Ultrazvučna ekstrakcija šećera iz kozeta šećerne repe
Ultrazvučna ekstrakcija povećava prinos ekstrahirane saharoze iz kozeta šećerne repe i značajno skraćuje trajanje procesa ekstrakcije. Sonikacija je jednostavna i sigurna tehnika, koja se lako može kombinovati sa trenutnom tehnologijom ekstrakcije protivstrujnog toka kako bi se poboljšala efikasnost ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija kozete šećerne repe
Ekstrakcija uz pomoć ultrazvuka zasniva se na principu rada akustične ili ultrazvučne kavitacije. Mehanički efekti, koji nastaju ultrazvučno indukovanom kavitacijom, uzrokuju sonoporaciju i narušavanje ćelijskih zidova, što potom povećava propusnost molekula zarobljenih u unutrašnjosti ćelije. Kavitacijsko uzrokovano strujanje tekućine i mikroturbulencije poboljšavaju prijenos mase u procesu ekstrakcije, tako da se saharoza i drugi molekuli prenose u rastvarač, odnosno vodu.
Ultrasonicator UIP4000hdT za industrijsku ekstrakciju šećerne repe.
- Ultrazvučna predtretman (prije protustrujnog tornja)
- Sonikacija tijekom protustrujne ekstrakcije
- Ultrazvučna naknadna obrada (nakon protustrujnog tornja)
U zavisnosti od postojećeg pogona za ekstrakciju, proizvodnih ciljeva i raspoloživog prostora, sonikacija se može lako naknadno ugraditi kao pre- ili naknadni tretman, kao i tokom ekstrakcije protivstrujnog toka.
Ultrazvučna predtretman kozeta od šećerne repe
Ultrazvučna predtretman kozeta šećerne repe je tehnika koja intenzivira proces. Ultrazvučni ekstraktori se lako mogu kombinovati sa protustrujnim tornjevima za ekstrakciju, koji se uglavnom koriste za ekstrakciju šećerne repe. Kratka sonikacija koseta šećerne repe pre nego što uđu u sistem za ekstrakciju protiv struje pomaže da se poremete i otvore ćelijski zidovi. Ultrazvučna obrada pospješuje prijenos mase između rastvarača (tj. vode) i kozeta repe, tako da se intracelularni molekuli kao što je saharoza prenose iz unutrašnjosti ćelije u rastvarač. Ultrazvučna predtretman kozeta šećerne repe olakšava i ubrzava ekstrakciju saharoze u protustrujnoj koloni.
SEM (200×) uzoraka kozeta šećerne repe soniciranih na 400 W na 50°C za različito vrijeme ekstrakcije. A) protivstrujni tok ekstrakcije koseta; B) nakon UAE 10 min; C) nakon UAE 20 min; D) nakon UAE 40 min. Ultrazvučna ekstrakcija razbija ćelijske zidove i oslobađa intracelularni materijal.
(©Lu et al., 2013.)
Poređenje ultrazvučne i kontrastrujne ekstrakcije
Fu et al. (2013) uporedili su tradicionalnu protustrujnu ekstrakciju sa ultrazvučnom ekstrakcijom saharoze iz kozete šećerne repe. Rezultati studije su pokazali da je sonikacija rezultirala većim prinosom vrhunske čistoće, dok je vrijeme ekstrakcije značajno smanjeno sa 70 min. (protivstruja) do 40 min. (sonifikacija). Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) rezultira nižom koncentracijom koloidnih nečistoća (posebno pektina) i daje veći prinos saharoze (94,0±0,15%). Ekstrahovani sok visoke čistoće (92,6±0,11%). (usp. Fu et al., 2013.)
Budući da su pogoni za proizvodnju šećera već opremljeni konvencionalnim protustrujnim tornjevima za ekstrakciju, općenito se preferira kombinacija sinergističke sonikacije sa postojećom instalacijom. Kako bi se ultrazvučna ekstrakcija saharoze primijenila na troškovno i vremenski najefikasniji način, ultrazvučna ekstrakcija se može instalirati kao sinergistički tretman prije, za vrijeme ili nakon konvencionalne ekstrakcijske struje protiv struje. Kako ultrazvuk razbija ćelije šećerne repe i oslobađa saharozu iz ćelija, trajanje tretmana protivstrujnim protokom može se smanjiti, dok je prinos saharoze povećan.
- Ubrzani proces
- Veći prinosi
- intenziviranje procesa
- Sinergetski efekti sa protivstrujnim sistemima
- Jednostavna naknadna ugradnja
- Jednostavno testiranje
- linearnu skalabilnost
- nisko održavanje
- Fast RoI
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi
Sustavi za ekstrakciju kompanije Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta u hrani i farmaciji za komercijalnu proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata koji se koriste kao prehrambeni proizvodi, dijetetski suplementi ili farmaceutski proizvodi. Bilo da želite testirati i optimizirati parametre ultrazvučne obrade na vrhunskom nivou ili instalirati potpuno industrijski ultrazvučni sustav ekstrakcije za inline proizvodnju, Hielscher Ultrasonics ima odgovarajuće podešavanje ultrazvučne ekstrakcije za vas. Mali otisak i fleksibilne opcije instalacije omogućavaju naknadnu ugradnju čak i u pretrpanom pogonu za obradu.
