સુગર બીટના કોસેટ્સમાંથી ખાંડનું અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ
અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ સુગર બીટના કોસેટ્સમાંથી મેળવવામાં આવતા સુક્રોઝની ઉપજ વધારે છે અને નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયાનો સમય નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. સોનિકેશન એક સરળ અને સલામત તકનીક છે, જેને નિષ્કર્ષણની કાર્યક્ષમતા સુધારવા માટે હાલની પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ તકનીક સાથે સરળતાથી જોડી શકાય છે.
સુગર બીટના કોસેટ્સનું અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત નિષ્કર્ષણ ધ્વનિક અથવા અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનના કાર્યસિદ્ધાંત પર આધારિત છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા પ્રેરિત કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતી યાંત્રિક અસરો કોષભિત્તિઓમાં ધ્વનિ દ્વારા છિદ્રો પાડે છે અને તેમનું વિઘટન કરે છે, જેનાથી ત્યારબાદ કોષની અંદર ફસાયેલા અણુઓની પારગમ્યતા વધે છે. કેવિટેશનથી સર્જાતા પ્રવાહી પ્રવાહ અને સૂક્ષ્મ વિક્ષોભો નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયામાં દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ સુધારે છે, જેથી સુક્રોઝ અને અન્ય અણુઓ દ્રાવકમાં, એટલે કે પાણીમાં, સ્થાનાંતરિત થાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિકેટર UIP4000hdT ઔદ્યોગિક સ્તરે સુગર બીટના નિષ્કર્ષણ માટે છે.
- અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વ-ઉપચાર (પ્રતિપ્રવાહ ટાવર પહેલાં)
- પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ દરમિયાન સોનિકેશન
- અલ્ટ્રાસોનિક અનુ-ઉપચાર (પ્રતિપ્રવાહ ટાવર પછી)
હાલની નિષ્કર્ષણ સુવિધા, ઉત્પાદન લક્ષ્યો અને ઉપલબ્ધ જગ્યાના આધારે, સોનિકેશનને પૂર્વ-ઉપચાર કે અનુ-ઉપચાર તરીકે તેમજ પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ દરમિયાન ઉપયોગ માટે હાલની વ્યવસ્થામાં સરળતાથી ઉમેરી શકાય છે.
સુગર બીટના કોસેટ્સનો અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વ-ઉપચાર
સુગર બીટના કોસેટ્સનો અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વ-ઉપચાર પ્રક્રિયાને તીવ્ર બનાવતી તકનીક છે. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષકોને પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ ટાવરો સાથે સરળતાથી જોડી શકાય છે, જેનો મુખ્યત્વે સુગર બીટના નિષ્કર્ષણ માટે ઉપયોગ થાય છે. સુગર બીટના કોસેટ્સ પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ પ્રણાલીમાં પ્રવેશે તે પહેલાં થોડા સમય માટે તેમનું સોનિકેશન કરવાથી કોષભિત્તિઓનું વિઘટન કરવામાં અને તેમને ખોલવામાં મદદ મળે છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્રાવક (એટલે કે પાણી) અને બીટના કોસેટ્સ વચ્ચે દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણને પ્રોત્સાહન આપે છે, જેથી સુક્રોઝ જેવા અંતઃકોષીય અણુઓ કોષની અંદરથી દ્રાવકમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. સુગર બીટના કોસેટ્સનો અલ્ટ્રાસોનિક પૂર્વ-ઉપચાર પ્રતિપ્રવાહ સ્તંભમાં સુક્રોઝના નિષ્કર્ષણને સરળ અને ઝડપી બનાવે છે.
વિવિધ નિષ્કર્ષણ સમય માટે 50°C પર 400 W શક્તિએ સોનિકેશન કરેલા સુગર બીટના કોસેટ્સના નમૂનાઓની SEM (200×) છબીઓ. A) કોસેટ્સનું પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ; B) 10 min માટે UAE પછી; C) 20 min માટે UAE પછી; D) 40 min માટે UAE પછી. અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ કોષભિત્તિઓનું વિઘટન કરે છે અને અંતઃકોષીય પદાર્થને મુક્ત કરે છે.
