מיצוי אולטראסוני של סוכר מסלק סוכר
מיצוי אולטראסוני משפר את תפוקת הסוכרוז המופק מקוסטות סלק סוכר ומקצר את משך תהליך המיצוי באופן משמעותי. סוניקציה היא טכניקה פשוטה ובטוחה, אשר ניתן לשלב בקלות עם טכנולוגיית חילוץ זרם נגדי הנוכחי על מנת לשפר את יעילות החילוץ.
מיצוי אולטרסאונד סלק סוכר Cossette
מיצוי בעזרת אולטרסאונד מבוסס על עקרון העבודה של קוויטציה אקוסטית או קולית. ההשפעות המכניות, אשר נוצרות על ידי cavitation המושרה אולטרה סאונד, לגרום sono-poration ושיבוש של קירות התא, אשר לאחר מכן מגביר את החדירות של מולקולות לכודים בתוך התא. זרימת נוזלים ומיקרו-מערבולות הנגרמות על ידי קביטציה משפרות את העברת המסה של תהליך המיצוי, כך שסוכרוז ומולקולות אחרות מועברים לממס, כלומר למים.
Ultrasonicator UIP4000hdT למיצוי סלק סוכר תעשייתי.
- טיפול מקדים אולטראסוני (לפני מגדל זרם נגדי)
- סוניקציה במהלך חילוץ זרם נגדי
- אולטרסאונד לאחר הטיפול (לאחר מגדל זרם נגדי)
בהתאם למתקן החילוץ הקיים, יעדי הייצור והשטח הזמין, ניתן להתאים בקלות את הסוניקציה לאחור לפני או אחרי הטיפול, כמו גם במהלך חילוץ זרם נגדי.
טיפול מקדים אולטראסוני של קוסטות סלק סוכר
טיפול מקדים אולטראסוני בסלק סוכר הוא טכניקה להעצמת תהליך. ניתן לשלב בקלות קולטי אדים על-קוליים עם מגדלי מיצוי זרימה בזרם נגדי, המשמשים בעיקר למיצוי סלק סוכר. סוניקציה קצרה של הקוסטות של סלק הסוכר לפני שהן נכנסות למערכת מיצוי הזרם הנגדי עוזרות לשבש ולפתוח את דפנות התא. אולטרה-סוניקציה מקדמת העברת מסה בין הממס (כלומר, מים) לבין קוסטות סלק, כך שהמולקולות התוך-תאיות כגון סוכרוז מועברות מפנים התא לממס. הטיפול המוקדם העל-קולי של קוסטות סלק סוכר מקל ומאיץ את מיצוי הסוכרוז בעמודת זרימת הזרם הנגדי.
SEM (200×) של דגימות קוסטה מסלק סוכר בהספק של 400 ואט ב-50°C למשך זמן מיצוי שונה. א) זרימה נגדית של מיצוי קוסטים; ב) אחרי איחוד האמירויות למשך 10 דקות; ג) אחרי איחוד האמירויות למשך 20 דקות; ד) אחרי איחוד האמירויות למשך 40 דקות. מיצוי קולי משבש את דפנות התא ומשחרר את החומר התוך-תאי.
(©Fu et al., 2013)
השוואה בין חילוץ אולטראסוני לעומת חילוץ זרם נגדי
Fu et al. (2013) השוו את מיצוי זרימת הזרם הנגדי המסורתי עם מיצוי קולי של סוכרוז מסלק סוכר. תוצאות המחקר הראו כי סוניקציה הביאה לתפוקה גבוהה יותר של טוהר מעולה, בעוד שזמן החילוץ התקצר משמעותית מ-70 דקות (זרם נגדי) ל-40 דקות (סוניקציה). מיצוי בסיוע אולטרה-סאונד (איחוד האמירויות הערביות) גורם לריכוז זיהום קולואידי נמוך יותר (במיוחד פקטין), ונותן תפוקת סוכרוז גבוהה יותר (94.0±0.15%). מיץ מופק של טוהר גבוה (92.6±0.11%). (ראה: פו ואחרים, 2013)
מכיוון שמתקני ייצור סוכר כבר מצוידים במגדלי מיצוי קונבנציונליים נגד זרם, השילוב של סוניקציה סינרגטית עם ההתקנה הקיימת מועדף בדרך כלל. על מנת ליישם מיצוי סוכרוז קולי בצורה החסכונית ביותר ובזמן החסכוני ביותר, מיצוי קולי יכול להיות מותקן כטיפול סינרגטי לפני, במהלך או אחרי מיצוי זרם נגדי קונבנציונאלי. כאשר הסוניקציה משבשת את תאי סלק הסוכר ומשחררת את הסוכרוז מהתאים, ניתן לקצר את משך הטיפול בזרימה נגד הזרם, בעוד תנובת הסוכרוז משופרת.
