Ultralydekstraktion af sukker fra sukkerroercosssettes
Ultralydsekstraktion øger udbyttet af ekstraheret saccharose fra sukkerroercossettes og reducerer ekstraktionsprocessens varighed betydeligt. Sonikering er en enkel og sikker teknik, som nemt kan kombineres med den nuværende modstrømsflowudtræksteknologi for at forbedre ekstraktionseffektiviteten.
Ultralyd sukkerroe Cossette Ekstraktion
Ultralydassisteret ekstraktion er baseret på arbejdsprincippet om akustisk eller ultralydkavitation. De mekaniske effekter, som genereres af ultralydinduceret kavitation, forårsager sono-poration og afbrydelse af cellevægge, hvilket efterfølgende øger permeabiliteten af molekyler fanget i celleinteriøret. Kavitationalt forårsaget flydende streaming og mikro-turbulenser forbedre masseoverførsel af ekstraktionsprocessen, således at saccharose og andre molekyler overføres til opløsningsmidlet, dvs vand.
Ultralydsekstraktion kan installeres på forskellige trin under saccharoseekstraktion:
- Ultralyd forbehandling (før counter-current tårn)
- Sonikering under kontrastrømsekstraktion
- Ultralyd efterbehandling (efter counter-current tårn)
Afhængigt af det eksisterende ekstraktionsanlæg, produktionsmål og ledig plads kan sonikering let monteres efter behandling som præ- eller efterbehandling samt under kontrastrømsudvinding.
Ultralyd forbehandling af sukkerroer Cossettes
Ultralyd forbehandling af sukkerroer cossetter er en proces intensivere teknik. Ultralydsudsugningsmidler kan nemt kombineres med modstrømsudsugningstårne, som hovedsagelig bruges til sukkerroeudvinding. En kort sonikering af sukkerroercossettes, før de kommer ind i modstrømsekstraktionssystemet, hjælper med at forstyrre og åbne cellevæggene. Ultralydbehandling fremmer masseoverførsel mellem opløsningsmidlet (dvs. vand) og roecossetter, således at de intracellulære molekyler såsom saccharose overføres fra celleinteriøret til opløsningsmidlet. Ultralydforbehandlingen af sukkerroercosssettes letter og accelererer saccharoseekstraktionen i modstrømsflowkolonnen.
SEM (200×) af sukkerroecossetteprøver sonikeret ved 400 W ved 50 °C for forskellig ekstraktionstid. A) modstrøm af cossettes udvinding; B) efter UAE i 10 min; C) efter Uae i 20 min; D) efter UAE i 40 min. Ultralydsekstraktion forstyrrer cellevæggene og frigiver det intracellulære materiale.
billede kilde: Fu et al., 2013
Ultralydsprocessor UIP4000hdT (4kW)
Sammenligning af ultralyd vs Counter-Current Extraction
Fu et al. (2013) sammenlignede den traditionelle modstrømsstrømsekstraktion med ultralydsekstraktion af saccharose fra sukkerroecosssette. Resultaterne af undersøgelsen viste, at sonikering resulterede i højere udbytte af overlegen renhed, mens ekstraktionstiden blev væsentligt reduceret fra 70 min. (modstrøm) til 40 min. (sonikering). Ultralydassisteret ekstraktion (UAE) resulterer i en lavere kolloid urenhedskoncentration (især pektiner) og giver et højere saccharoseudbytte (94,0±0,15%). Den ekstraherede saft af høj renhed (92,6±0,11%). (jf. fu et al., 2013)
Da sukkerproduktionsanlæg allerede er udstyret med konventionelle modstrømssugningstårne, foretrækkes kombinationen af synergistisk sonikering med den eksisterende installation generelt. For at anvende ultralydssaccharose ekstraktion på den mest omkostnings- og tidseffektive måde kan ultralydsekstraktion installeres som synergistisk behandling før, under eller efter konventionel kontrastrømsstrømsekstraktion. Da sonikering forstyrrer sukkerroecellerne og frigiver saccharosen fra cellerne, kan varigheden af modstrømsflowbehandlingen reduceres, mens saccharoseudbyttet øges.
- Accelereret proces
- Højere udbytter
- procesintensivering
- Synergetiske effekter m/ modstrømssystemer
- Nem eftermontering
- Enkel test
- lineær skalerbarhed
- Lav vedligeholdelse
- hurtig RoI
High Performance Ultrasonic Extractors
Hielscher Ultrasonics' ekstraktionssystemer anvendes over hele verden i fødevarer og pharma til kommerciel produktion af ekstrakter af høj kvalitet, der anvendes som fødevarer, kosttilskud eller lægemidler. Uanset om du ønsker at teste og optimere ultralydsbehandlingsparametre på bænk-top niveau eller installere et fuldt industrielt ultralydsekstraktionssystem til inline produktion, har Hielscher Ultrasonics den passende ultralydsekstraktionsopsætning for dig. En lille mund print og fleksible installationsmuligheder giver mulighed for eftermontering selv i en proppet forarbejdningsanlæg.
Processtandardisering med Hielscher Ultrasonics
Fødevarer bør fremstilles i overensstemmelse med god fremstillingspraksis (GMP) og i henhold til standardiserede forarbejdningsspecifikationer. Hielscher Ultrasonics digitale ekstraktionssystemer leveres med intelligent software, hvilket gør det nemt at indstille og styre sonikeringsprocessen præcist. Automatisk dataregistrering skriver alle ultralydprocesparametre såsom ultralydenergi (total og nettoenergi), amplitude, temperatur, tryk (når temp og tryksensorer er monteret) med dato og tidsstempel på det indbyggede SD-kort. Dette giver dig mulighed for at revidere hver ultralydbehandlet parti . Samtidig sikres reproducerbarhed og konstant høj produktkvalitet.
