Υπερήχων εκχύλιση της ζάχαρης από Cossettes ζαχαρότευτλων
Υπερήχων εκχύλιση ενισχύει την απόδοση της εκχυλισμένης σακχαρόζης από cossettes ζαχαρότευτλων και μειώνει σημαντικά τη διάρκεια της διαδικασίας εκχύλισης. Κατεργασία με υπερήχους είναι μια απλή και ασφαλής τεχνική, η οποία μπορεί εύκολα να συνδυαστεί με την τρέχουσα τεχνολογία εξαγωγής αντίθετης ροής προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της εκχύλισης.
Υπερήχων εκχύλιση Cossette τεύτλων ζάχαρης
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην αρχή λειτουργίας της ακουστικής ή υπερηχητικής σπηλαίωσης. Τα μηχανικά αποτελέσματα, τα οποία παράγονται από υπερήχων επαγόμενη σπηλαίωση, προκαλούν sono-poration και διαταραχή των κυτταρικών τοιχωμάτων, η οποία στη συνέχεια αυξάνει τη διαπερατότητα των μορίων που παγιδεύονται στο εσωτερικό του κυττάρου. Η σπηλαίωση της ροής υγρών και οι μικροαναταράξεις βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας της διαδικασίας εκχύλισης, έτσι ώστε η σακχαρόζη και άλλα μόρια να μεταφέρονται στο διαλύτη, δηλαδή στο νερό.
Υπερήχων UIP4000hdT για βιομηχανική εκχύλιση ζαχαροτεύτλων.
- Υπερήχων προεπεξεργασία (πριν από τον πύργο αντίθετου ρεύματος)
- Κατεργασία με υπερήχους κατά την εκχύλιση με αντίρροπο ρεύμα
- Υπερήχων μετά τη θεραπεία (μετά από πύργο αντίθετου ρεύματος)
Ανάλογα με την υπάρχουσα εγκατάσταση εκχύλισης, τους στόχους παραγωγής και τον διαθέσιμο χώρο, η υπερήχηση μπορεί εύκολα να τοποθετηθεί εκ των υστέρων ως προ- ή μετά την επεξεργασία, καθώς και κατά τη διάρκεια της εξαγωγής αντίθετης ροής.
Υπερήχων προεπεξεργασία των cossettes ζαχαρότευτλων
Υπερήχων προεπεξεργασία των cossettes ζαχαρότευτλων είναι μια τεχνική εντατικοποίησης της διαδικασίας. Υπερήχων απαγωγείς μπορεί εύκολα να συνδυαστεί με πύργους εξαγωγής αντίθετης ροής ρεύματος, οι οποίοι χρησιμοποιούνται κυρίως για την εκχύλιση ζαχαρότευτλων. Μια σύντομη υπερήχηση των cossettes ζαχαρότευτλων πριν εισέλθουν στο σύστημα εκχύλισης αντίθετου ρεύματος βοηθούν να διαταράξουν και να ανοίξουν τα κυτταρικά τοιχώματα. Υπερήχους προωθεί τη μεταφορά μάζας μεταξύ του διαλύτη (δηλαδή, νερό) και cossettes τεύτλων, έτσι ώστε τα ενδοκυτταρικά μόρια όπως η σακχαρόζη μεταφέρονται από το εσωτερικό του κυττάρου στο διαλύτη. Η υπερηχητική προεπεξεργασία των cossettes ζαχαρότευτλων διευκολύνει και επιταχύνει την εκχύλιση σακχαρόζης στη στήλη ροής αντίθετου ρεύματος.
SEM (200×) δειγμάτων cossette ζαχαρότευτλων με υπερήχους στα 400 W στους 50 ° C για διαφορετικό χρόνο εκχύλισης. Α) αντίρροπη ροή εξαγωγής cossettes. Β) μετά τα ΗΑΕ για 10 λεπτά. Γ) μετά τα ΗΑΕ για 20 λεπτά. Δ) μετά τα ΗΑΕ για 40 λεπτά. Υπερήχων εκχύλιση διαταράσσει τα κυτταρικά τοιχώματα και απελευθερώνει το ενδοκυτταρικό υλικό.
