Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Extracción ultrasónica de azúcar de las cosetas de remolacha azucarera

La extracción por ultrasonido aumenta el rendimiento de la sacarosa extraída de las cosetas de remolacha azucarera y reduce considerablemente la duración del proceso de extracción. La sonicación es una técnica sencilla y segura, que puede combinarse fácilmente con la actual tecnología de extracción en flujo contracorriente para mejorar la eficiencia de la extracción.

Extracción ultrasónica de costillas de remolacha azucarera

La producción de sacarosa, también conocida como azúcar de mesa, puede intensificarse mediante la extracción por ultrasonidosLa extracción asistida por ultrasonido se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica o ultrasónica. Los efectos mecánicos, que se generan por la cavitación inducida por ultrasonidos, causan la sono-poración y la alteración de las paredes celulares, lo que aumenta posteriormente la permeabilidad de las moléculas atrapadas en el interior de la célula. La corriente de líquido causada por la cavitación y las microturbulencias 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.

La extracción ultrasónica puede instalarse en varios pasos durante la extracción de la sacarosa:

  • Pre-tratamiento ultrasónico (antes de la torre de contracorriente)
  • Sonicación durante la extracción en contracorriente
  • Post-tratamiento ultrasónico (después de la torre de contracorriente)

Dependiendo de la instalación de extracción existente, los objetivos de producción y el espacio disponible, la sonicación puede ser fácilmente reequipada como pre o post tratamiento, así como durante la extracción de flujo a contracorriente.

Pre-tratamiento ultrasónico de costillas de remolacha azucarera

El pretratamiento ultrasónico de las cosetas de remolacha 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 promueve 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 de la célula al disolvente. El pretratamiento ultrasónico de las cosetas de remolacha facilita y acelera la extracción de sacarosa en la columna de flujo en contracorriente.

Los efectos de la extracción ultrasónica en las cosetas de remolacha azucarera.

SEM (200×) de muestras de cosetas de remolacha sonicadas a 400 W a 50 °C para diferentes tiempos de extracción. A) flujo a contracorriente de la extracción de cosetas; B) después de los EAU durante 10 min; C) después de los EAU durante 20 min; D) después de los EAU durante 40 min. La extracción por ultrasonidos perturba las paredes celulares y libera el material intracelular.
fuente de la imagen: Fu et al., 2013

Procesador ultrasónico UIP4000hdT

Procesador de ultrasonidos UIP4000hdT (4kW)

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Comparación de la extracción por ultrasonido contra la extracción por contracorriente

Fu y otros (2013) compararon la extracción tradicional de flujo a contracorriente con la extracción ultrasónica de sacarosa de la costilla de remolacha azucarera. Los resultados del estudio mostraron que la sonicación dio como resultado 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 como resultado una menor concentración de impurezas coloidales (especialmente pectinas), y da un mayor rendimiento de sacarosa (94.0±0.15%). El jugo 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. A fin de aplicar la extracción ultrasónica de sacarosa de la manera más económica y con el menor tiempo posible, la extracción ultrasónica puede instalarse como tratamiento sinérgico antes, durante o después de la extracción convencional en contracorriente. Como la sonicación perturba las células de la remolacha azucarera y libera la sacarosa de las células, la duración del tratamiento por flujo en contracorriente puede reducirse, mientras que el rendimiento de la sacarosa aumenta.

Ventajas de la extracción de sacarosa por ultrasonidos

  • Proceso acelerado
  • mayor rendimiento
  • la intensificación de procesos
  • Efectos sinérgicos con los sistemas de contracorriente
  • Fácil adaptación
  • Una prueba sencilla
  • escalabilidad lineal
  • Bajo mantenimiento
  • RoI rápido

Extractores ultrasónicos de alto rendimiento

Los sistemas de extracción de Hielscher Ultrasonics se utilizan en todo el mundo en la alimentación y la farmacia para la producción comercial de extractos de alta calidad utilizados como productos alimenticios, suplementos dietéticos o productos farmacéuticos. Tanto si desea probar y optimizar los parámetros de procesamiento por ultrasonidos a nivel de mesa 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. El reducido tamaño y las flexibles opciones de instalación permiten el reequipamiento incluso en una instalación de procesamiento abarrotada.