(©Fu et al., 2013)
અલ્ટ્રાસોનિક અને પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણની સરખામણી
Fu et al. (2013) એ પરંપરાગત પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણની સરખામણી સુગર બીટના કોસેટ્સમાંથી સુક્રોઝના અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ સાથે કરી હતી. અભ્યાસનાં પરિણામોએ દર્શાવ્યું કે સોનિકેશનથી વધુ સારી શુદ્ધતા ધરાવતી વધુ ઉપજ મળી હતી, જ્યારે નિષ્કર્ષણનો સમય 70 min. (પ્રતિપ્રવાહ) થી ઘટીને 40 min. (સોનિકેશન) થયો હતો, જે નોંધપાત્ર ઘટાડો હતો. અલ્ટ્રાસોનિક-સહાયિત નિષ્કર્ષણ (UAE) થી કોલોઇડલ અશુદ્ધિઓની સાંદ્રતા ઓછી થાય છે (ખાસ કરીને પેક્ટિન્સની), અને સુક્રોઝની વધુ ઉપજ (94.0±0.15%) મળે છે. નિષ્કર્ષિત રસની શુદ્ધતા ઊંચી (92.6±0.11%) હોય છે. (જુઓ Fu et al., 2013)
ખાંડ ઉત્પાદન સુવિધાઓ પહેલેથી જ પરંપરાગત પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ ટાવરોથી સજ્જ હોવાથી, હાલની વ્યવસ્થા સાથે સહક્રિયાત્મક સોનિકેશનનું સંયોજન સામાન્ય રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક સુક્રોઝ નિષ્કર્ષણને ખર્ચ અને સમયની દૃષ્ટિએ સૌથી કાર્યક્ષમ રીતે લાગુ કરવા માટે, પરંપરાગત પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ પહેલાં, દરમિયાન અથવા પછી સહક્રિયાત્મક ઉપચાર તરીકે અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ સ્થાપિત કરી શકાય છે. સોનિકેશન સુગર બીટના કોષોનું વિઘટન કરે છે અને કોષોમાંથી સુક્રોઝ મુક્ત કરે છે, તેથી પ્રતિપ્રવાહ ઉપચારનો સમય ઘટાડી શકાય છે, જ્યારે સુક્રોઝની ઉપજ વધે છે.
- વધુ ઝડપી પ્રક્રિયા
- વધુ ઉપજ
- પ્રક્રિયાનું તીવ્રીકરણ
- પ્રતિપ્રવાહ પ્રણાલીઓ સાથે સહક્રિયાત્મક અસરો
- હાલની વ્યવસ્થામાં સરળતાથી ઉમેરવાની સુવિધા
- સરળ પરીક્ષણ
- રેખીય રીતે ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધારવાની ક્ષમતા
- ઓછી જાળવણી
- રોકાણ પર ઝડપી વળતર
ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષકો
ખાદ્ય ઉત્પાદનો, આહાર પૂરકો અથવા ઔષધો તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા અર્કના વ્યાવસાયિક ઉત્પાદન માટે Hielscher Ultrasonicsની નિષ્કર્ષણ પ્રણાલીઓનો વિશ્વભરમાં ખાદ્ય અને ઔષધ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગ થાય છે. તમે બેન્ચ-ટોપ સ્તરે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિમાણોનું પરીક્ષણ અને શ્રેષ્ઠીકરણ કરવા માંગતા હો કે ઇનલાઇન ઉત્પાદન માટે સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ પ્રણાલી સ્થાપિત કરવા માંગતા હો, Hielscher Ultrasonics પાસે તમારા માટે યોગ્ય અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ વ્યવસ્થા છે. ઓછી જગ્યા રોકતી રચના અને સ્થાપનના લવચીક વિકલ્પોને કારણે ખૂબ જ સાંકડી પ્રક્રિયા સુવિધામાં પણ હાલની વ્યવસ્થામાં તેને ઉમેરી શકાય છે.
