə 70 min. (əksaxınlı ekstraksiya) ilə müqayisədə 40 min. (ultrasəslə işləmə) qədər əhəmiyyətli dərəcədə azalmışdır. Ultrasəs dəstəkli ekstraksiya (UAE) kolloid qarışıqların (xüsusilə pektinlərin) daha aşağı konsentrasiyasını və daha yüksək saxaroza çıxımını (94,0±0,15%) təmin edir. Ekstraksiya edilmiş şirənin təmizlik dərəcəsi yüksəkdir (92,6±0,11%). (bax: Fu et al., 2013)
Şəkər istehsalı müəssisələri artıq ənənəvi əksaxınlı ekstraksiya qüllələri ilə təchiz olunduğundan, adətən sinergik ultrasəslə işləmənin mövcud qurğu ilə birləşdirilməsinə üstünlük verilir. Saxarozanın ultrasəslə ekstraksiyasını xərc və vaxt baxımından ən səmərəli şəkildə tətbiq etmək üçün ultrasəslə ekstraksiya ənənəvi əksaxınlı ekstraksiyadan əvvəl, onun gedişində və ya ondan sonra sinergik işləmə kimi quraşdırıla bilər. Ultrasəslə işləmə şəkər çuğundurunun hüceyrələrini dağıtdığı və saxarozanı hüceyrələrdən sərbəst buraxdığı üçün əksaxınlı işləmə müddəti azaldıla, saxaroza çıxımı isə artırıla bilər.
- Sürətləndirilmiş proses
- Daha yüksək çıxım
- Prosesin intensivləşdirilməsi
- Əksaxınlı sistemlərlə sinergik təsirlər
- Mövcud sistemə asan əlavə edilmə
- Sadə sınaq
- Miqyasın xətti artırılması imkanı
- Az texniki xidmət tələbi
- İnvestisiyanın sürətli geri dönüşü
Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs ekstraktorları
Hielscher Ultrasonics şirkətinin ekstraksiya sistemləri qida məhsulları, qida əlavələri və ya dərman preparatları kimi istifadə olunan yüksək keyfiyyətli ekstraktların kommersiya istehsalı üçün bütün dünyada qida və əczaçılıq sənayesində istifadə edilir. İstər laboratoriya masası səviyyəsində ultrasəslə emal parametrlərini sınaqdan keçirmək və optimallaşdırmaq, istərsə də axında istehsal üçün tam sənaye miqyaslı ultrasəslə ekstraksiya sistemi quraşdırmaq istəyin, Hielscher Ultrasonics sizin üçün uyğun ultrasəslə ekstraksiya qurğusuna malikdir. Az yer tutması və çevik quraşdırma seçimləri hətta darısqal emal müəssisəsində belə mövcud sistemə əlavə edilməsinə imkan verir.
Hielscher Ultrasonics ilə prosesin standartlaşdırılması
Qida üçün yararlı məhsullar Yaxşı İstehsalat Təcrübələrinə (GMP) uyğun və standartlaşdırılmış emal spesifikasiyaları əsasında istehsal edilməlidir. Hielscher Ultrasonics şirkətinin rəqəmsal ekstraksiya sistemləri ultrasəslə işləmə prosesini dəqiq təyin etməyi və idarə etməyi asanlaşdıran ağıllı proqram təminatı ilə təchiz olunur. Avtomatik məlumat qeydi ultrasəs enerjisi (ümumi və xalis enerji), amplituda, temperatur və təzyiq (temperatur və təzyiq sensorları quraşdırıldıqda) kimi bütün ultrasəs prosesi parametrlərini tarix və vaxt nişanı ilə daxili SD-karta yazır. Bu, ultrasəslə emal edilmiş hər bir partiyanı nəzərdən keçirməyə imkan verir. Eyni zamanda, nəticələrin təkrarlana bilməsi və məhsulun davamlı yüksək keyfiyyəti təmin edilir.
Hielscher Ultrasonics şirkətinin sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 rejimində fasiləsiz işləmə asanlıqla həyata keçirilə bilər. Daha da yüksək amplitudalar üçün xüsusi sifarişlə hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Hielscher şirkətinin ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır yük altında və çətin şəraitdə 24/7 rejimində işləməyə imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir:
| Partiya həcmi | Həcm sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1 – 500mL | 10 – 200mL/min | UP100H |
| 10 – 2000mL | 20 – 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 – 20L | 0,2 – 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 – 100L | 2 – 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 – 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | bu cihazlardan ibarət qrup: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Yüksək güclü ultrasəs homogenizatorları laboratoriya miqyasından pilot və sənaye miqyasına qədər.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Bilməyə dəyər faktlar
Şəkər istehsalı
Süfrə şəkəri kimi də tanınan saxaroza əsasən şəkər qamışından və şəkər çuğundurundan (Beta vulgaris) istehsal edilir. Şəkər, yəni saxaroza, isti sudan istifadə edilən çoxmərhələli prosesdə çuğundurdan ekstraksiya olunur; bu prosesdə xam şəkər şirəsi əksaxınlı sistemdə isti su ilə diffuziya yolu ilə çıxarılır. Daha sonra şəkər şirəsi vakuum altında qatılaşdırılır, ardınca dövri yuma və nəhayət qurutma aparılır.
