Suhkru ultraheliekstraktsioon suhkrupeedi laastudest
Ultraheliekstraktsioon suurendab suhkrupeedi laastudest ekstraheeritava sahharoosi saagist ja lühendab oluliselt ekstraheerimisprotsessi kestust. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on lihtne ja ohutu meetod, mida saab hõlpsasti kombineerida praeguse vastuvoolu-ekstraheerimistehnoloogiaga, et parandada ekstraheerimise efektiivsust.
Suhkrupeedi laastude ultraheliekstraktsioon
Ultraheliabil ekstraheerimine põhineb akustilise ehk ultraheli kavitatsiooni tööpõhimõttel. Ultraheli tekitatud kavitatsiooni mehaanilised efektid põhjustavad sonoporatsiooni ja rakuseinte lõhkumist, mis suurendab seejärel raku sisemuses kinni jäänud molekulide läbitavust. Kavitatsioonist tingitud vedeliku voolamine ja mikroturbulents parandavad ekstraheerimisprotsessi massiülekannet, nii et sahharoos ja teised molekulid kanduvad üle lahustisse, st vette.
Ultrasonikaator UIP4000hdT tööstuslikuks suhkrupeedi ekstraheerimiseks.
- Ultraheli eeltöötlus (enne vastuvoolutorni)
- Ultraheli töötlus vastuvooluekstraktsiooni ajal
- Ultraheli järeltöötlus (pärast vastuvoolutorni)
Olemasolevast ekstraheerimisseadmest, tootmiseesmärkidest ja saadaolevast ruumist sõltuvalt saab ultraheli töötlust hõlpsasti järelpaigaldada nii eel- kui ka järeltöötlusena ning ka vastuvoolu-ekstraheerimise ajal.
Suhkrupeedi laastude ultraheli eeltöötlus
Suhkrupeedi laastude ultraheli eeltöötlus on protsessi intensiivistamise meetod. Ultraheliekstraktorid on hõlpsasti kombineeritavad vastuvoolu-ekstraheerimistornidega, mida kasutatakse peamiselt suhkrupeedi ekstraheerimiseks. Suhkrupeedi laastude lühiajaline ultraheli töötlus enne vastuvoolu-ekstraheerimissüsteemi sisenemist aitab rakuseinu lõhkuda ja avada. Ultraheli töötlus soodustab massiülekannet lahusti (st vee) ja peedilaastude vahel, nii et rakusisesed molekulid, näiteks sahharoos, kanduvad raku sisemusest lahustisse. Suhkrupeedi laastude ultraheli eeltöötlus hõlbustab ja kiirendab sahharoosi ekstraheerimist vastuvoolukolonnis.
SEM-pilt (200×) suhkrupeedi laastu proovidest, mida on sonikeeritud 400 W juures 50 °C juures erineva ekstraheerimisaja jooksul. A) laastude vastuvooluekstraktsioon; B) pärast UAE-d 10 min; C) pärast UAE-d 20 min; D) pärast UAE-d 40 min. Ultraheliekstraktsioon lõhub rakuseinu ja vabastab rakusisese materjali.
(©Fu et al., 2013)
Ultraheli- ja vastuvooluekstraktsiooni võrdlus
Fu et al. (2013) võrdlesid traditsioonilist vastuvoolu-ekstraheerimist sahharoosi ultraheliekstraktsiooniga suhkrupeedi laastudest. Uuringu tulemused näitasid, et ultraheli töötlus andis suurema saagise ja parema puhtuse, samal ajal kui ekstraheerimisaeg lühenes oluliselt: 70 minutilt (vastuvoolu) 40 minutile (ultraheli töötlus). Ultraheliabil ekstraheerimine (UAE) annab madalama kolloidsete lisandite kontsentratsiooni (eriti pektiinid) ja suurema sahharoosi saagise (94,0±0,15%). Ekstraheeritud mahla puhtus on kõrge (92,6±0,11%). (vrd Fu et al., 2013)
Kuna suhkrutootmisettevõtted on juba varustatud tavapäraste vastuvoolu-ekstraheerimistornidega, eelistatakse üldiselt sünergilise ultraheli töötluse kombineerimist olemasoleva seadmestikuga. Et rakendada sahharoosi ultraheliekstraktsiooni kulu- ja ajatõhusaimal viisil, saab ultraheliekstraktsiooni paigaldada sünergilise töötlusena enne tavapärast vastuvoolu-ekstraheerimist, selle ajal või pärast seda. Kuna ultraheli töötlus lõhub suhkrupeedi rakud ja vabastab sahharoosi rakkudest, saab vastuvoolutöötluse kestust lühendada, samal ajal kui sahharoosi saagis suureneb.
