Extraction par ultrasons du sucre des cossettes de betteraves sucrières
L'extraction par ultrasons améliore le rendement du saccharose extrait des cossettes de betteraves sucrières et réduit considérablement la durée du processus d'extraction. La sonication est une technique simple et sûre, qui peut être facilement combinée avec la technologie actuelle d'extraction par flux à contre-courant afin d'améliorer l'efficacité de l'extraction.
Extraction ultrasonique de la cossette de betterave sucrière
L'extraction assistée par ultrasons est basée sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique ou ultrasonique. Les effets mécaniques générés par la cavitation induite par les ultrasons provoquent la sono-poration et la rupture des parois cellulaires, ce qui augmente la perméabilité des molécules piégées à l'intérieur des cellules. Les flux de liquide et les micro-turbulences provoqués par la cavitation améliorent le transfert de masse du processus d'extraction, de sorte que le saccharose et d'autres molécules sont transférés dans le solvant, c'est-à-dire l'eau.
Ultrasonateur UIP4000hdT pour l'extraction industrielle de la betterave sucrière.
- Prétraitement par ultrasons (avant la tour à contre-courant)
- Sonication pendant l'extraction à contre-courant
- Post-traitement par ultrasons (après la tour à contre-courant)
En fonction de l'installation d'extraction existante, des objectifs de production et de l'espace disponible, la sonication peut être facilement installée en prétraitement ou en post-traitement, ainsi que pendant l'extraction à contre-courant.
Prétraitement par ultrasons des cossettes de betteraves sucrières
Le prétraitement par ultrasons des cossettes de betteraves sucrières est une technique d'intensification du processus. Les extracteurs à ultrasons peuvent être facilement combinés avec les tours d'extraction à contre-courant, qui sont principalement utilisées pour l'extraction de la betterave sucrière. Une courte sonication des cossettes de betteraves sucrières avant qu'elles n'entrent dans le système d'extraction à contre-courant permet de désagréger et d'ouvrir les parois cellulaires. Les ultrasons favorisent le transfert de masse entre le solvant (c'est-à-dire l'eau) et les cossettes de betterave, de sorte que les molécules intracellulaires telles que le saccharose sont transférées de l'intérieur de la cellule vers le solvant. Le prétraitement ultrasonique des cossettes de betteraves facilite et accélère l'extraction du saccharose dans la colonne à contre-courant.
MEB (200×) d'échantillons de cossettes de betteraves sucrières soniquées à 400 W à 50°C pour différents temps d'extraction. A) flux à contre-courant de l'extraction des cossettes ; B) après UAE pendant 10 min ; C) après UAE pendant 20 min ; D) après UAE pendant 40 min. L'extraction par ultrasons désagrège les parois cellulaires et libère le matériel intracellulaire.
Comparaison entre l'extraction par ultrasons et l'extraction à contre-courant
Fu et al. (2013) ont comparé l'extraction traditionnelle à contre-courant avec l'extraction par ultrasons du saccharose à partir de la cossette de betterave sucrière. Les résultats de l'étude ont montré que la sonication permettait d'obtenir un rendement plus élevé d'une pureté supérieure, tandis que le temps d'extraction était considérablement réduit, passant de 70 minutes (contre-courant) à 40 minutes (sonication). L'extraction assistée par ultrasons (UAE) permet d'obtenir une concentration d'impuretés colloïdales plus faible (en particulier les pectines) et un rendement en saccharose plus élevé (94,0±0,15 %). Le jus extrait est d'une grande pureté (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Les installations de production de sucre étant déjà équipées de tours d'extraction conventionnelles à contre-courant, la combinaison de la sonication synergique avec l'installation existante est généralement privilégiée. Afin d'appliquer l'extraction du saccharose par ultrasons de la manière la plus rentable et la plus rapide possible, l'extraction par ultrasons peut être installée comme traitement synergique avant, pendant ou après l'extraction conventionnelle à contre-courant. Comme la sonication perturbe les cellules de la betterave sucrière et libère le saccharose des cellules, la durée du traitement à contre-courant peut être réduite, tandis que le rendement en saccharose est amélioré.
- Processus accéléré
- des rendements plus élevés
- l'intensification des processus
- Effets synergiques des systèmes à contre-courant
- un montage a posteriori facile
- Tests simples
- évolutivité linéaire
- peu d'entretien
- Un retour sur investissement rapide
Extracteurs ultrasoniques à haute performance
Hielscher Ultrasonics’ Les systèmes d’extraction sont utilisés dans le monde entier dans l’alimentation et l’industrie pharmaceutique pour la production commerciale d’extraits de haute qualité utilisés comme produits alimentaires, compléments alimentaires ou produits pharmaceutiques. Que vous souhaitiez tester et optimiser les paramètres d’usinage par ultrasons sur une paillasse ou installer un système d’extraction par ultrasons entièrement industriel pour la production en ligne, Hielscher Ultrasonics a la configuration d’extraction par ultrasons qui vous convient. Un faible encombrement et des options d’installation flexibles permettent un équipement ultérieur même dans une installation de traitement surpeuplée.
Normalisation des processus avec Hielscher Ultrasonics
Les produits de qualité alimentaire doivent être fabriqués conformément aux bonnes pratiques de fabrication (BPF) et selon des spécifications de traitement normalisées. Échographies Hielscher’ Les systèmes d’extraction numérique sont équipés d’un logiciel intelligent, qui facilite le réglage et le contrôle précis du processus de sonication. L’enregistrement automatique des données écrit tous les paramètres du processus ultrasonore tels que l’énergie ultrasonore (énergie totale et nette), l’amplitude, la température, la pression (lorsque les capteurs de température et de pression sont montés) avec horodatage sur la carte SD intégrée. Cela vous permet de réviser chaque lot traité par ultrasons. Dans le même temps, la reproductibilité et la qualité élevée du produit sont assurées.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs à ultrasons industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200 μm peuvent être facilement exécutées en continu en fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des environnements lourds et exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Littérature? Références
- 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.