Məhsul yığımından sonra çuğundur kökləri şəkər emalı zavoduna daşınır; burada çuğundurlar yuyulur, sonra isə mexaniki üsulla yonqar adlanan nazik zolaqlar şəklində doğranır. Yonqarlar əksaxınlı ekstraksiya sisteminə verilir. Əksaxınlı sistem diffuziya prinsipi ilə işləyir və yonqarlardakı şəkəri isti suya keçirir.
Əksaxınlı diffuziya sistemləri uzun reaktorlardan və ya hündürlüyü bir neçə metr olan qüllələrdən / kolonlardan ibarətdir; burada yonqarlar bir istiqamətdə (yuxarıya), isti su isə əks istiqamətdə (axının aşağı istiqamətində) hərəkət edir. Müasir qülləli ekstraksiya qurğuları gündə 17.000 metrik tona qədər emal gücünə malikdir. Yonqarların əksaxınlı qüllədə tipik qalma müddəti təqribən 90 min., suyun diffuziya kolonunda qalma müddəti isə yalnız 45 min. təşkil edir. Əksaxınlı sistemlərin əsas üstünlüyü isti su reaktorunda şəkər çuğundurunun maserasiyası ilə müqayisədə su sərfinin azalmasıdır. Əksaxınlı diffuziya sistemində alınan şəkər şirəsi məhlulu xam şirə adlanır. Xam şirənin rəngi oksidləşmə dərəcəsindən asılı olaraq qaradan tünd qırmızıya qədər dəyişə bilər.
İşlənmiş yonqarlar diffuziya sistemindən nəmliyi təqribən 95% olan, lakin saxaroza miqdarı az olan cecə şəklində çıxır.
Cecədə qalan saxarozanı geri almaq üçün nəm cecə şnekli presdə sıxılaraq nəmliyi təqribən 75%-ə endirilir.
Qalan cecə qurudulur və əsasən heyvan yemi kimi istifadə olunur.
Xam şirədən şəkər kristalları çökdürülməzdən əvvəl qarışıqları uzaqlaşdırmaq üçün karbonatlaşdırma tətbiq edilir. Buna görə xam şirə isti əhəng südü, yəni kalsium hidroksidin suda suspenziyası ilə qarışdırılır. Karbonatlaşdırma zamanı sulfatlar, fosfatlar, sitrat və oksalatlar kimi qarışıqlar çökür. Onlar kalsium duzları və daha iri üzvi molekullar, məsələn, zülallar, pektinlər və saponinlər şəklində çökür. Bundan əlavə, qələvi pH qiyməti sadə şəkərlər olan qlükoza və fruktozanı, eləcə də qlutamin amin turşusunu kimyəvi cəhətdən sabit karboksil turşularına çevirir; bu turşular sonradan filtrasiya yolu ilə uzaqlaşdırıla bilər, çünki həmin molekullar kristallaşmaya mane olardı.
Növbəti proses mərhələsində karbon dioksid qələvi şəkər məhlulundan qabarcıqlar şəklində keçirilir və əhəng kalsium karbonat şəklində çökdürülür. Kalsium karbonat hissəcikləri bəzi qarışıqları özünə bağlayır. Ağır hissəciklər çəndə çökür və filtrasiya yolu ilə uzaqlaşdırıla bilər. Bu saflaşdırma və təmizləmə mərhələlərindən sonra duru şirə adlanan məhsul alınır. pH qiymətini tənzimləmək üçün duru şirə kalsinə edilmiş soda ilə, həmçinin monosaxaridlərin termik parçalanması nəticəsində yarana bilən rənglənməni azaltmaq üçün kükürd əsaslı birləşmə ilə işlənə bilər.
Duru şirəni qatılaşdırmaq üçün çoxkorpuslu buxarlandırma sistemlərində buxarlandırmadan istifadə edilir və beləliklə, duru şirə qatı şirəyə çevrilir. Qatı şirədə kütlə üzrə təqribən 60% saxaroza olur.
Son mərhələdə qatı şirə kristallaşdırıcılarda işlənir. Təkrar istifadə olunan şəkərin əlavə edilib həll olunması ilə ana məhlul adlanan məhlul alınır. Ana məhlul vakuum aparatları kimi tanınan böyük qablarda vakuum altında qaynadılaraq daha da qatılaşdırılır və kristallaşma nüvələri kimi çox xırda şəkər kristalları əlavə edilir. Ana məhluldakı şəkər bu kristalların ətrafında əmələ gəldikcə kristallar böyüyür. Alınan şəkər kristalı / şərbət qarışığı fransızca “bişirilmiş kütlə” mənasını verən massecuite termini ilə adlandırılır. Massecuite sentrifuqaya verilir və burada “High Green şərbəti” mərkəzdənqaçma qüvvəsi ilə massecuite-dən ayrılır. Sentrifuqalamadan sonra şəkər kristallarını yumaq üçün sentrifuqaya su püskürdülür və bunun nəticəsində “Low Green şərbəti” adlanan şərbət alınır. Daha sonra kristalları qismən qurutmaq üçün sentrifuqa çox yüksək sürətlə fırlanır. Sentrifuqanın sürəti azaldıqda şəkər onun divarlarından sıyrılaraq konveyer sisteminə ötürülür; bu sistem şəkəri fırlanan qranulyatora daşıyır və orada şəkər isti hava ilə qurudulur. Quru, təmiz şəkər kristalları əlavə emal və ya istifadə üçün rafinasiya müəssisələrinə və ya qida istehsalçılarına satılmağa hazırdır.