Extracción ultrasónica de azúcar de cosetas de remolacha azucarera
La extracción por ultrasonidos mejora el rendimiento de la sacarosa extraída de las cosetas de remolacha azucarera y reduce significativamente la duración del proceso de extracción. La sonicación es una técnica sencilla y segura, que puede combinarse fácilmente con la actual tecnología de extracción por flujo en contracorriente para mejorar la eficacia de la extracción.
Extracción ultrasónica de cosetas de remolacha azucarera
La extracción asistida por ultrasonidos se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica o ultrasónica. Los efectos mecánicos, generados por la cavitación inducida por ultrasonidos, provocan la sonoporación y la disrupción de las paredes celulares, lo que posteriormente aumenta la permeabilidad de las moléculas atrapadas en el interior celular. La corriente de líquido y las microturbulencias provocadas por la cavitación mejoran la transferencia de masa del proceso de extracción, de modo que la sacarosa y otras moléculas se transfieren al disolvente, es decir, al agua.
Ultrasonicador UIP4000hdT para la extracción industrial de remolacha azucarera.
- Pretratamiento ultrasónico (antes de la torre de contracorriente)
- Sonicación durante la extracción en contracorriente
- Post-tratamiento ultrasónico (después de la torre de contracorriente)
En función de las instalaciones de extracción existentes, los objetivos de producción y el espacio disponible, la sonicación puede instalarse fácilmente como pretratamiento o postratamiento, así como durante la extracción en contracorriente.
Pretratamiento ultrasónico de cosetas de remolacha azucarera
El pretratamiento por ultrasonidos de las cosetas de remolacha azucarera es una técnica de intensificación del proceso. Los extractores ultrasónicos pueden combinarse fácilmente con torres de extracción de flujo contracorriente, que se utilizan principalmente para la extracción de remolacha azucarera. Una breve sonicación de las cosetas de remolacha azucarera antes de que entren en el sistema de extracción en contracorriente ayuda a romper y abrir las paredes celulares. La ultrasonicación favorece la transferencia de masa entre el disolvente (es decir, el agua) y las cosetas de remolacha, de modo que las moléculas intracelulares, como la sacarosa, se transfieren del interior celular al disolvente. El pretratamiento ultrasónico de las cosetas de remolacha facilita y acelera la extracción de sacarosa en la columna de flujo en contracorriente.
SEM (200×) de muestras de cosetas de remolacha azucarera sonicadas a 400 W a 50°C durante diferentes tiempos de extracción. A) flujo contracorriente de extracción de cosetas; B) tras EAU durante 10 min; C) tras EAU durante 20 min; D) tras EAU durante 40 min. La extracción ultrasónica rompe las paredes celulares y libera el material intracelular.
(©Lu et al., 2013)
Comparación de la extracción por ultrasonidos con la extracción en contracorriente
Fu et al. (2013) compararon la extracción tradicional por flujo en contracorriente con la extracción por ultrasonidos de sacarosa a partir de cosetas de remolacha azucarera. Los resultados del estudio mostraron que la sonicación dio lugar a un mayor rendimiento de pureza superior, mientras que el tiempo de extracción se redujo significativamente de 70 min. (contracorriente) a 40 min. (sonicación). La extracción asistida por ultrasonidos (EAU) da lugar a una menor concentración de impurezas coloidales (especialmente pectinas), y proporciona un mayor rendimiento de sacarosa (94,0±0,15%). El zumo extraído de alta pureza (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Dado que las instalaciones de producción de azúcar ya están equipadas con torres convencionales de extracción en contracorriente, se suele favorecer la combinación de la sonicación sinérgica con la instalación existente. Con el fin de aplicar la extracción de sacarosa por ultrasonidos de la manera más eficiente en cuanto a costes y tiempo, la extracción por ultrasonidos puede instalarse como tratamiento sinérgico antes, durante o después de la extracción convencional en contracorriente. Como la sonicación altera las células de la remolacha azucarera y libera la sacarosa de las células, puede reducirse la duración del tratamiento de flujo en contracorriente, al tiempo que aumenta el rendimiento de sacarosa.
- Proceso acelerado
- mayor rendimiento
- intensificación del proceso
- Efectos sinérgicos con sistemas de contracorriente
- fácil adaptación
- Pruebas sencillas
- escalabilidad lineal
- bajo mantenimiento
- Rápido retorno de la inversión
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Los sistemas de extracción de Hielscher Ultrasonics se utilizan en todo el mundo en el sector alimentario y farmacéutico para la producción comercial de extractos de alta calidad utilizados como productos alimentarios, suplementos dietéticos o productos farmacéuticos. Tanto si desea probar y optimizar los parámetros de procesamiento por ultrasonidos en un banco de trabajo como si desea instalar un sistema de extracción por ultrasonidos totalmente industrial para la producción en línea, Hielscher Ultrasonics tiene la configuración de extracción por ultrasonidos adecuada para usted. Un tamaño reducido y opciones de instalación flexibles permiten la instalación posterior incluso en instalaciones de procesamiento abarrotadas.