- תהליך מואץ
- תשואות גבוהות יותר
- העצמת תהליכים
- אפקטים סינרגטיים עם מערכות זרם נגדי
- התאמת רטרו קלה
- בדיקה פשוטה
- מדרגיות ליניארית
- תחזוקה נמוכה
- החזר השקעה מהיר
מחלצים קוליים בעלי ביצועים גבוהים
Hielscher Ultrasonics’ extraction systems are used worldwide in food and pharma for the commercial production of high quality extracts used as food products, dietary supplements or pharmaceuticals. Wether you want to test and optimise ultrasonic processing parameters on bench-top level or install a fully-industrial ultrasonic extraction system for inline production, Hielscher Ultrasonics has the suitable ultrasonic extraction setup for you. A small foot print and flexible installation options allow for retro-fitting even in a crammed processing facility.
סטנדרטיזציה תהליך עם Hielscher Ultrasonics
מוצרים המיועדים למאכל צריכים להיות מיוצרים בהתאם לנהלי ייצור נאותים (GMP) ותחת מפרטי עיבוד סטנדרטיים. Hielscher Ultrasonics’ מערכות מיצוי דיגיטליות מגיעות עם תוכנה חכמה, המקלה על הגדרת תהליך הסוניקציה ובקרתו בצורה מדויקת. רישום נתונים אוטומטי רושם את כל פרמטרי התהליך האולטראסוניים, כגון אנרגיית אולטרסאונד (אנרגיה כוללת ואנרגיה נטו), משרעת, טמפרטורה, לחץ (כאשר מותקנים חיישני טמפרטורה ולחץ) עם חותמת תאריך ושעה על כרטיס SD מובנה. זה מאפשר לך לבדוק כל אצווה שעברה עיבוד אולטראסוני. במקביל, מובטחת יכולת שחזור ואיכות מוצר גבוהה באופן רציף.
Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים. החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
ספרות / מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
ייצור סוכר
סוכרוז, הידוע גם בשם סוכר שולחני, מיוצר בעיקר מקנה סוכר ומסלק סוכר (Beta vulgaris). סוכר, כלומר סוכרוז, מופק מסלק באמצעות מים חמים בתהליך רב-שלבי, שבו מיץ סוכר גולמי מופק בדיפוזיה של מים חמים במערכת זרימה נגדית. לאחר מכן, מיץ הסוכר מרוכז תחת ואקום, ואחריו שטיפה מחזורית ולבסוף ייבוש.
לאחר הקציר, שורשי סלק מועברים למפעל עיבוד סוכר, שם סלק נשטפים ולאחר מכן מכנית לחתוך רצועות פרוסות דק, מה שנקרא cossettes. הקוסטות מוזנות למערכת מיצוי זרימה בזרם נגדי. מערכת הזרם הנגדי פועלת על ידי דיפוזיה ומשחררת את תכולת הסוכר מהקוסטות למים חמים.