(©Lu κ.ά., 2013)
Σύγκριση υπερήχων vs εκχύλιση αντίθετου ρεύματος
Fu et al. (2013) συνέκρινε την παραδοσιακή εκχύλιση αντίθετης ροής με υπερήχων εκχύλιση σακχαρόζης από cossette ζαχαρότευτλων. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η υπερήχηση οδήγησε σε υψηλότερη απόδοση ανώτερης καθαρότητας, ενώ ο χρόνος εκχύλισης μειώθηκε σημαντικά από 70 λεπτά (αντίθετο ρεύμα) σε 40 λεπτά (υπερήχηση). Υπερήχων υποβοηθούμενη εκχύλιση (ΗΑΕ) οδηγεί σε χαμηλότερη συγκέντρωση κολλοειδούς ακαθαρσίας (ειδικά πηκτίνες), και δίνει υψηλότερη απόδοση σακχαρόζης (94,0±0,15%). Ο χυμός υψηλής καθαρότητας (92,6±0,11%). (πρβλ. Fu κ.ά., 2013)
Δεδομένου ότι οι εγκαταστάσεις παραγωγής ζάχαρης είναι ήδη εξοπλισμένες με συμβατικούς πύργους εξαγωγής αντίθετης ροής, ο συνδυασμός συνεργιστικής υπερήχησης με την υπάρχουσα εγκατάσταση ευνοείται γενικά. Προκειμένου να εφαρμοστεί υπερήχων εκχύλιση σακχαρόζης με τον πιο οικονομικά και χρονικά αποδοτικό τρόπο, υπερήχων εκχύλιση μπορεί να εγκατασταθεί ως συνεργιστική θεραπεία πριν, κατά τη διάρκεια, ή μετά από συμβατική εκχύλιση αντίθετης ροής. Καθώς η υπερήχηση διαταράσσει τα κύτταρα ζαχαρότευτλων και απελευθερώνει τη σακχαρόζη από τα κύτταρα, η διάρκεια της επεξεργασίας αντίθετης ροής μπορεί να μειωθεί, ενώ η απόδοση σακχαρόζης ενισχύεται.
- Ταχεία διαδικασία
- υψηλότερες αποδόσεις
- εντατικοποίηση της διαδικασίας
- Συνεργικά αποτελέσματα με συστήματα αντίρροπης ροής
- εύκολη εκ των υστέρων τοποθέτηση
- Απλές δοκιμές
- γραμμική επεκτασιμότητα
- χαμηλή συντήρηση
- Γρήγορη απόδοση επένδυσης
Υψηλής απόδοσης υπερήχων απαγωγείς
Hielscher Υπέρηχοι' συστήματα εκχύλισης χρησιμοποιούνται παγκοσμίως σε τρόφιμα και φαρμακευτικά προϊόντα για την εμπορική παραγωγή υψηλής ποιότητας εκχυλίσματα που χρησιμοποιούνται ως προϊόντα διατροφής, συμπληρώματα διατροφής ή φαρμακευτικά προϊόντα. Είτε θέλετε να δοκιμάσετε και να βελτιστοποιήσετε τις παραμέτρους επεξεργασίας υπερήχων σε επίπεδο πάγκου ή να εγκαταστήσετε ένα πλήρως βιομηχανικό σύστημα εκχύλισης υπερήχων για ενσωματωμένη παραγωγή, Hielscher Υπέρηχοι έχει την κατάλληλη ρύθμιση εκχύλισης υπερήχων για εσάς. Ένα μικρό αποτύπωμα ποδιών και ευέλικτες επιλογές εγκατάστασης επιτρέπουν την εκ των υστέρων τοποθέτηση ακόμη και σε μια γεμάτη εγκατάσταση επεξεργασίας.
Τυποποίηση διαδικασίας με υπερήχους Hielscher
Τα προϊόντα κατάλληλα για τρόφιμα θα πρέπει να παράγονται σύμφωνα με τις ορθές παρασκευαστικές πρακτικές (GMP) και σύμφωνα με τυποποιημένες προδιαγραφές επεξεργασίας. Hielscher Υπέρηχοι' ψηφιακά συστήματα εκχύλισης έρχονται με έξυπνο λογισμικό, το οποίο καθιστά εύκολο να ρυθμίσετε και να ελέγξετε τη διαδικασία υπερήχων με ακρίβεια. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων γράφει όλες τις παραμέτρους διαδικασίας υπερήχων, όπως ενέργεια υπερήχων (συνολική και καθαρή ενέργεια), πλάτος, θερμοκρασία, πίεση (όταν τοποθετούνται αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης) με σφραγίδα ημερομηνίας και ώρας στην ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να αναθεωρήσετε κάθε υπερηχητικά επεξεργασμένη παρτίδα . Ταυτόχρονα, εξασφαλίζεται η αναπαραγωγιμότητα και η συνεχώς υψηλή ποιότητα των προϊόντων.