Qu'il faut savoir
production de sucre
Le saccharose, également connu sous le nom de sucre de table, est principalement produit à partir de la canne à sucre et de la betterave à sucre (Beta vulgaris). Le sucre, c'est-à-dire le saccharose, est extrait des betteraves à l'aide d'eau chaude dans un processus en plusieurs étapes, où le jus de sucre brut est extrait par diffusion d'eau chaude dans un système d'écoulement à contre-courant. Le jus de sucre est ensuite concentré sous vide, suivi d'un lavage cyclique et enfin d'un séchage.
Après la récolte, les racines de betteraves sont transportées jusqu'à l'usine de transformation du sucre, où les betteraves sont lavées puis coupées mécaniquement en fines lamelles, appelées cossettes. Les cossettes sont introduites dans un système d'extraction à contre-courant. Le système à contre-courant fonctionne par diffusion et lixivie la teneur en sucre des cossettes dans de l'eau chaude.
Les systèmes de diffusion à contre-courant sont de longs réacteurs ou de hautes tours? colonnes de plusieurs mètres dans lesquels les cossettes circulent dans une direction (vers le haut) tandis que l'eau chaude circule dans la direction opposée (vers l'aval). Les installations modernes d'extraction à tour ont une capacité de traitement allant jusqu'à 17 000 tonnes par jour. Le temps de rétention typique des cossettes dans la tour à contre-courant est d'environ 90 minutes, alors que l'eau ne reste que 45 minutes dans la colonne de diffusion. Le principal avantage des systèmes à contre-courant est la réduction de la consommation d'eau par rapport à la macération des betteraves sucrières dans un réacteur à eau chaude. La solution de jus de sucre produite dans le système de diffusion à contre-courant est appelée jus brut. La couleur du jus brut peut varier du noir au rouge foncé en fonction de son niveau d'oxydation.
Les cossettes usagées sortent du système de diffusion sous forme de pâte à papier contenant environ 95 % d'humidité, mais une faible teneur en saccharose.
La pulpe humide est pressée à l'aide d'une presse à vis jusqu'à environ 75 % d'humidité afin de récupérer le saccharose restant dans la pulpe.
La pulpe restante est séchée et utilisée principalement comme aliment pour animaux.
La carbonatation est appliquée pour éliminer les impuretés du jus brut avant qu'il ne soit précipité en cristaux de sucre. Le jus brut est donc mélangé à du lait de chaux chaud, c'est-à-dire à une suspension d'hydroxyde de calcium dans l'eau. Pendant la carbonatation, les impuretés telles que les sulfates, les phosphates, les citrates et les oxalates précipitent. Elles précipitent sous forme de sels de calcium et de molécules organiques plus grosses, par exemple des protéines, des pectines et des saponines. En outre, la valeur alcaline du pH convertit les sucres simples que sont le glucose et le fructose, ainsi que l'acide aminé glutamine, en acides carboxyliques chimiquement stables, qui peuvent être éliminés ultérieurement par filtration, car ces molécules interféreraient avec la cristallisation.
Au cours de l'étape suivante du processus, du dioxyde de carbone est envoyé par bulles dans la solution alcaline de sucre, précipitant la chaux sous forme de carbonate de calcium. Les particules de carbonate de calcium fixent certaines impuretés. Les particules lourdes se déposent dans le réservoir et peuvent être éliminées par filtration. Après ces étapes de purification et de nettoyage, on obtient ce que l'on appelle le jus fin. Après ces étapes de purification et de nettoyage, on obtient ce que l'on appelle le jus fin. Le jus fin peut être traité avec du carbonate de soude pour ajuster la valeur du pH ainsi qu'avec un composé à base de soufre pour réduire la coloration, qui peut se produire en raison de la décomposition thermique des monosaccharides.
L'évaporation est utilisée pour concentrer le jus fin à l'aide de systèmes d'évaporation à effets multiples, de sorte que le jus fin se transforme en jus épais. Le jus épais contient environ 60 % de saccharose en poids.
Lors de la dernière étape, le jus épais est traité dans des cristallisoirs. En ajoutant et en dissolvant du sucre recyclé, on obtient ce que l'on appelle une liqueur mère. La liqueur mère est encore concentrée par ébullition sous vide dans de grands récipients, appelés bacs à vide, et de très fins cristaux de sucre sont ajoutés comme points d'ensemencement. Ces cristaux se développent au fur et à mesure que le sucre de la liqueur mère se forme autour d'eux. Le mélange de cristaux de sucre et de sirop qui en résulte est appelé masse cuite. “masse cuite”. La masse cuite est introduite dans une centrifugeuse, où la “Sirop vert élevé” est retiré de la masse cuite par la force centrifuge. Après une centrifucagtion, de l’eau est ensuite pulvérisée dans la centrifugeuse pour laver les cristaux de sucre, ce que l’on appelle “Sirop vert faible”. La centrifugeuse tourne ensuite à très grande vitesse pour sécher partiellement les cristaux. Lorsque la centrifugeuse ralentit, le sucre est raclé des parois de la centrifugeuse sur un système de convoyeur pour transporter le sucre dans un granulateur rotatif où il est séché à l’air chaud. Les cristaux de sucre secs et propres sont prêts à être vendus aux raffineries ou aux fabricants de produits alimentaires pour un traitement ou une utilisation ultérieurs.