Ultralydsekstraktion af sukker fra sukkerroe-cossettes
Ultralydsekstraktion forbedrer udbyttet af ekstraheret saccharose fra sukkerroekosetter og reducerer ekstraktionsprocessens varighed betydeligt. Sonikering er en enkel og sikker teknik, som let kan kombineres med den nuværende modstrømsstrømningsekstraktionsteknologi for at forbedre ekstraktionseffektiviteten.
Ultralyd sukkerroer Cossette ekstraktion
Ultralydsassisteret ekstraktion er baseret på arbejdsprincippet om akustisk eller ultralydskavitation. De mekaniske effekter, som genereres ved ultralydsinduceret kavitation, forårsager sono-poration og forstyrrelse af cellevægge, hvilket efterfølgende øger permeabiliteten af molekyler, der er fanget i cellens indre. Kavitationelt forårsaget væskestrøm og mikroturbulenser forbedrer masseoverførslen af ekstraktionsprocessen, så saccharose og andre molekyler overføres til opløsningsmidlet, dvs. vand.
Ultralydsapparat UIP4000hdT til industriel sukkerroeudvinding.
- Ultralyd forbehandling (før modstrømstårn)
- Sonikering under modstrømsekstraktion
- Ultralyd efterbehandling (efter modstrømstårn)
Afhængig af det eksisterende ekstraktionsanlæg, produktionsmål og tilgængelig plads kan sonikering let eftermonteres som for- eller efterbehandling såvel som under modstrømsstrømningsekstraktion.
Ultralyd forbehandling af sukkerroe-cossettes
Ultralydsforbehandling af sukkerroe-cossettes er en procesintensiverende teknik. Ultralydsekstraktorer kan let kombineres med modstrømsudsugningstårne, som hovedsageligt bruges til sukkerroeekstraktion. En kort sonikering af sukkerroe-cossetterne, før de kommer ind i modstrømsekstraktionssystemet, hjælper med at forstyrre og åbne cellevæggene. Ultralydbehandling fremmer masseoverførsel mellem opløsningsmidlet (dvs. vand) og roe-cossettes, så de intracellulære molekyler såsom saccharose overføres fra cellens indre til opløsningsmidlet. Ultralydsforbehandlingen af sukkerroe-cossettes letter og fremskynder saccharoseekstraktionen i modstrømsstrømningssøjlen.
SEM (200×) af sukkerroekossetprøver sonikeret ved 400 W ved 50 °C i forskellige ekstraktionstider. A) modstrømsstrøm af cossettes ekstraktion; 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.
(©Fu et al., 2013)
Sammenligning af ultralyd vs modstrømsekstraktion
Fu et al. (2013) sammenlignede den traditionelle modstrømsstrømningsekstraktion med ultralydsekstraktion af saccharose fra sukkerroecossette. Resultaterne af undersøgelsen viste, at sonikering resulterede i højere udbytte af overlegen renhed, mens ekstraktionstiden blev signifikant 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 modstrømsekstraktionstårne, foretrækkes kombinationen af synergistisk sonikering med den eksisterende installation generelt. For at anvende ultralydssaccharoseekstraktion på den mest omkostnings- og tidseffektive måde kan ultralydsekstraktion installeres som synergistisk behandling før, under eller efter konventionel modstrømsstrømningsekstraktion. Da sonikering forstyrrer sukkerroecellerne og frigiver saccharose fra cellerne, kan varigheden af modstrømsbehandlingen reduceres, mens saccharoseudbyttet forbedres.
- Accelereret proces
- Højere udbytter
- Intensivering af processer
- Synergetiske effekter med modstrømssystemer
- nem eftermontering
- Simpel test
- lineær skalerbarhed
- lav vedligeholdelse
- Hurtig ROI
Højtydende ultralydsekstraktorer
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.
