Ultralydsekstraktion af sukker fra sukkerroesnitter
Ultralydsekstraktion øger udbyttet af ekstraheret sakkarose fra sukkerroesnitter og reducerer ekstraktionsprocessens varighed betydeligt. Sonikering er en enkel og sikker teknik, som nemt kan kombineres med den nuværende teknologi til modstrømsekstraktion for at forbedre ekstraktionseffektiviteten.
Ultralydsekstraktion af sukkerroesnitter
Ultralydsassisteret ekstraktion er baseret på virkningsprincippet for akustisk kavitation eller ultralydskavitation. De mekaniske virkninger, som frembringes af ultralydsinduceret kavitation, forårsager sonoporering og nedbrydning af cellevægge, hvilket efterfølgende øger permeabiliteten af de molekyler, der er indesluttet i cellernes indre. Væskestrømninger og mikroturbulens forårsaget af kavitation forbedrer stoftransporten i ekstraktionsprocessen, så sakkarose og andre molekyler overføres til opløsningsmidlet, dvs. vand.
Ultralydsapparatet UIP4000hdT til industriel ekstraktion af sukkerroer.
- Ultralydsforbehandling (før modstrømstårnet)
- Sonikering under modstrømsekstraktion
- Ultralydsefterbehandling (efter modstrømstårnet)
Afhængigt af det eksisterende ekstraktionsanlæg, produktionsmålene og den tilgængelige plads kan sonikering nemt eftermonteres som for- eller efterbehandling samt under modstrømsekstraktion.
Ultralydsforbehandling af sukkerroesnitter
Ultralydsforbehandling af sukkerroesnitter er en teknik til procesintensivering. Ultralydsekstraktorer kan nemt kombineres med modstrømsekstraktionstårne, som hovedsageligt bruges til ekstraktion af sukkerroer. Kortvarig sonikering af sukkerroesnitterne, før de kommer ind i modstrømsekstraktionssystemet, hjælper med at nedbryde og åbne cellevæggene. Ultralydsbehandling fremmer stoftransporten mellem opløsningsmidlet (dvs. vand) og roesnitterne, så intracellulære molekyler såsom sakkarose overføres fra cellernes indre til opløsningsmidlet. Ultralydsforbehandlingen af sukkerroesnitter letter og fremskynder sakkaroseekstraktionen i modstrømskolonnen.
SEM (200×) af prøver af sukkerroesnitter sonikeret ved 400 W og 50°C i forskellige ekstraktionstider. A) modstrømsekstraktion af roesnitter; B) efter UAE i 10 min; C) efter UAE i 20 min; D) efter UAE i 40 min. Ultralydsekstraktion nedbryder cellevæggene og frigiver det intracellulære materiale.
(©Fu et al., 2013)
Sammenligning af ultralydsekstraktion og modstrømsekstraktion
Fu et al. (2013) sammenlignede traditionel modstrømsekstraktion med ultralydsekstraktion af sakkarose fra sukkerroesnitter. Undersøgelsens resultater viste, at sonikering gav et højere udbytte med overlegen renhed, samtidig med at ekstraktionstiden blev reduceret betydeligt fra 70 min. (modstrøm) til 40 min. (sonikering). Ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) resulterer i en lavere koncentration af kolloide urenheder (især pektiner) og giver et højere sakkaroseudbytte (94,0±0,15%). Den ekstraherede saft har en høj renhed (92,6±0,11%). (jf. Fu et al., 2013)
Da sukkerproduktionsanlæg allerede er udstyret med konventionelle modstrømsekstraktionstårne, foretrækkes det generelt at kombinere synergistisk sonikering med det eksisterende anlæg. For at anvende ultralydsekstraktion af sakkarose på den mest omkostnings- og tidseffektive måde kan ultralydsekstraktion installeres som synergistisk behandling før, under eller efter konventionel modstrømsekstraktion. Da sonikering nedbryder sukkerroecellerne og frigiver sakkarosen fra cellerne, kan varigheden af modstrømsbehandlingen reduceres, samtidig med at sakkaroseudbyttet øges.
- Hurtigere proces
- Højere udbytter
- Procesintensivering
- Synergistiske virkninger med modstrømssystemer
- Nem eftermontering
- Enkel afprøvning
- Lineær skalerbarhed
- Lavt vedligeholdelsesbehov
- Hurtigt investeringsafkast
Højtydende ultralydsekstraktorer
Hielscher Ultrasonics’ ekstraktionssystemer anvendes verden over i fødevare- og medicinalindustrien til kommerciel produktion af ekstrakter af høj kvalitet, der bruges som fødevarer, kosttilskud eller lægemidler. Uanset om du vil afprøve og optimere parametre for ultralydsbehandling i laboratorieskala eller installere et fuldt industrielt ultralydsekstraktionssystem til inlineproduktion, har Hielscher Ultrasonics den rette ultralydsekstraktionsløsning til dig. Et lille pladsbehov og fleksible installationsmuligheder gør det muligt at eftermontere systemet selv i et trangt procesanlæg.
