Ултразвукова екстракция на захар от козетки от захарно цвекло
Ултразвуковата екстракция увеличава добива на извлечена захароза от захарно цвекло и значително намалява продължителността на процеса на екстракция. Уникирането е проста и безопасна техника, която може лесно да се комбинира със сегашната технология за извличане на противотоков поток, за да се подобри ефективността на екстракцията.
Ултразвукова екстракция на захарно цвекло
Ултразвуковата екстракция се основава на принципа на работа на акустична или ултразвукова кавитация. Механичните ефекти, които се генерират от ултразвуково индуцирана кавитация, причиняват сонопорация и разрушаване на клетъчните стени, което впоследствие увеличава пропускливостта на молекулите, уловени във вътрешността на клетката. Кавитационно причиненото течение на течности и микротурбуленциите подобряват преноса на маса в процеса на екстракция, така че захарозата и други молекули се прехвърлят в разтворителя, т.е. водата.
Ултразвуков уред UIP4000hdT за промишлена екстракция на захарно цвекло.
- Ултразвукова предварителна обработка (преди противоточна кула)
- Уникиране по време на противоточна екстракция
- Ултразвукова последваща обработка (след противоточна кула)
В зависимост от съществуващото съоръжение за извличане, производствените цели и наличното пространство, ултразвукът може лесно да бъде преоборудван като предварителна или последваща обработка, както и по време на извличане на противотоков поток.
Ултразвукова предварителна обработка на козетки от захарно цвекло
Ултразвуковата предварителна обработка на козетки от захарно цвекло е техника за засилване на процеса. Ултразвуковите екстрактори могат лесно да се комбинират с противотокови кули за извличане на поток, които се използват главно за екстракция на захарно цвекло. Краткото ултразвук на козетите от захарно цвекло, преди да влязат в системата за противоток на екстракция, помага за разрушаване и отваряне на клетъчните стени. Ултразвукът насърчава преноса на маса между разтворителя (т.е. водата) и цвеклото, така че вътреклетъчните молекули като захароза се прехвърлят от вътрешността на клетката към разтворителя. Ултразвуковата предварителна обработка на козетки от захарно цвекло улеснява и ускорява извличането на захароза в противоточната колона.
SEM (200×) от проби от захарно цвекло, ултразвукови при 400 W при 50°C за различно време на екстракция. А) противотоков поток на извличане на козетки; Б) след ОАЕ за 10 минути; В) след ОАЕ за 20 минути; Г) след ОАЕ за 40 мин. Ултразвуковата екстракция нарушава клетъчните стени и освобождава вътреклетъчния материал.
(©Fu et al., 2013)
Сравнение на ултразвукова и противоточна екстракция
Fu et al. (2013) сравняват традиционната противоточна екстракция с ултразвукова екстракция на захароза от захарно цвекло. Резултатите от проучването показват, че ултразвукът води до по-висок добив с превъзходна чистота, докато времето за извличане е значително намалено от 70 минути (противоток) на 40 минути (ултразвук). Ултразвуково асистираната екстракция (ОАЕ) води до по-ниска концентрация на колоидни примеси (особено пектини) и дава по-висок добив на захароза (94,0±0,15%). Извлеченият сок с висока чистота (92,6±0,11%). (срв. Fu et al., 2013)
Тъй като съоръженията за производство на захар вече са оборудвани с конвенционални противотокови екстракционни кули, комбинацията от синергична ултразвук със съществуващата инсталация обикновено се предпочита. За да се приложи ултразвукова екстракция на захароза по най-ефективния и икономичен начин, ултразвуковата екстракция може да бъде инсталирана като синергично третиране преди, по време или след конвенционална противоточна екстракция. Тъй като ултразвукът нарушава клетките на захарното цвекло и освобождава захарозата от клетките, продължителността на обработката с противотоков поток може да бъде намалена, докато добивът на захароза се увеличава.
- Ускорен процес
- по-високи добиви
- Интензификация на процеса
- Синергетични ефекти с противотокови системи
- лесно преоборудване
- Лесно тестване
- Линейна мащабируемост
- ниска поддръжка
- Бърза възвръщаемост на инвестициите
Високоефективни ултразвукови екстрактори
Hielscher Ultrasonics’ extraction systems are used worldwide in food and pharma for the commercial production of high quality extracts used as food products, dietary supplements or pharmaceuticals. Wether you want to test and optimise ultrasonic processing parameters on bench-top level or install a fully-industrial ultrasonic extraction system for inline production, Hielscher Ultrasonics has the suitable ultrasonic extraction setup for you. A small foot print and flexible installation options allow for retro-fitting even in a crammed processing facility.