Hielscher Ultrasonics સાથે પ્રક્રિયાનું માનકીકરણ
ખાદ્ય ઉપયોગ માટે યોગ્ય ઉત્પાદનોનું ઉત્પાદન સારી ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ (GMP) અનુસાર અને માનકીકૃત પ્રક્રિયા વિનિર્દેશો હેઠળ થવું જોઈએ. Hielscher Ultrasonics ની ડિજિટલ નિષ્કર્ષણ પ્રણાલીઓ બુદ્ધિશાળી સોફ્ટવેર સાથે આવે છે, જે સોનિકેશન પ્રક્રિયાને ચોકસાઈપૂર્વક સેટ કરવાનું અને નિયંત્રિત કરવાનું સરળ બનાવે છે. સ્વચાલિત ડેટા નોંધણી દ્વારા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઊર્જા (કુલ અને ચોખ્ખી ઊર્જા), કંપવિસ્તાર, તાપમાન અને દબાણ (જ્યારે તાપમાન અને દબાણના સેન્સર લગાવેલા હોય ત્યારે) જેવા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના તમામ પરિમાણો તારીખ અને સમયની મુદ્રા સાથે આંતરિક SD-card પર નોંધાય છે. આ તમને અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા કરેલા દરેક બેચની સમીક્ષા કરવાની સુવિધા આપે છે. સાથે જ, પુનરુત્પાદકતા અને સતત ઉચ્ચ ઉત્પાદન ગુણવત્તા સુનિશ્ચિત થાય છે.
Hielscher Ultrasonics ના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો ખૂબ ઊંચા કંપવિસ્તારો આપી શકે છે. 200µm સુધીના કંપવિસ્તારો સાથે 24/7 કામગીરી સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપવિસ્તારો માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ ઉપલબ્ધ છે. Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ ભારે કાર્યભાર હેઠળ અને પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં 24/7 કામગીરી શક્ય બનાવે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
| બેચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 1 થી 500mL | 10 થી 200mL/min | UP100H |
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં જોડાયેલા UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સ પ્રયોગશાળા થી પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક સ્તર સુધી.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- 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.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
ખાંડનું ઉત્પાદન
સુક્રોઝ, જેને ખાવાની ખાંડ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તેનું ઉત્પાદન મુખ્યત્વે શેરડી અને સુગર બીટ (Beta vulgaris)માંથી થાય છે. ખાંડ, એટલે કે સુક્રોઝ, બીટમાંથી ગરમ પાણીનો ઉપયોગ કરીને બહુવિધ તબક્કાવાળી પ્રક્રિયામાં નિષ્કર્ષિત કરવામાં આવે છે, જેમાં પ્રતિપ્રવાહ પ્રણાલીમાં ગરમ પાણીમાં પ્રસરણ દ્વારા ખાંડનો કાચો રસ મેળવવામાં આવે છે. ત્યારબાદ, ખાંડના રસને શૂન્યાવકાશ હેઠળ સાંદ્ર કરવામાં આવે છે, પછી ચક્રીય ધોવાણ કરવામાં આવે છે અને અંતે સૂકવવામાં આવે છે.
લણણી પછી, બીટનાં મૂળને ખાંડના પ્રસંસ્કરણ સંયંત્રમાં લઈ જવામાં આવે છે, જ્યાં બીટને ધોવામાં આવે છે અને પછી યાંત્રિક રીતે પાતળી પટ્ટીઓમાં કાપવામાં આવે છે, જેને કોસેટ્સ કહેવામાં આવે છે. કોસેટ્સને પ્રતિપ્રવાહ નિષ્કર્ષણ પ્રણાલીમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. પ્રતિપ્રવાહ પ્રણાલી પ્રસરણ દ્વારા કાર્ય કરે છે અને કોસેટ્સમાં રહેલી ખાંડને ગરમ પાણીમાં નિષ્કર્ષિત કરે છે.