Hielscher Ultrasonics’ Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Υψηλής ισχύος ομογενοποιητές υπερήχων από εργαστήριο προς πιλότος και βιομηχανικός κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Παραγωγή ζάχαρης
Η σακχαρόζη, γνωστή και ως επιτραπέζια ζάχαρη, παράγεται κυρίως από ζαχαροκάλαμο και από ζαχαρότευτλα (Beta vulgaris). Η ζάχαρη, δηλαδή η σακχαρόζη, εξάγεται από τεύτλα χρησιμοποιώντας ζεστό νερό σε μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων, όπου ο χυμός ακατέργαστης ζάχαρης εξάγεται σε διάχυση ζεστού νερού σε σύστημα αντίθετης ροής. Στη συνέχεια, ο χυμός ζάχαρης συμπυκνώνεται υπό κενό, ακολουθούμενο από κυκλικό πλύσιμο και τέλος ξήρανση.
Μετά τη συγκομιδή, οι ρίζες των τεύτλων μεταφέρονται στο εργοστάσιο επεξεργασίας ζάχαρης, όπου τα τεύτλα πλένονται και στη συνέχεια κόβονται μηχανικά σε λεπτές φέτες λωρίδες, τα λεγόμενα cossettes. Τα cossettes τροφοδοτούνται στο σύστημα εξαγωγής αντίθετης ροής. Το σύστημα αντίθετης ροής λειτουργεί με διάχυση και εκπλύνει την περιεκτικότητα σε ζάχαρη από τα cossettes σε ζεστό νερό.
Τα συστήματα διάχυσης αντίθετης ροής είναι μεγάλοι αντιδραστήρες ή ψηλοί πύργοι / στήλες αρκετών μέτρων στους οποίους οι cossettes ρέουν προς μία κατεύθυνση (προς τα πάνω) ενώ το ζεστό νερό ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση (κατάντη). Οι σύγχρονες μονάδες εξόρυξης πύργων έχουν ικανότητα επεξεργασίας έως και 17.000 μετρικούς τόνους ημερησίως. Ο τυπικός χρόνος συγκράτησης των cossettes στον πύργο αντίθετου ρεύματος είναι περίπου 90 λεπτά, ενώ το νερό παραμένει μόνο 45 λεπτά στη στήλη του διαχύτη. Το κύριο πλεονέκτημα των συστημάτων αντίθετης ροής είναι η μειωμένη χρήση νερού σε σύγκριση με τη διαβροχή ζαχαρότευτλων σε αντιδραστήρα ζεστού νερού. Το διάλυμα χυμού ζάχαρης που παράγεται στο σύστημα διάχυσης αντίθετου ρεύματος ονομάζεται ακατέργαστος χυμός. Το χρώμα του ακατέργαστου χυμού μπορεί να ποικίλει από μαύρο έως σκούρο κόκκινο ανάλογα με το επίπεδο οξείδωσης.
Τα χρησιμοποιημένα cossettes εξέρχονται από το σύστημα διάχυσης ως πολτός με περίπου 95% υγρασία, αλλά χαμηλή περιεκτικότητα σε σακχαρόζη.
Ο υγρός πολτός πιέζεται με βιδωτή πρέσα σε υγρασία περίπου 75% για να ανακτήσει την υπόλοιπη σακχαρόζη από τον πολτό.
Ο υπόλοιπος πολτός ξηραίνεται και χρησιμοποιείται κυρίως ως ζωοτροφή.