Normalización de procesos con Hielscher Ultrasonics
Los productos de grado alimentario deben producirse de acuerdo con las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) y bajo especificaciones de procesamiento estandarizadas. Los sistemas de extracción digital de Hielscher Ultrasonics incorporan un software inteligente que facilita la configuración y el control precisos del proceso de sonicación. El registro automático de datos escribe todos los parámetros del proceso ultrasónico, como la energía ultrasónica (energía total y neta), la amplitud, la temperatura, la presión (cuando se montan sensores de temperatura y presión) con fecha y hora en la tarjeta SD integrada. Esto permite revisar cada lote procesado por ultrasonidos. Al mismo tiempo, se garantiza la reproducibilidad y la alta calidad continua del producto.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden suministrar amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
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Literatura / Referencias
- 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.
Información interesante
producción de azúcar
La sacarosa, también conocida como azúcar de mesa, se produce principalmente a partir de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera (Beta vulgaris). El azúcar, es decir, la sacarosa, se extrae de la remolacha utilizando agua caliente en un proceso de varios pasos, en el que el jugo de azúcar crudo se extrae en una difusión de agua caliente en un sistema de flujo en contracorriente. Posteriormente, el jugo de azúcar se concentra al vacío, seguido de un lavado cíclico y, por último, un secado.
Tras la cosecha, las raíces de remolacha se transportan a la planta de procesamiento de azúcar, donde se lavan y se cortan mecánicamente en finas tiras, las llamadas cosetas. Las cosetas se introducen en un sistema de extracción de flujo en contracorriente. El sistema a contracorriente funciona por difusión y lixivia el contenido de azúcar de las cosetas en agua caliente.
Los sistemas de difusión en contracorriente son reactores largos o torres / columnas altas de varios metros en los que las cosetas fluyen en una dirección (hacia arriba) mientras que el agua caliente fluye en la dirección opuesta (hacia abajo). Las modernas plantas de extracción de torre tienen una capacidad de procesamiento de hasta 17.000 toneladas métricas al día. El tiempo de retención típico de las cosetas en la torre de contracorriente es de unos 90 minutos, mientras que el agua permanece sólo 45 minutos en la columna difusora. La principal ventaja de los sistemas de flujo contracorriente es el menor consumo de agua en comparación con la maceración de remolacha azucarera en un reactor de agua caliente. La solución de jugo de azúcar que se produce en el sistema de difusión en contracorriente se denomina jugo crudo. El color del jugo crudo puede variar entre el negro y el rojo oscuro en función de su nivel de oxidación.
Las cosetas usadas salen del sistema de difusión en forma de pulpa con aproximadamente un 95% de humedad, pero con un bajo contenido en sacarosa.
La pulpa húmeda se prensa con una prensa de tornillo hasta aproximadamente un 75% de humedad para recuperar la sacarosa restante de la pulpa.
La pulpa restante se seca y se utiliza principalmente como pienso.
La carbonatación se aplica para eliminar las impurezas del zumo crudo antes de que pueda precipitarse en cristales de azúcar. Para ello, el zumo crudo se mezcla con lechada de cal caliente, es decir, una suspensión de hidróxido de calcio en agua. Durante la carbonatación, se precipitan impurezas como sulfatos, fosfatos, citrato y oxalatos. Precipitan en forma de sales de calcio y moléculas orgánicas más grandes , por ejemplo, proteínas, pectinas y saponinas. Además, el valor alcalino del pH convierte los azúcares simples glucosa y fructosa, junto con el aminoácido glutamina, en ácidos carboxílicos químicamente estables, que pueden eliminarse posteriormente mediante filtración, ya que esas moléculas interferirían en la cristalización.
En el siguiente paso del proceso, se hace burbujear dióxido de carbono a través de la solución alcalina de azúcar, precipitando la cal en forma de carbonato cálcico. Las partículas de carbonato cálcico aglutinan algunas impurezas. Tras estos pasos de purificación y limpieza, se obtiene el denominado zumo fino. El zumo fino puede tratarse con ceniza de sosa para ajustar el valor del pH, así como con un compuesto a base de azufre para reducir la coloración, que puede producirse debido a la descomposición térmica de los monosacáridos.
La evaporación se utiliza para concentrar el zumo fino mediante sistemas de evaporación de efecto múltiple, de modo que el zumo fino se convierte en zumo espeso. El zumo espeso tiene aproximadamente un 60% de sacarosa en peso.
En el último paso, el zumo espeso se trata en cristalizadores. Mediante la adición y disolución de azúcar reciclado, se produce el llamado licor madre. El licor madre se concentra aún más hirviéndolo al vacío en grandes recipientes, conocidos como tachos de vacío, y se añaden cristales de azúcar muy finos como puntos de siembra. Estos cristales crecen a medida que el azúcar del licor madre se forma a su alrededor. La mezcla resultante de cristal de azúcar y jarabe se denomina massecuite, un término francés que significa “masa cocida”. La masa cocida se introduce en una centrifugadora, donde el "jarabe verde alto" se separa de la masa cocida por la fuerza centrífuga. Tras la centrifugación, se rocía agua en la centrifugadora para lavar los cristales de azúcar, lo que produce el denominado "jarabe verde bajo". A continuación, la centrifugadora gira a velocidades muy altas para secar parcialmente los cristales. Cuando la centrifugadora se ralentiza, el azúcar se raspa de las paredes de la centrifugadora a un sistema transportador para llevar el azúcar a un granulador de rotación donde se seca con aire caliente. Los cristales de azúcar secos y limpios están listos para ser vendidos a refinerías o fabricantes de alimentos para su posterior tratamiento o uso.