પ્રતિપ્રવાહ પ્રસરણ પ્રણાલીઓ લાંબા રિએક્ટરો અથવા કેટલાંક મીટર ઊંચા ટાવરો / સ્તંભો હોય છે, જેમાં કોસેટ્સ એક દિશામાં (ઉપર તરફ) વહે છે, જ્યારે ગરમ પાણી વિરુદ્ધ દિશામાં (વહેણની દિશામાં) વહે છે. આધુનિક ટાવર નિષ્કર્ષણ સંયંત્રોની પ્રસંસ્કરણ ક્ષમતા પ્રતિ દિવસ 17,000 મેટ્રિક ટન સુધીની હોય છે. પ્રતિપ્રવાહ ટાવરમાં કોસેટ્સનો સામાન્ય નિવાસ સમય આશરે 90 min. હોય છે, જ્યારે પાણી પ્રસરણ સ્તંભમાં માત્ર 45 min. રહે છે. ગરમ પાણીના રિએક્ટરમાં સુગર બીટને પલાળીને નરમ કરવાની પ્રક્રિયાની સરખામણીમાં પ્રતિપ્રવાહ પ્રણાલીઓનો મુખ્ય લાભ પાણીનો ઓછો વપરાશ છે. પ્રતિપ્રવાહ પ્રસરણ પ્રણાલીમાં ઉત્પન્ન થતા ખાંડના રસના દ્રાવણને કાચો રસ કહેવામાં આવે છે. કાચા રસના ઓક્સિડેશનના સ્તરને આધારે તેનો રંગ કાળાથી ઘેરા લાલ સુધી બદલાઈ શકે છે.
નિષ્કર્ષણ પછીના કોસેટ્સ પ્રસરણ પ્રણાલીમાંથી આશરે 95% ભેજવાળા, પરંતુ સુક્રોઝનું ઓછું પ્રમાણ ધરાવતા માવા તરીકે બહાર નીકળે છે.
માવામાંથી બાકી રહેલો સુક્રોઝ પાછો મેળવવા માટે ભીના માવાને સ્ક્રૂ પ્રેસ વડે દબાવીને તેમાં ભેજનું પ્રમાણ આશરે 75% સુધી લાવવામાં આવે છે.
બાકી રહેલા માવાને સૂકવવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પશુઆહાર તરીકે થાય છે.
કાચા રસમાંથી ખાંડના સ્ફટિકોનું અવક્ષેપણ કરી શકાય તે પહેલાં તેમાંની અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે કાર્બોનેટેશન કરવામાં આવે છે. આ માટે, કાચા રસને ગરમ ચૂનાના દૂધ સાથે, એટલે કે પાણીમાં કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડના નિલંબન સાથે, ભેળવવામાં આવે છે. કાર્બોનેટેશન દરમિયાન સલ્ફેટ, ફોસ્ફેટ, સાઇટ્રેટ અને ઓક્ઝાલેટ જેવી અશુદ્ધિઓનું અવક્ષેપણ થાય છે. તેમનું અવક્ષેપણ કેલ્શિયમ ક્ષારો અને મોટા કાર્બનિક અણુઓ, દા.ત. પ્રોટીન, પેક્ટિન અને સેપોનિનના સ્વરૂપમાં થાય છે. વધુમાં, ક્ષારીય pH મૂલ્ય સરળ શર્કરાઓ ગ્લુકોઝ અને ફ્રુક્ટોઝને, એમિનો એસિડ ગ્લુટામાઇન સાથે, રાસાયણિક રીતે સ્થિર કાર્બોક્સિલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેમને પછીથી ગાળણ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે, કારણ કે તે અણુઓ સ્ફટિકીકરણમાં અવરોધ ઊભો કરે છે.