Стандартизация на процеса с Hielscher Ultrasonics
Продуктите, предназначени за хранителни цели, трябва да се произвеждат в съответствие с добрите производствени практики (ДПП) и при стандартизирани спецификации за обработка. Hielscher Ultrasonics’ цифровите системи за екстракция са снабдени с интелигентен софтуер, който улеснява прецизното настройване и управление на процеса на сониране. Автоматичното записване на данни записва всички параметри на ултразвуковия процес, като ултразвукова енергия (обща и нетна енергия), амплитуда, температура, налягане (когато са монтирани сензори за температура и налягане) с дата и час на вградената SD-карта. Това ви позволява да ревизирате всяка обработена с ултразвук партида . Същевременно се осигурява възпроизводимост и постоянно високо качество на продукта.
Hielscher Ultrasonics’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Високомощни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да летец и промишлен мащаб.
Литература / Препратки
- 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.
Факти, които си струва да знаете
Производство на захар
Захарозата, известна още като трапезна захар, се произвежда главно от захарна тръстика и от захарно цвекло (Beta vulgaris). Захарта, т.е. захарозата, се извлича от цвекло с помощта на гореща вода в многоетапен процес, при който сокът от сурова захар се извлича в дифузия с гореща вода в противоточна система. След това захарният сок се концентрира под вакуум, последвано от циклично измиване и накрая изсушаване.
След прибиране на реколтата корените на цвеклото се транспортират до завода за преработка на захар, където цвеклото се измива и след това механично се нарязва на тънко нарязани ивици, така наречените косети. Козетите се подават в противоточна система за извличане на поток. Противоточната система работи чрез дифузия и извлича съдържанието на захар от козетите в гореща вода.
Противоточковите дифузионни системи са дълги реактори или високи кули/колони от няколко метра, в които козетите текат в една посока (нагоре), докато горещата вода тече в обратна посока (надолу по течението). Съвременните инсталации за извличане на кули имат капацитет за преработка до 17 000 метрични тона на ден. Типичното време за задържане на косетките в противотоковата кула е около 90 минути, докато водата остава само 45 минути в дифузорната колона. Основното предимство на противотоковите поточни системи е намаленото използване на вода в сравнение с мацерацията на захарно цвекло в реактор с гореща вода. Разтворът на захарен сок, който се произвежда в противотоковата дифузионна система, се нарича суров сок. Цветът на суровия сок може да варира от черно до тъмночервено в зависимост от нивото на окисление.
Отработените козети излизат от дифузионната система като пулпа с около 95% влага, но ниско съдържание на захароза.
Влажната каша се пресова с винтова преса до около 75% влага, за да се възстанови останалата захароза от пулпата.
Останалата каша се изсушава и се използва главно като храна за животни.
Карбонизацията се прилага за отстраняване на примесите от суровия сок, преди да може да се утаи до захарни кристали. Следователно суровият сок се смесва с горещо варово мляко, т.е. суспензия на калциев хидроксид във вода. По време на карбонизацията примеси като сулфати, фосфати, цитрати и оксалати се утаяват. Те се утаяват под формата на калциеви соли и по-големи органични молекули, например протеини, пектини и сапонини. Освен това, алкалната стойност на рН превръща простите захари глюкоза и фруктоза заедно с аминокиселината глутамин, в химически стабилни карбоксилни киселини, които могат да бъдат отстранени по-късно чрез филтрация, тъй като тези молекули биха попречили на кристализацията.
В следващия етап на процеса въглеродният диоксид се пропуска през разтвора на алкална захар, утаявайки вар като калциев карбонат. Частиците калциев карбонат свързват някои примеси. Тежките частици се утаяват в резервоара и могат да бъдат отстранени чрез филтриране. След тези стъпки на пречистване и почистване се получава така нареченият тънък сок. Разреденият сок може да се третира с калцинирана сода, за да се регулира стойността на pH, както и със съединение на основата на сяра, за да се намали оцветяването, което може да възникне поради термично разлагане на монозахаридите.
Изпарението се използва за концентриране на тънкия сок с помощта на системи за изпаряване с множество ефекти, така че тънкият сок да се превърне в гъст сок. Гъстият сок има приблизително 60% захароза по тегло.
В последната стъпка гъстият сок се обработва в кристализатори. Чрез добавяне и разтваряне на рециклирана захар се получава така наречената майчина течност. Маточната течност се концентрира допълнително чрез варене под вакуум в големи съдове, известни като вакуумни тигани, и много фини захарни кристали се добавят като точки за засяване. Тези кристали растат, когато захарта от майчината течност се образува около тях. Получената смес от захарен кристал / сироп се нарича massecuite, френски термин, който означава “варена маса”. The massecuite is fed into a centrifuge, where the “High Green syrup” is removed from the massecuite by centrifugal force. After a centrifucagtion, water is then sprayed into the centrifuge to wash the sugar crystals, which produces a so-called “Low Green syrup”. The centrifuge then spins at very high speeds to partially dry the crystals. When the centrifuge slows down, the sugar is scraped from centrifuge walls onto a conveyer system to transport the sugar into a rotation granulator where it is dried by warm air. The dry, clean sugar crystals are ready to be sold to refineries or food manufacturers for further treatment or use.