Technologie des ultrasons Hielscher

Extraction par ultrasons du sucre des cossettes de betteraves à sucre

L'extraction par ultrasons améliore le rendement du saccharose extrait des cossettes de betteraves à sucre 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 d'extraction à contre-courant actuelle afin d'améliorer l'efficacité de l'extraction.

Extraction ultrasonique de betteraves à sucre par cossettes

La production de saccharose, également appelé sucre de table, peut être intensifiée par extraction ultrasoniqueL'extraction assistée par ultrasons est basée sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique ou ultrasonique. Les effets mécaniques, qui sont générés par la cavitation induite par les ultrasons, provoquent une sono-poration et une perturbation des parois cellulaires, ce qui augmente ensuite la perméabilité des molécules piégées à l'intérieur de la cellule. La circulation du liquide par cavitation et les micro-turbulences 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.

L'extraction par ultrasons peut être installée à différentes étapes de l'extraction du saccharose :

  • Prétraitement par ultrasons (avant la tour à contre-courant)
  • Sonication lors de l'extraction à contre-courant
  • Post-traitement par ultrasons (après tour à contre-courant)

En fonction de l'installation d'extraction existante, des cibles de production et de l'espace disponible, la sonication peut être facilement réadaptée en pré ou post-traitement ainsi que pendant l'extraction à contre-courant.

Prétraitement par ultrasons des cossettes de betteraves à sucre

Le prétraitement par ultrasons des cossettes de betteraves à sucre est une technique d'intensification du processus. Les extracteurs ultrasoniques peuvent être facilement combinés avec des tours d'extraction à contre-courant, qui sont principalement utilisées pour l'extraction des betteraves sucrières. Une brève sonication des cossettes de betteraves sucrières avant qu'elles n'entrent dans le système d'extraction à contre-courant permet de perturber 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 à sucre facilite et accélère l'extraction du saccharose dans la colonne à contre-courant.

Effets de l'extraction par ultrasons sur les cossettes de betteraves à sucre.

MEB (200×) d'échantillons de cossettes de betteraves à sucre soniqués à 400 W à 50 °C pour différents temps d'extraction. A) extraction à contre-courant des cossettes ; B) après les EAU pendant 10 min ; C) après les EAU pendant 20 min ; D) après les EAU pendant 40 min. L'extraction par ultrasons perturbe les parois cellulaires et libère la matière intracellulaire.
source de l'image : Fu et al., 2013

Appareil de traitement par ultrasons UIP4000hdT

sonificateur UIP4000hdT (4kW)

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Comparaison entre l'extraction par ultrasons et l'extraction à contre-courant

Fu et al. (2013) ont comparé l'extraction traditionnelle par flux à contre-courant avec l'extraction par ultrasons du saccharose de la cossette de betterave à sucre. Les résultats de l'étude ont montré que la sonication permettait d'obtenir un rendement plus élevé et une pureté supérieure, tandis que le temps d'extraction était significativement réduit à partir de 70 min. (à contre-courant) à 40 min. (sonication). L'extraction assistée par ultrasons (EAU) 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 à contre-courant conventionnelles, la combinaison de la sonication synergique avec l'installation existante est généralement privilégiée. Afin d'appliquer l'extraction ultrasonique du saccharose de la manière la plus économique et la plus rapide possible, l'extraction ultrasonique 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.

Avantages de l'extraction ultrasonique du saccharose

  • Processus accéléré
  • Les rendements plus élevés
  • intensification du processus
  • Effets de synergie avec les systèmes à contre-courant
  • Une mise à niveau facile
  • Des tests simples
  • évolutivité linéaire
  • Faible entretien
  • rapide RoI

Extracteurs à ultrasons à haute performance

Les systèmes d'extraction de Hielscher Ultrasons sont utilisés dans le monde entier dans l'industrie alimentaire et 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 de traitement par ultrasons au niveau du banc d'essai ou installer un système d'extraction par ultrasons entièrement industriel pour la production en ligne, Hielscher Ultrasons a l'installation d'extraction par ultrasons qui vous convient. Un faible encombrement et des options d'installation flexibles permettent de procéder à un rééquipement même dans une installation de traitement encombrée.

Normalisation des processus avec les ultrasons Hielscher

Les produits de qualité alimentaire doivent être fabriqués conformément aux bonnes pratiques de fabrication (BPF) et à des spécifications de traitement normalisées. Les systèmes d'extraction numérique de Hielscher Ultrasons sont équipés d'un logiciel intelligent, qui permet de régler et de contrôler facilement et précisément le processus de sonication. L'enregistrement automatique des données inscrit 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 la date et l'heure sur la carte SD intégrée. Cela vous permet de réviser chaque lot traité par ultrasons. En même temps, la reproductibilité et une qualité de produit élevée et constante sont assurées.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement utilisées en continu 24h/24 et 7j/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles et exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Hielscher Ultrasons fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques haute performance pour la dispersion, l'émulsification et l'extraction cellulaire.

Homogénéisateurs ultrasoniques de haute puissance de laboratoires à pilote et Industriel échelle.

Littérature / Références



Qu'il faut savoir

Production de sucre

La betterave à sucre est la matière première de la production de saccharose. L'extraction par ultrasons améliore le rendement en sucre et accélère considérablement le temps d'extraction. Dans l'ensemble, l'extraction ultrasonique des cossettes de betteraves à sucre se traduit par un rendement d'extraction plus élevé. 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 sucrière (Beta vulgaris). Le sucre, c'est-à-dire le saccharose, est extrait des betteraves à l'aide d'eau chaude dans un processus à plusieurs étapes, où le jus de sucre brut est extrait par diffusion d'eau chaude dans un système à contre-courant. Ensuite, le jus de sucre est concentré sous vide, suivi d'un lavage cyclique et enfin d'un séchage.

Après la récolte, les racines de betteraves sont transportées vers 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 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 un sens (vers le haut) tandis que l'eau chaude circule dans le sens opposé (vers l'aval). Les tours d'extraction modernes 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 qui est 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 usées sortent du système de diffusion sous forme de pulpe avec une humidité d'environ 95%, mais une faible teneur en saccharose.
La pulpe humide est pressée à l'aide d'une presse à vis à environ 75 % d'humidité pour récupérer le saccharose restant de la pulpe.
La pulpe restante est séchée et utilisée principalement pour l'alimentation animale.
La carbonatation est appliquée pour éliminer les impuretés du jus brut avant qu'il ne puisse être 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. Au cours de 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.
Dans l'étape suivante du processus, le dioxyde de carbone est mis en bulle dans la solution alcaline de sucre, précipitant la chaux sous forme de carbonate de calcium. Les particules de carbonate de calcium lient 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. Le jus fin peut être traité avec de la soude pour ajuster le pH et 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 un jus épais. Le jus épais contient environ 60 % de saccharose en poids.
Dans l'étape finale, le jus épais est traité dans des cristallisateurs. En ajoutant et en dissolvant du sucre recyclé, on obtient une liqueur mère. La liqueur mère est ensuite concentrée en la faisant bouillir sous vide dans de grands récipients, appelés "vacuum pans", et des cristaux de sucre très fins sont ajoutés comme points d'ensemencement. Ces cristaux se développent 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, un terme français qui signifie “masse cuite”. La masse cuite est introduite dans une centrifugeuse, où le "sirop vert" est retiré de la masse cuite par la force centrifuge. Après une centrifugation, de l'eau est ensuite pulvérisée dans la centrifugeuse pour laver les cristaux de sucre, ce qui produit un sirop dit "Low Green". 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 par de 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 ultérieure.