પ્રક્રિયાના આગલા તબક્કામાં, ખાંડના ક્ષારીય દ્રાવણમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડના પરપોટા પસાર કરવામાં આવે છે, જેનાથી ચૂનાનું કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ તરીકે અવક્ષેપણ થાય છે. કેલ્શિયમ કાર્બોનેટના કણો કેટલીક અશુદ્ધિઓને બાંધી લે છે. ભારે કણો ટાંકીમાં નીચે બેસી જાય છે અને તેમને ગાળણ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે. શુદ્ધીકરણ અને સફાઈના આ તબક્કાઓ પછી કહેવાતો પાતળો રસ પ્રાપ્ત થાય છે. પાતળા રસનું pH મૂલ્ય સમાયોજિત કરવા માટે તેને સોડા ઍશ વડે તેમજ મોનોસેકેરાઇડના ઉષ્મીય વિઘટનને કારણે ઉદ્ભવી શકે તેવી રંગની અસર ઘટાડવા માટે સલ્ફર આધારિત સંયોજન વડે ઉપચારિત કરવામાં આવી શકે છે.
બહુઅસર બાષ્પીભવન પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરીને પાતળા રસને સાંદ્ર કરવા માટે બાષ્પીભવન કરવામાં આવે છે, જેથી પાતળો રસ ઘટ્ટ રસમાં ફેરવાય છે. ઘટ્ટ રસમાં વજનના આધારે આશરે 60% સુક્રોઝ હોય છે.
અંતિમ તબક્કામાં, ઘટ્ટ રસને સ્ફટિકીકરણ ઉપકરણોમાં ઉપચારિત કરવામાં આવે છે. પુનઃચક્રિત ખાંડ ઉમેરીને અને ઓગાળીને કહેવાતું માતૃ દ્રાવણ બનાવવામાં આવે છે. વેક્યૂમ પૅન તરીકે ઓળખાતાં મોટા વાસણોમાં શૂન્યાવકાશ હેઠળ ઉકાળીને માતૃ દ્રાવણને વધુ સાંદ્ર કરવામાં આવે છે અને સ્ફટિકીકરણનાં બીજકેન્દ્રો તરીકે ખાંડના અત્યંત બારીક સ્ફટિકો ઉમેરવામાં આવે છે. માતૃ દ્રાવણમાંથી ખાંડ આ સ્ફટિકોની આસપાસ રચાતી જાય છે તેમ તેમ આ સ્ફટિકો વધે છે. પરિણામે મળતા ખાંડના સ્ફટિકો / ચાસણીના મિશ્રણને માસેક્યુટ કહેવામાં આવે છે; આ ફ્રેન્ચ શબ્દનો અર્થ “રાંધેલો જથ્થો” થાય છે. માસેક્યુટને સેન્ટ્રિફ્યુજમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, જ્યાં કેન્દ્રત્યાગી બળ વડે માસેક્યુટમાંથી “હાઈ ગ્રીન ચાસણી” દૂર કરવામાં આવે છે. કેન્દ્રત્યાગી પ્રક્રિયા પછી, ખાંડના સ્ફટિકોને ધોવા માટે સેન્ટ્રિફ્યુજમાં પાણીનો છંટકાવ કરવામાં આવે છે, જેનાથી કહેવાતી “લો ગ્રીન ચાસણી” બને છે. ત્યારબાદ સ્ફટિકોને આંશિક રીતે સૂકવવા માટે સેન્ટ્રિફ્યુજ ખૂબ જ ઊંચી ઝડપે ફરે છે. જ્યારે સેન્ટ્રિફ્યુજ ધીમું પડે છે, ત્યારે તેની દીવાલો પરથી ખાંડને ખોતરીને કન્વેયર પ્રણાલી પર ઉતારવામાં આવે છે, જેથી ખાંડને ફરતા દાણાદારક ઉપકરણમાં લઈ જઈ શકાય, જ્યાં તેને ગરમ હવાથી સૂકવવામાં આવે છે. સૂકા, સ્વચ્છ ખાંડના સ્ફટિકો વધુ ઉપચાર અથવા ઉપયોગ માટે રિફાઇનરીઓ અથવા ખાદ્ય ઉત્પાદકોને વેચવા માટે તૈયાર હોય છે.