Standardizacija procesa sa Hielscher Ultrasonics
Prehrambeni proizvodi treba da se proizvode u skladu sa dobrom proizvodnom praksom (GMP) i prema standardizovanim specifikacijama obrade. Hielscher Ultrasonics digitalni sustavi za ekstrakciju dolaze s inteligentnim softverom, koji olakšava precizno postavljanje i kontrolu procesa sonikacije. Automatsko snimanje podataka zapisuje sve ultrazvučne parametre procesa kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura, pritisak (kada su senzori temperature i pritiska montirani) sa datumom i vremenskom oznakom na ugrađenoj SD kartici. Ovo vam omogućava da revidirate svaku ultrazvučno obrađenu seriju. Istovremeno se osigurava ponovljivost i kontinuirano visok kvalitet proizvoda.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od lab to pilot i industrijski skala.
Literatura / Reference
- Fu et al. (2013): The ultrasonic-assisted extraction of sugar from sugar beet cossettes. International Sugar Journal, Sept. 2013. 696-700.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
proizvodnja šećera
Saharoza, poznata i kao konzumni šećer, uglavnom se proizvodi od šećerne trske i šećerne repe (Beta vulgaris). Šećer, tj. saharoza, ekstrahuje se iz cvekle pomoću tople vode u procesu u više koraka, gde se sok od sirovog šećera ekstrahuje difuzijom tople vode u sistemu protivstrujnog toka. Zatim se šećerni sok koncentriše pod vakuumom, nakon čega slijedi ciklično pranje i na kraju sušenje.
Nakon berbe, korijen repe se transportuje u postrojenje za preradu šećera, gdje se repa opere i zatim mehanički seče na tanke trake, tzv. kozete. Kosete se ubacuju u sistem za ekstrakciju protivstrujnog toka. Protivstrujni sistem radi difuzijom i ispira sadržaj šećera iz kozeta u toplu vodu.
Protivstrujni difuzioni sistemi su dugi reaktori ili visoki tornjevi/stubovi od nekoliko metara u kojima kozete teku u jednom smjeru (gore), dok topla voda teče u suprotnom smjeru (nizvodno). Moderna postrojenja za ekstrakciju tornjeva imaju kapacitet prerade do 17.000 metričkih tona dnevno. Tipično vrijeme zadržavanja kozeta u protustrujnom tornju je cca. 90 min., dok vode ostaje samo 45 min. u koloni difuzora. Glavna prednost protustrujnih sistema je smanjena potrošnja vode u poređenju sa maceracijom šećerne repe u reaktoru s toplom vodom. Rastvor šećernog soka koji se proizvodi u sistemu protivstrujne difuzije naziva se sirovi sok. Boja sirovog soka može varirati od crne do tamno crvene u zavisnosti od nivoa oksidacije.
Potrošena kozeta izlazi iz difuzionog sistema kao pulpa sa cca. 95% vlage, ali nizak sadržaj saharoze.
Vlažna pulpa se pritisne vijčanom presom do cca. 75% vlage za obnavljanje preostale saharoze iz pulpe.
Preostala pulpa se suši i koristi uglavnom kao stočna hrana.
Karbonacija se primjenjuje kako bi se uklonile nečistoće iz sirovog soka prije nego što se istaloži do kristala šećera. Zbog toga se sirovi sok pomeša sa vrelim mlekom limete, odnosno suspenzijom kalcijum hidroksida u vodi. Tokom karbonatacije talože se nečistoće kao što su sulfati, fosfati, citrati i oksalati. Talože se u obliku kalcijevih soli i većih organskih molekula, npr. proteina, pektina i saponina. Osim toga, alkalna pH vrijednost pretvara jednostavne šećere glukozu i fruktozu zajedno sa aminokiselinom glutaminom u kemijski stabilne karboksilne kiseline, koje se kasnije mogu ukloniti filtracijom, jer bi ti molekuli ometali kristalizaciju.
U sljedećem koraku procesa, ugljični dioksid se propušta kroz alkalni rastvor šećera, taloži vapno kao kalcijum karbonat. Čestice kalcijum karbonata vezuju neke nečistoće. Teške čestice se talože u rezervoaru i mogu se ukloniti filtracijom. Nakon ovih koraka pročišćavanja i čišćenja dobija se takozvani retki sok. Rijetki sok se može tretirati kalciniranom sodom kako bi se podesila pH vrijednost, kao i spojem na bazi sumpora kako bi se smanjila boja koja bi mogla nastati zbog termičke razgradnje monosaharida.
Isparavanje se koristi za koncentriranje rijetkastog soka korištenjem sistema za isparavanje s višestrukim djelovanjem, tako da se rijetki sok pretvara u gust sok. Gusti sok ima cca. 60% saharoze po masi.
U završnom koraku, gusti sok se tretira u kristalizatorima. Dodavanjem i otapanjem recikliranog šećera nastaje takozvana matična tečnost. Matična tečnost se dalje koncentriše ključanjem pod vakuumom u velikim posudama, poznatim kao vakumske posude, a kao mesto zasijavanja dodaju se vrlo fini kristali šećera. Ovi kristali rastu kako se oko njih formira šećer iz matične tečnosti. Dobivena mješavina kristala šećera/sirupa naziva se masecuite, što francuski izraz znači “kuvana masa”. Masekut se ubacuje u centrifugu, gdje se centrifugalnom silom iz masekuta uklanja “High Green sirup”. Nakon centrifugiranja, voda se zatim raspršuje u centrifugu da se isperu kristali šećera, čime se proizvodi takozvani “Low Green sirup”. Centrifuga se zatim okreće vrlo velikom brzinom kako bi se kristali djelimično osušili. Kada se centrifuga uspori, šećer se struže sa zidova centrifuge na transportni sistem kako bi se šećer transportirao u rotacijski granulator gdje se suši toplim zrakom. Suhi, čisti kristali šećera spremni su za prodaju rafinerijama ili proizvođačima hrane za daljnju obradu ili upotrebu.