- Kiirendatud protsess
- Suuremad saagised
- Protsessi intensiivistamine
- Sünergilised toimed vastuvoolusüsteemidega
- Lihtne järelpaigaldamine
- Lihtne katsetamine
- Lineaarne skaleeritavus
- Väike hooldusvajadus
- Kiire investeeringutasuvus
Suure jõudlusega ultraheli ekstraktorid
Hielscher Ultrasonicsi ekstraktsioonisüsteeme kasutatakse üle maailma toiduaine- ja farmatsioonitööstuses kvaliteetsete ekstraktide kommertstootmiseks, mida kasutatakse toiduainetena, toidulisanditena või ravimitena. Olenemata sellest, kas soovite testida ja optimeerida ultraheli töötluse parameetreid laboriskaalas või paigaldada täielikult tööstusliku ultraheli ekstraktsioonisüsteemi inline-tootmiseks, on Hielscher Ultrasonicsil teile sobiv ultraheli ekstraktsiooniseadistus. Väike põrandapind ja paindlikud paigaldusvõimalused võimaldavad järelpaigaldust isegi kitsastes tootmisruumides.
Protsessi standardimine Hielscher Ultrasonicsiga
Toidukvaliteediga tooteid tuleks toota vastavalt heale tootmistavale (GMP) ja standardiseeritud töötlusnõuetele. Hielscher Ultrasonicsi digitaalsed ekstraktsioonisüsteemid on varustatud intelligentse tarkvaraga, mis võimaldab ultraheli töötlust lihtsalt ja täpselt seadistada ning juhtida. Automaatne andmete salvestamine kirjutab kõik ultraheli protsessiparameetrid, nagu ultraheli energia (kogu- ja netoenergia), amplituud, temperatuur ning rõhk (kui temperatuuri- ja rõhuandurid on paigaldatud), koos kuupäeva ja kellaajaga sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil iga ultraheliga töödeldud partiid tagantjärele kontrollida. Samal ajal on tagatud korratavus ja järjepidevalt kõrge tootekvaliteet.
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheli protsessorid suudavad tagada väga suuri amplituude. Kuni 200 µm amplituudidega saab hõlpsasti pidevalt töötada ööpäevaringses 24/7 režiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töörežiimi raskes koormuses ja nõudlikes keskkondades.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Suure võimsusega ultraheli homogenisaatorid laboriskaalas kuni pilootskaalas ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmisi, mida tasub teada
Suhkru tootmine
Sahharoosi ehk lauasuhkrut toodetakse peamiselt suhkruroost ja suhkrupeedist (Beta vulgaris). Suhkur ehk sahharoos ekstraheeritakse peedist kuuma vee abil mitmeastmelises protsessis, kus toorsuhkru mahl ekstraheeritakse kuumaveediffusioonis vastuvoolusüsteemis. Seejärel suhkrumahl kontsentreeritakse vaakumis, millele järgneb tsükliline pesemine ja lõpuks kuivatamine.
Pärast koristust transporditakse peedijuured suhkrutöötlemistehasesse, kus peedid pestakse ja seejärel lõigatakse mehaaniliselt õhukesteks ribadeks, nn peedihakkeks (cossettes). Hakked suunatakse vastuvoolu-ekstraktsioonisüsteemi. Vastuvoolusüsteem töötab difusiooni teel ja leostab hakketest suhkrusisalduse kuuma vette.