Η ενανθράκωση εφαρμόζεται για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών από τον ακατέργαστο χυμό πριν μπορέσει να κατακρημνιστεί σε κρυστάλλους ζάχαρης. Επομένως, ο ακατέργαστος χυμός αναμιγνύεται με ζεστό γάλα ασβέστη, δηλαδή εναιώρημα υδροξειδίου του ασβεστίου σε νερό. Κατά τη διάρκεια της ενανθράκωσης, καθιζάνουν ακαθαρσίες όπως θειικά, φωσφορικά, κιτρικά και οξαλικά. Καθιζάνουν με τη μορφή αλάτων ασβεστίου και μεγαλύτερων οργανικών μορίων, π.χ. πρωτεΐνες, πηκτίνες και σαπωνίνες. Επιπλέον, η αλκαλική τιμή pH μετατρέπει τα απλά σάκχαρα γλυκόζη και φρουκτόζη μαζί με το αμινοξύ γλουταμίνη, σε χημικά σταθερά καρβοξυλικά οξέα, τα οποία μπορούν να αφαιρεθούν αργότερα μέσω διήθησης, καθώς αυτά τα μόρια θα παρεμπόδιζαν την κρυστάλλωση.
Στο επόμενο στάδιο της διαδικασίας, το διοξείδιο του άνθρακα διοχετεύεται μέσω του αλκαλικού διαλύματος σακχάρου, καθιζώντας τον ασβέστη ως ανθρακικό ασβέστιο. Τα σωματίδια ανθρακικού ασβεστίου δεσμεύουν ορισμένες ακαθαρσίες. Τα βαριά σωματίδια καθιζάνουν στη δεξαμενή και μπορούν να αφαιρεθούν μέσω διήθησης. Μετά από αυτά τα βήματα καθαρισμού και καθαρισμού, λαμβάνεται ο λεγόμενος λεπτός χυμός. Ο λεπτός χυμός μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία με ανθρακικό νάτριο για να ρυθμιστεί η τιμή του pH, καθώς και με μια ένωση με βάση το θείο για τη μείωση του χρωματισμού, η οποία μπορεί να συμβεί λόγω θερμικής αποσύνθεσης μονοσακχαριτών.
Η εξάτμιση χρησιμοποιείται για τη συμπύκνωση του λεπτού χυμού χρησιμοποιώντας συστήματα εξάτμισης πολλαπλών επιδράσεων, έτσι ώστε ο λεπτός χυμός να μετατραπεί σε παχύ χυμό. Ο παχύς χυμός έχει περίπου 60% σακχαρόζη κατά βάρος.
Στο τελικό στάδιο, ο παχύς χυμός επεξεργάζεται σε κρυσταλλοποιητές. Με την προσθήκη και τη διάλυση της ανακυκλωμένης ζάχαρης, παράγεται ένα λεγόμενο μητρικό υγρό. Το μητρικό υγρό συμπυκνώνεται περαιτέρω με βρασμό υπό κενό σε μεγάλα δοχεία, γνωστά ως δοχεία κενού, και προστίθενται πολύ λεπτοί κρύσταλλοι ζάχαρης ως σημεία σποράς. Αυτοί οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται καθώς σχηματίζεται γύρω τους ζάχαρη από το μητρικό υγρό. Το προκύπτον μείγμα κρυστάλλου / σιροπιού ζάχαρης ονομάζεται μασεκουίτης, ένας γαλλικός όρος που σημαίνει “μαγειρεμένη μάζα”. Ο μασεκουίτης τροφοδοτείται σε φυγόκεντρο, όπου το "σιρόπι High Green" απομακρύνεται από τον μασεκουίτη με φυγόκεντρη δύναμη. Μετά από μια φυγοκέντρηση, το νερό ψεκάζεται στη συνέχεια στη φυγόκεντρο για να πλυθούν οι κρύσταλλοι ζάχαρης, οι οποίοι παράγουν ένα λεγόμενο "σιρόπι χαμηλού πράσινου". Στη συνέχεια, η φυγόκεντρος περιστρέφεται σε πολύ υψηλές ταχύτητες για να στεγνώσει μερικώς τους κρυστάλλους. Όταν η φυγόκεντρος επιβραδύνεται, η ζάχαρη αποξέεται από τα τοιχώματα της φυγόκεντρου σε ένα σύστημα μεταφοράς για να μεταφέρει τη ζάχαρη σε έναν κοκκοποιητή περιστροφής όπου ξηραίνεται με θερμό αέρα. Οι ξηροί, καθαροί κρύσταλλοι ζάχαρης είναι έτοιμοι να πωληθούν σε διυλιστήρια ή κατασκευαστές τροφίμων για περαιτέρω επεξεργασία ή χρήση.