Processtandardisering med Hielscher Ultrasonics
Produkter af fødevarekvalitet bør fremstilles i overensstemmelse med god fremstillingspraksis (GMP) og efter standardiserede processpecifikationer. Hielscher Ultrasonics’ digitale ekstraktionssystemer leveres med intelligent software, som gør det nemt at indstille og styre sonikeringsprocessen præcist. Automatisk dataregistrering gemmer alle procesparametre for ultralydsbehandlingen såsom ultralydsenergi (samlet energi og nettoenergi), amplitude, temperatur og tryk (når temperatur- og tryksensorer er monteret) med dato og tidsstempel på det indbyggede SD-kort. Det giver dig mulighed for at gennemgå hvert ultralydsbehandlet parti. Samtidig sikres reproducerbarhed og vedvarende høj produktkvalitet.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan nemt opretholdes kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:
| Batchvolumen | Volumenstrøm | Anbefalede apparater |
|---|---|---|
| 1 til 500mL | 10 til 200mL/min | UP100H |
| 10 til 2000mL | 20 til 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 til 20L | 0,2 til 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | større | gruppe af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra laboratorie- til pilot- og industriel skala.
Litteratur / Referencer
- 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.
Værd at vide
Sukkerproduktion
Sakkarose, også kendt som bordsukker, fremstilles hovedsageligt af sukkerrør og sukkerroer (Beta vulgaris). Sukker, dvs. sakkarose, ekstraheres fra roer med varmt vand i en proces med flere trin, hvor rå sukkersaft ekstraheres ved diffusion med varmt vand i et modstrømssystem. Derefter koncentreres sukkersaften under vakuum, efterfulgt af cyklisk vask og til sidst tørring.
Efter høsten transporteres roerødderne til sukkerproduktionsanlægget, hvor roerne vaskes og derefter mekanisk skæres i tynde strimler, de såkaldte roesnitter. Roesnitterne føres ind i modstrømsekstraktionssystemet. Modstrømssystemet fungerer ved diffusion og udluder sukkeret fra roesnitterne i varmt vand.
Modstrømsdiffusionssystemerne er lange reaktorer eller høje tårne / kolonner på flere meter, hvor roesnitterne strømmer i én retning (opad), mens varmt vand strømmer i den modsatte retning (nedstrøms). Moderne tårnekstraktionsanlæg har en behandlingskapacitet på op til 17.000 metriske ton pr. dag. Den typiske opholdstid for roesnitter i modstrømstårnet er ca. 90 min., mens vandet kun opholder sig 45 min. i diffusionskolonnen. Den største fordel ved modstrømssystemer er det reducerede vandforbrug sammenlignet med maceration af sukkerroer i en varmtvandsreaktor. Den sukkersaftopløsning, der fremstilles i modstrømsdiffusionssystemet, kaldes råsaft. Råsaftens farve kan variere fra sort til mørkerød afhængigt af dens oxidationsgrad.
De udpinte roesnitter forlader diffusionssystemet som roepulp med ca. 95% vandindhold, men et lavt sakkaroseindhold.
Den fugtige roepulp presses med en skruepresse til ca. 75% vandindhold for at genvinde den resterende sakkarose fra roepulpen.
Den resterende roepulp tørres og anvendes hovedsageligt som dyrefoder.
Karbonatation anvendes til at fjerne urenheder fra råsaften, før den kan udfældes som sukkerkrystaller. Derfor blandes råsaften med varm kalkmælk, dvs. en suspension af calciumhydroxid i vand. Under karbonatationen udfældes urenheder såsom sulfater, fosfater, citrat og oxalater. De udfældes i form af calciumsalte og større organiske molekyler, f.eks. proteiner, pektiner og saponiner. Desuden omdanner den alkaliske pH-værdi de simple sukkerarter glukose og fruktose samt aminosyren glutamin til kemisk stabile carboxylsyrer, som senere kan fjernes ved filtrering, da disse molekyler ville forstyrre krystallisationen.
I det følgende procestrin bobles kuldioxid gennem den alkaliske sukkeropløsning, hvorved kalken udfældes som calciumcarbonat. Calciumcarbonatpartiklerne binder nogle urenheder. De tunge partikler bundfælder i tanken og kan fjernes ved filtrering. Efter disse rensnings- og rengøringstrin opnås den såkaldte tyndsaft. Tyndsaften kan behandles med soda for at justere pH-værdien samt med en svovlbaseret forbindelse for at reducere farvedannelse, som kan forekomme på grund af termisk nedbrydning af monosakkarider.
Inddampning anvendes til at koncentrere tyndsaften i flertrinsinddampningsanlæg, så tyndsaften bliver til tyksaft. Tyksaften indeholder ca. 60% sakkarose efter vægt.
I det sidste trin behandles tyksaften i krystallisatorer. Ved at tilsætte og opløse genanvendt sukker fremstilles en såkaldt moderlud. Moderluden koncentreres yderligere ved kogning under vakuum i store beholdere, kendt som vakuumkogepander, og meget fine sukkerkrystaller tilsættes som krystallisationskim. Disse krystaller vokser, efterhånden som sukker fra moderluden dannes omkring dem. Den resulterende blanding af sukkerkrystaller / sirup kaldes massecuite, et fransk udtryk, som betyder “kogt masse”. Massecuiten føres ind i en centrifuge, hvor “High Green-sirup” fjernes fra massecuiten ved centrifugalkraft. Efter centrifugering sprøjtes der vand ind i centrifugen for at vaske sukkerkrystallerne, hvilket frembringer en såkaldt “Low Green-sirup”. Centrifugen roterer derefter ved meget høje hastigheder for delvist at tørre krystallerne. Når centrifugens hastighed sænkes, skrabes sukkeret fra centrifugens vægge over på et transportørsystem, som transporterer sukkeret til en roterende granulator, hvor det tørres med varm luft. De tørre, rene sukkerkrystaller er klar til at blive solgt til raffinaderier eller fødevareproducenter til videre behandling eller anvendelse.