Hielscher Ultralyd’ industrielle ultralyds-processorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let kontinuerligt køres i 24/7 drift. For endnu højere amplituder, tilpassede ultralyd sonotroder er tilgængelige. Robustheden af Hielscher's ultralyds udstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tung pligt og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:
| Batch Volumen | Strømningshastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml / min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 til 100 l | 2 til 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 til 100 l / min | UIP16000 |
| na | større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg Os!
High-Power ultralyd homogenisatorer fra Lab til Pilot og Industriel vægt.
Litteratur / Referencer
- 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 Værd at vide
Sukkerproduktion
Saccharose, også kendt som bordsukker, er hovedsageligt fremstillet af sukkerrør og sukkerroer (Beta vulgaris). Sukker, dvs saccharose, udvindes af roer ved hjælp af varmt vand i en flertrinstrinsproces, hvor råsukkersaft ekstraheres i en varmtvandsspredning i et modstrømsflowsystem. Derefter koncentreres sukkersaften under vakuum efterfulgt af cyklisk vask og endelig tørring.
Efter høsten transporteres roerødderne til sukkerforarbejdningsanlægget, hvor roerne vaskes og derefter mekanisk skæres i tynde skiver, de såkaldte cossettes. Cossettes føres ind i modstrømsudsugningssystemet. Modstrømssystemet fungerer ved diffusion og udvasker sukkerindholdet fra cossetterne til varmt vand.
Modstrømsdiffusionssystemerne er lange reaktorer eller høje tårne /søjler på flere meter, hvor cossettes flyder i én retning (opad), mens varmt vand flyder i den modsatte retning (nedstrøms). Moderne tårnudvindingsanlæg har en forarbejdningskapacitet på op til 17.000 tons om dagen. Den typiske retentionstid for cossetter i modstrømstårnet er ca. 90 min., mens vandet kun forbliver 45 min. i diffusorsøjlen. Den største fordel ved modstrømssystemer er det reducerede vandforbrug sammenlignet med sukkerroemaceration i en varmtvandsreaktor. Den sukkersaftopløsning, der produceres i modstrømsdiffusionssystemet, kaldes rå saft. Den rå saftfarve kan variere mellem sort til mørkerød afhængigt af dens oxidationsniveau.
De brugte cossetter forlader diffusionssystemet som papirmasse med ca. 95% fugt, men lavt saccharoseindhold.
Den fugtige pulp presses med en skruepresse til ca. 75% fugt for at genvinde resterende saccharose fra papirmassen.
Den resterende pulp tørres og anvendes hovedsagelig som dyrefoder.
Karbonatisering anvendes til at fjerne urenheder fra rå saft, før det kan udfældes til sukker krystaller. Derfor blandes den rå saft med varm mælk af kalk, dvs. Under karbonatiseringen udfældes urenheder såsom sulfater, fosfater, citrat og oxalat. De udfældes i form af calciumsalte og større organiske molekyler , fx proteiner, pektiner og saponiner. Derudover konverterer den alkaliske pH-værdi den simple sukkerglukose og fruktose sammen med aminosyren glutamin til kemisk stabile carboxylsyrer, som kan fjernes senere via filtrering, da disse molekyler ville forstyrre krystalliseringen.
I det følgende procestrin bobles kuldioxid gennem alkalisk sukkeropløsning, der udfælder kalken som calciumcarbonat. Calciumcarbonatpartiklerne binder nogle urenheder. De tunge partikler sætter sig i tanken og kan fjernes via filtrering. Efter disse rensning og rengøring skridt den såkaldte tynde saft opnås. Den tynde saft kan behandles med soda for at justere pH-værdien samt med en svovlbaseret forbindelse for at reducere farvestoffer, hvilket kan opstå på grund af termisk nedbrydning af monosaccharider.
Fordampning bruges til at koncentrere den tynde saft ved hjælp af flereffektfordampningssystemer, så den tynde saft bliver til en tyk saft. Den tykke saft har ca. 60% saccharose efter vægt.
I det sidste trin behandles den tykke saft i krystalliserer. Ved at tilføje og opløse genanvendt sukker produceres en såkaldt moderspiritus. Moderen spiritus er koncentreret yderligere ved kogning under et vakuum i store fartøjer, kendt som vakuum pander, og meget fin sukker krystal tilsættes som såning punkter. Disse krystaller vokser som sukker fra moderen spiritus former omkring dem. Den resulterende sukker krystal / sirup blanding kaldes en masscuite, en fransk betegnelse, som betyder “kogt masse”. Masscuitten føres ind i en centrifuge, hvor "High Green sirup" fjernes fra masscuitten ved centrifugalkraft. Efter en centrifugesprøjtning sprøjtes vand derefter ind i centrifugen for at vaske sukkerkrystallerne, som producerer en såkaldt "Low Green sirup". Centrifugen drejer derefter ved meget høje hastigheder for delvist at tørre krystallerne. Når centrifugen aftager, skrabes sukkeret fra centrifugevægge til et transportsystem for at transportere sukkeret til en rotationsgranulator, hvor det tørres af varm luft. De tørre, rene sukkerkrystaller er klar til at blive solgt til raffinaderier eller fødevareproducenter til videre behandling eller brug.