Processtandardisering med Hielscher Ultrasonics
Fødevaregodkendte produkter skal produceres i overensstemmelse med god fremstillingspraksis (GMP) og under standardiserede behandlingsspecifikationer. Hielscher Ultralyd’ digitale ekstraktionssystemer leveres med intelligent software, som gør det nemt at indstille og styre sonikeringsprocessen præcist. Automatisk dataoptagelse skriver alle ultralydsprocesparametre som ultralydsenergi (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 hvert ultralydsbehandlet parti. Samtidig sikres reproducerbarhed og kontinuerligt høj produktkvalitet.
Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra Lab til pilot og industriel skæl.
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.
Fakta, der er værd at vide
Sukkerproduktion
Saccharose, også kendt som bordsukker, fremstilles hovedsageligt af sukkerrør og af sukkerroer (Beta vulgaris). Sukker, dvs. saccharose, udvindes fra rødbeder ved hjælp af varmt vand i en trinvis proces i flere trin, hvor råsukkersaft ekstraheres i en varmtvandsdiffusion i et modstrømsflowsystem. Derefter koncentreres sukkersaften under vakuum, efterfulgt af cyklisk vask og til sidst tørring.
Efter høst transporteres roerødderne til sukkerforarbejdningsanlægget, hvor roerne vaskes og derefter skæres mekanisk i tynde skiver, de såkaldte cossettes. Kossetterne 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 cossetterne strømmer i én retning (opad), mens varmt vand strømmer i modsat retning (nedstrøms). Moderne tårnudvindingsanlæg har en behandlingskapacitet på op til 17.000 tons om dagen. Den typiske opholdstid for cossettes i modstrømstårnet er ca. 90 min., mens vandet kun forbliver 45 min. i diffusorsøjlen. Den største fordel ved modstrømsstrømningssystemer er det reducerede vandforbrug sammenlignet med sukkerroemaceration i en varmtvandsreaktor. Sukkersaftopløsningen, der produceres i modstrømsdiffusionssystemet, kaldes rå juice. Råjuicefarven kan variere mellem sort til mørkerød afhængigt af dens oxidationsniveau.
De brugte cossettes kommer ud af 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 pulpen.
Den resterende papirmasse tørres og bruges hovedsageligt som dyrefoder.
Karbonatisering påføres for at fjerne urenheder fra rå juice, før den kan udfældes til sukkerkrystaller. Derfor blandes råsaften med varm mælk af kalk, dvs. en suspension af calciumhydroxid i vand. Under karbonatiseringen udfældes urenheder som sulfater, fosfater, citrat og oxalater. De udfældes i form af calciumsalte og større organiske molekyler, f.eks. proteiner, pektiner og saponiner. Derudover omdanner den alkaliske pH-værdi de simple sukkerarter glukose og fruktose sammen med aminosyren glutamin til kemisk stabile carboxylsyrer, som kan fjernes senere via 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 sætter sig i tanken og kan fjernes via filtrering. Efter disse rensnings- og rengøringstrin opnås den såkaldte tynde juice. Den tynde saft kan behandles med soda for at justere pH-værdien samt med en svovlbaseret forbindelse for at reducere farvning, som kan opstå på grund af termisk nedbrydning af monosaccharider.
Fordampning bruges til at koncentrere den tynde saft ved hjælp af fordampningssystemer med flere effekter, så den tynde saft bliver til en tyk saft. Den tykke saft har ca. 60 vægtprocent saccharose.
I det sidste trin behandles den tykke saft i krystallisatorer. Ved tilsætning og opløsning af genbrugssukker produceres en såkaldt moderlud. Moderluden koncentreres yderligere ved at koge under vakuum i store beholdere, kendt som vakuumpander, og meget fin sukkerkrystal tilsættes som såpunkter. Disse krystaller vokser, når sukker fra moderluden dannes omkring dem. Den resulterende sukkerkrystal/sirupblanding kaldes en massecuite, et fransk udtryk, der betyder “kogt masse”. 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.