Ultrazvuková extrakce cukru z cukrové řepy
Ultrazvuková extrakce zvyšuje výtěžnost extrahované sacharózy z cukrové řepy a výrazně zkracuje dobu extrakčního procesu. Sonikace je jednoduchá a bezpečná technika, kterou lze snadno kombinovat se současnou technologií extrakce protiproudým tokem za účelem zlepšení účinnosti extrakce.
Ultrazvuková extrakce cukrové řepy Cossette
Ultrazvukem asistovaná extrakce je založena na pracovním principu akustické nebo ultrazvukové kavitace. Mechanické účinky, které jsou generovány ultrazvukem indukovanou kavitací, způsobují sonoporaci a narušení buněčných stěn, což následně zvyšuje propustnost molekul zachycených v nitru buňky. Kavitačně způsobené proudění kapaliny a mikroturbulence zlepšují přenos hmoty v procesu extrakce, takže sacharóza a další molekuly jsou přenášeny do rozpouštědla, tj. vody.
Ultrasonicator UIP4000hdT pro průmyslovou extrakci cukrové řepy.
- Ultrazvuková předúprava (před protiproudou věží)
- Sonikace během protiproudé extrakce
- Ultrazvuková následná úprava (po protiproudé věži)
V závislosti na stávajícím extrakčním zařízení, výrobních cílech a dostupném prostoru lze sonikaci snadno dodatečně vybavit jako předběžnou nebo následnou úpravu, stejně jako během extrakce protiproudého toku.
Ultrazvuková předúprava cukrořepných řízků
Ultrazvuková předúprava cukrové řepy je technika zintenzivňující proces. Ultrazvukové extraktory lze snadno kombinovat s protiproudými odsávacími věžemi, které se používají především pro extrakci cukrové řepy. Krátká sonikace cukrové řepy cossettes před tím, než vstoupí do protiproudého extrakčního systému, pomáhá narušit a otevřít buněčné stěny. Ultrazvuku podporuje přenos hmoty mezi rozpouštědlem (tj. vodou) a řepnými kozami, takže intracelulární molekuly, jako je sacharóza, jsou přeneseny z vnitřku buňky do rozpouštědla. Ultrazvuková předúprava koz cukrové řepy usnadňuje a urychluje extrakci sacharózy v protiproudé průtokové koloně.
SEM (200×) vzorků cossette cukrové řepy sonikované při 400 W při 50 °C pro různou dobu extrakce. A) protiproudý tok extrakce kozet; B) po SAE po dobu 10 minut; C) po SAE po dobu 20 minut; D) po SAE po dobu 40 min. Ultrazvuková extrakce narušuje buněčné stěny a uvolňuje intracelulární materiál.
(©Lu et al., 2013)
Porovnání ultrazvukové vs. protiproudé extrakce
Fu et al. (2013) porovnávali tradiční extrakci protiproudým tokem s ultrazvukovou extrakcí sacharózy z cossety cukrové řepy. Výsledky studie ukázaly, že sonikace vedla k vyššímu výtěžku vynikající čistoty, zatímco doba extrakce byla významně snížena ze 70 min. (protiproud) na 40 min. (sonikace). Ultrazvukem asistovaná extrakce (SAE) vede k nižší koncentraci koloidních nečistot (zejména pektinů) a poskytuje vyšší výtěžek sacharózy (94,0±0,15%). Extrahovaná šťáva vysoké čistoty (92,6±0,11%). (srov. Fu et al., 2013)
Vzhledem k tomu, že zařízení na výrobu cukru jsou již vybavena konvenčními protiproudými těžebními věžemi, je obecně upřednostňována kombinace synergické sonikace se stávající instalací. Aby bylo možné aplikovat ultrazvukovou extrakci sacharózy nákladově a časově nejefektivnějším způsobem, může být ultrazvuková extrakce instalována jako synergické ošetření před, během nebo po konvenční extrakci protiproudým tokem. Vzhledem k tomu, že sonikace narušuje buňky cukrové řepy a uvolňuje sacharózu z buněk, může se doba ošetření protiproudým tokem zkrátit, zatímco výtěžek sacharózy se zvyšuje.
- Zrychlený proces
- Vyšší výnosy
- intenzifikace procesu
- Synergické efekty s protiproudými systémy
- Snadná dodatečná montáž
- Jednoduché testování
- Lineární škálovatelnost
- Nízké nároky na údržbu
- Rychlá návratnost investic
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory
Hielscher Ultrazvuk' extrakční systémy se používají po celém světě v potravinářství a farmacii pro komerční výrobu vysoce kvalitních extraktů používaných jako potravinářské výrobky, doplňky stravy nebo léčiva. Ať už chcete testovat a optimalizovat parametry ultrazvukového zpracování na stolní úrovni nebo instalovat plně průmyslový ultrazvukový extrakční systém pro inline výrobu, Hielscher Ultrasonics má pro vás vhodné nastavení ultrazvukové extrakce. Malá stopa a flexibilní možnosti instalace umožňují dodatečnou montáž i v přeplněném zpracovatelském zařízení.