Vastuvoolu-difusioonisüsteemid on pikad reaktorid või kõrged tornid / kolonnid, mille kõrgus on mitu meetrit ning milles hakked liiguvad ühes suunas (ülespoole), samal ajal kui kuum vesi voolab vastupidises suunas (allavoolu). Kaasaegsete tornekstraktsioonitehaste töötlemisvõimsus on kuni 17 000 tonni päevas. Hakkete tüüpiline viibeaeg vastuvoolutornis on ligikaudu 90 min., samas kui vesi püsib difusioonikolonnis ainult 45 min. Vastuvoolusüsteemide peamine eelis on väiksem veekasutus võrreldes suhkrupeedi maseratsiooniga kuumaveereaktoris. Vastuvoolu-difusioonisüsteemis tekkivat suhkrumahla lahust nimetatakse toormahlaks. Toormahla värvus võib oksüdatsioonitasemest olenevalt varieeruda mustast tumepunaseni.
Kasutatud hakked väljuvad difusioonisüsteemist pulbina, mille niiskusesisaldus on ligikaudu 95%, kuid sahharoosisisaldus on madal.
Niisket pulpi pressitakse kruvipressiga ligikaudu 75% niiskusesisalduseni, et pulbist järelejäänud sahharoos tagasi saada.
Jääkpulp kuivatatakse ja kasutatakse peamiselt loomasöödana.
Karbonatatsiooni rakendatakse toormahla lisandite eemaldamiseks enne, kui see saab suhkrukristallideks sadestada. Selleks segatakse toormahl kuuma lubjapiimaga, s.o kaltsiumhüdroksiidi suspensiooniga vees. Karbonatatsiooni käigus sadenevad lisandid, nagu sulfaadid, fosfaadid, tsitraat ja oksalaadid. Need sadenevad kaltsiumisoolade ja suuremate orgaaniliste molekulide kujul, nt valkude, pektiinide ja saponiinide kujul. Lisaks muudab aluseline pH väärtus lihtsuhkrud glükoosi ja fruktoosi koos aminohappe glutamiiniga keemiliselt stabiilseteks karboksüülhapeteks, mida saab hiljem filtreerimise teel eemaldada, kuna need molekulid segaksid kristallimist.
Järgmises protsessietapis juhitakse süsinikdioksiid mullidena läbi aluselise suhkrulahuse, mis sadestab lubja kaltsiumkarbonaadina. Kaltsiumkarbonaadi osakesed seovad osa lisanditest. Rasked osakesed settivad mahutis ja neid saab filtreerimise teel eemaldada. Pärast neid puhastus- ja puhastamisetappe saadakse nn lahjamahl. Lahjamahla võidakse töödelda soodaga pH väärtuse reguleerimiseks ning väävlipõhise ühendiga värvuse vähendamiseks, mis võib tekkida monosahhariidide termilise lagunemise tõttu.
Lahjamahla kontsentreerimiseks kasutatakse aurustamist mitmeastmeliste aurustussüsteemide abil, nii et lahjamahlast saab paks mahl. Paks mahl sisaldab ligikaudu 60% sahharoosi massi järgi.
Viimases etapis töödeldakse paksu mahla kristallisaatorites. Ringlussevõetud suhkru lisamise ja lahustamise teel valmistatakse nn emalahus. Emalahust kontsentreeritakse edasi keetmise teel vaakumis suurtes anumates, mida nimetatakse vaakumkatlaks, ning lisatakse väga peeni suhkrukristalle kristallisatsioonikeskmetena. Need kristallid kasvavad, kui suhkur emalahusest nende ümber moodustub. Saadud suhkrukristallide / siirupi segu nimetatakse massecuite’iks, prantsuskeelseks terminiks, mis tähendab „keedetud massi“. Massecuite suunatakse tsentrifuugi, kus „High Green“ siirup eemaldatakse massecuite’ist tsentrifugaaljõu abil. Pärast tsentrifuugimist pihustatakse tsentrifuugi vett, et pesta suhkrukristalle, mille tulemusel tekib nn „Low Green“ siirup. Seejärel pöörleb tsentrifuug väga suurel kiirusel, et kristalle osaliselt kuivatada. Kui tsentrifuug aeglustub, kraabitakse suhkur tsentrifuugi seintelt konveierisüsteemile, mis transpordib suhkru pöörlevasse granulaatorisse, kus see kuivatatakse sooja õhuga. Kuiv ja puhas suhkrukristall on valmis müümiseks rafineerimistehastele või toidutootjatele edasiseks töötlemiseks või kasutamiseks.