Estandarización de procesos con Hielscher Ultrasonics

Los productos de calidad alimentaria deben ser producidos de acuerdo con las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) y bajo especificaciones de procesamiento estandarizadas. Los sistemas de extracción digital de Hielscher Ultrasonics vienen con un software inteligente, que facilita la configuración y el control del proceso de sonicación con precisión. El registro automático de datos escribe todos los parámetros del proceso de ultrasonido, como la energía de ultrasonido (energía total y neta), la amplitud, la temperatura, la presión (cuando se montan sensores de temperatura y presión) con la fecha y la hora en la tarjeta SD incorporada. Esto le permite revisar cada lote procesado por ultrasonido . Al mismo tiempo, se garantiza la reproducibilidad y la alta calidad del producto de forma continua.
Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos pueden ofrecer amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente ejecutadas de forma continua en funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana. 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 de trabajo pesado y 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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Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.

Literatura / Referencias



Información interesante

Producción de azúcar

La remolacha azucarera es la materia prima para la producción de sacarosa. La extracción por ultrasonidos mejora el rendimiento del azúcar y acelera el tiempo de extracción de forma significativa. En general, la extracción ultrasónica de cosetas de remolacha azucarera resulta en una mayor eficiencia de extracción. 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 las remolachas 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. Después, el jugo de azúcar se concentra al vacío, seguido de un lavado cíclico y finalmente un secado.

Después de la cosecha, las raíces de remolacha se transportan a la planta de procesamiento de azúcar, donde las remolachas se lavan y luego se cortan mecánicamente en tiras finas, las llamadas cosetas. Las cosetas se introducen en el sistema de extracción de flujo en contracorriente. El sistema de contracorriente funciona por difusión y filtra el contenido de azúcar de las cosetas en agua caliente.
Los sistemas de difusión en contracorriente son reactores largos o altas torres/columnas 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 en torre tienen una capacidad de procesamiento de hasta 17.000 toneladas métricas por día. El tiempo de retención típico de las cosetas en la torre de contracorriente es de aprox. 90 min., mientras que el agua permanece sólo 45 min. en la columna difusora. La principal ventaja de los sistemas de flujo en contracorriente es la reducción del uso 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 llama jugo crudo. El color del jugo crudo puede variar entre el negro y el rojo oscuro dependiendo de su nivel de oxidación.
Las cosetas gastadas salen del sistema de difusión en forma de pulpa con aprox. 95% de humedad, pero con bajo contenido de sacarosa.
La pulpa húmeda se presiona con una prensa de tornillo hasta aproximadamente el 75% de humedad para recuperar la sacarosa restante de la pulpa.
El resto de la pulpa se seca y se utiliza principalmente como alimento para animales.
La carbonatación se aplica para eliminar las impurezas del jugo crudo antes de que pueda precipitarse a los cristales de azúcar. Por lo tanto, el jugo crudo se mezcla con leche caliente de cal, es decir, una suspensión de hidróxido de calcio en agua. Durante la carbonatación se precipitan impurezas como sulfatos, fosfatos, citratos y oxalatos. Precipitan en forma de sales de calcio y moléculas orgánicas más grandes, por ejemplo, proteínas, pectinas y saponinas. Además, el valor de pH alcalino 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, el dióxido de carbono es burbujeado a través de la solución de azúcar alcalina, precipitando la cal como carbonato de calcio. Las partículas de carbonato de calcio se unen a algunas impurezas. Las partículas pesadas se depositan en el depósito y pueden ser eliminadas por medio de la filtración. Después de estos pasos de purificación y limpieza se obtiene el llamado jugo fino. El jugo fino puede ser tratado con ceniza de soda para ajustar el valor de pH, así como con un compuesto a base de azufre para reducir la coloración, que puede ocurrir debido a la descomposición térmica de los monosacáridos.
La evaporación se utiliza para concentrar el jugo fino mediante sistemas de evaporación de efecto múltiple, de modo que el jugo fino se convierte en un jugo espeso. El jugo espeso tiene aproximadamente un 60% de sacarosa en peso.
En el paso final, el jugo espeso es tratado en cristalizadores. Añadiendo y disolviendo el azúcar reciclado, se produce el llamado licor madre. El licor madre se concentra aún más al hervirlo al vacío en grandes recipientes, conocidos como cacerolas de vacío, y se agrega un cristal de azúcar muy fino como puntos de siembra. Estos cristales crecen a medida que el azúcar del licor madre se forma alrededor de ellos. La mezcla resultante de cristal de azúcar y jarabe se llama massecuite, un término francés que significa “masa cocida”. La masa se introduce en una centrifugadora, donde el "jarabe High Green" se elimina de la masa por la fuerza centrífuga. Después de la centrifugación, se rocía agua en la centrifugadora para lavar los cristales de azúcar, lo que produce el llamado "jarabe verde bajo". La centrifugadora gira entonces 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 de transporte para transportar 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 las refinerías o a los fabricantes de alimentos para su tratamiento o uso posterior.