Standardizace procesů s Hielscher Ultrasonics
Potravinářské výrobky by měly být vyráběny v souladu se správnou výrobní praxí (GMP) a podle standardizovaných specifikací zpracování. Digitální extrakční systémy Hielscher Ultrasonics přicházejí s inteligentním softwarem, který usnadňuje přesné nastavení a ovládání procesu sonikace. Automatický záznam dat zapisuje všechny parametry ultrazvukového procesu, jako je ultrazvuková energie (celková a čistá energie), amplituda, teplota, tlak (pokud jsou namontovány snímače teploty a tlaku) s datem a časem stamp na vestavěnou SD kartu. To vám umožní revidovat každou ultrazvukem zpracovanou šarži . Současně je zajištěna reprodukovatelnost a trvale vysoká kvalita výrobků.
Hielscher Ultrasonics’ Průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k pilot a industriální škála.
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.
Fakta, která stojí za to vědět
Výroba cukru
Sacharóza, známá také jako stolní cukr, se vyrábí hlavně z cukrové třtiny a z cukrové řepy (Beta vulgaris). Cukr, tj. sacharóza, se extrahuje z řepy pomocí horké vody ve vícestupňovém procesu, kdy se surová cukerná šťáva extrahuje difúzí horké vody v systému s protiproudým tokem. Poté se cukerná šťáva koncentruje ve vakuu, následuje cyklické praní a nakonec sušení.
Po sklizni jsou kořeny řepy převezeny do cukrovaru, kde se řepa promyje a poté mechanicky nakrájí na tenké plátky nakrájené proužky, tzv. cossettes. Kozy jsou přiváděny do protiproudého odsávacího systému. Protiproudý systém funguje na principu difúze a vyluhuje obsah cukru z koz do horké vody.
Protiproudé difúzní systémy jsou dlouhé reaktory nebo vysoké stožáry / sloupy o délce několika metrů, ve kterých kozy proudí jedním směrem (nahoru), zatímco horká voda proudí opačným směrem (po proudu). Moderní věžová těžební zařízení mají zpracovatelskou kapacitu až 17 000 metrických tun denně. Typická doba zdržení kosetů v protiproudé věži je cca 90 min., zatímco v koloně difuzoru zůstává voda pouze 45 min. Hlavní výhodou systémů s protiproudým průtokem je snížená spotřeba vody ve srovnání s macerací cukrové řepy v horkovodním reaktoru. Roztok cukerné šťávy, který se vyrábí v protiproudém difúzním systému, se nazývá surová šťáva. Barva surové šťávy se může lišit od černé po tmavě červenou v závislosti na úrovni oxidace.
Upotřebené kozy opouštějí difúzní systém jako buničina s přibližně 95% vlhkostí, ale nízkým obsahem sacharózy.
Vlhká dužina se lisuje šnekovým lisem na přibližně 75% vlhkosti, aby se z dužiny získala zbývající sacharóza.
Zbylá dužina se suší a používá hlavně jako krmivo pro zvířata.
Karbonatace se používá k odstranění nečistot ze surové šťávy před tím, než může být vysrážena na krystaly cukru. Surová šťáva se proto smíchá s horkým vápenným mlékem, tj. suspenzí hydroxidu vápenatého ve vodě. Během karbonatace se vysráží nečistoty, jako jsou sírany, fosforečnany, citrat a oxaláty. Vysráží se ve formě vápenatých solí a větších organických molekul, např. bílkovin, pektinů a saponinů. Zásaditá hodnota pH navíc přeměňuje jednoduché cukry glukózu a fruktózu spolu s aminokyselinou glutaminem na chemicky stabilní karboxylové kyseliny, které lze později odstranit filtrací, protože tyto molekuly by narušovaly krystalizaci.
V následujícím kroku procesu oxid uhličitý probublává, čímž se vápno vysráží jako uhličitan vápenatý. Částice uhličitanu vápenatého vážou některé nečistoty. Těžké částice se usazují v nádrži a lze je odstranit filtrací. Po těchto krocích čištění a čištění se získá takzvaná řídká šťáva. Řídká šťáva může být ošetřena uhličitanem sodným pro úpravu hodnoty pH a také sloučeninou na bázi síry pro snížení zabarvení, ke kterému může dojít v důsledku tepelného rozkladu monosacharidů.
Odpařování se používá ke koncentraci řídké šťávy pomocí odpařovacích systémů s vícenásobným účinkem, takže řídká šťáva se změní na hustou šťávu. Hustá šťáva má přibližně 60 % hmotnostních sacharózy.
V závěrečném kroku se hustá šťáva upraví v krystalizátorech. Přidáním a rozpuštěním recyklovaného cukru vzniká tzv. matečný louh. Mateční louh se dále koncentruje vařením ve vakuu ve velkých nádobách, známých jako vakuové pánve, a jako výsevní body se přidávají velmi jemné krystaly cukru. Tyto krystaly rostou, když se kolem nich tvoří cukr z matečného louhu. Výsledná směs krystalů cukru a sirupu se nazývá massecuite, což je francouzský termín, který znamená “vařená hmota”. Masecuit se přivádí do centrifugy, kde se odstředivou silou odstraní "sirup s vysokým obsahem zeleného sirupu". Po dostředění se pak do odstředivky nastříká voda, aby se promyly krystaly cukru, čímž se vytvoří takzvaný "Low Green sirup". Odstředivka se pak otáčí velmi vysokou rychlostí, aby se krystaly částečně vysušily. Když se odstředivka zpomalí, cukr se seškrábne ze stěn odstředivky na dopravníkový systém, aby se cukr dopravil do rotačního granulátoru, kde se suší teplým vzduchem. Suché, čisté krystaly cukru jsou připraveny k prodeji rafinériím nebo výrobcům potravin k dalšímu zpracování nebo použití.