מערכות דיפוזיה נגד זרם הן כורים ארוכים או מגדלים/עמודים גבוהים של מספר מטרים בהם הקוסטות זורמות בכיוון אחד (כלפי מעלה) ואילו מים חמים זורמים בכיוון ההפוך (במורד הזרם). למפעלי מיצוי מגדל מודרניים יש יכולת עיבוד של עד 17,000 טון מטרי ליום. זמן השימור הטיפוסי של קוסטות במגדל הזרם הנגדי הוא כ-90 דקות, בעוד שהמים נשארים רק 45 דקות בטור הדיפיוזר. היתרון העיקרי של מערכות זרימה נגד זרם הוא השימוש המופחת במים בהשוואה להשריית סלק סוכר בכור מים חמים. תמיסת מיץ הסוכר המיוצרת במערכת הדיפוזיה של זרם נגדי נקראת מיץ גולמי. צבע המיץ הגולמי יכול להשתנות בין שחור לאדום כהה בהתאם לרמת החמצון שלו.
הקוסטות המשומשות יוצאות ממערכת הדיפוזיה כעיסה עם כ-95% לחות, אך תכולת סוכרוז נמוכה.
העיסה הלחה נלחצת במכבש בורג לכ-75% לחות כדי לשחזר את שאריות הסוכרוז מהעיסה.
העיסה הנותרת מיובשת ומשמשת בעיקר כמזון לבעלי חיים.
פחמימה מוחלת כדי להסיר זיהומים ממיץ גולמי לפני שניתן לזרז אותו לגבישי סוכר. לכן, מיץ גלם מעורבב עם חלב חם של סיד, כלומר, השעיה של סידן הידרוקסיד במים. במהלך פחמן, זיהומים כגון סולפטים, פוספטים, ציטראט ואוקסלטים לזרז. הם מזרזים בצורה של מלחי סידן ומולקולות אורגניות גדולות יותר, למשל חלבונים, פקטינים, וספונינים. בנוסף, ערך ה- pH הבסיסי ממיר את הסוכרים הפשוטים גלוקוז ופרוקטוז יחד עם חומצת האמינו גלוטמין, לחומצות קרבוקסיליות יציבות מבחינה כימית, אשר ניתן להסיר מאוחר יותר באמצעות סינון, שכן מולקולות אלה יפריעו להתגבשות.
בשלב התהליך הבא, פחמן דו חמצני מבעבע דרך תמיסת הסוכר הבסיסית, מה שמזרז את הסיד כסידן פחמתי. חלקיקי הסידן הפחמתי קושרים זיהומים מסוימים. החלקיקים הכבדים מתיישבים במיכל וניתן להוציאם באמצעות סינון. לאחר אלה טיהור וניקוי צעדים מה שנקרא מיץ דק מתקבל. ניתן לטפל במיץ הדק עם אפר סודה כדי להתאים את ערך ה- pH, כמו גם עם תרכובת מבוססת גופרית כדי להפחית את הצבע, אשר עלול להתרחש עקב פירוק תרמי של חד סוכרים.
אידוי משמש לריכוז המיץ הדק באמצעות מערכות אידוי מרובות אפקטים, כך שהמיץ הדק הופך למיץ סמיך. המיץ הסמיך מכיל כ-60% סוכרוז לפי משקל.
בשלב האחרון, מיץ סמיך מטופל בגבישים. על ידי הוספה והמסה של סוכר ממוחזר, מיוצר מה שנקרא ליקר אם. ליקר האם מרוכז עוד יותר על ידי רתיחה תחת ואקום בכלי גדול, המכונים מחבתות ואקום, וגביש סוכר דק מאוד מתווסף כנקודות זריעה. גבישים אלה גדלים כאשר סוכר מליקר האם נוצר סביבם. תערובת גבישי הסוכר / סירופ המתקבלת נקראת massecuite, מונח צרפתי שפירושו “מסה מבושלת”. The massecuite is fed into a centrifuge, where the “High Green syrup” is removed from the massecuite by centrifugal force. After a centrifucagtion, water is then sprayed into the centrifuge to wash the sugar crystals, which produces a so-called “Low Green syrup”. The centrifuge then spins at very high speeds to partially dry the crystals. When the centrifuge slows down, the sugar is scraped from centrifuge walls onto a conveyer system to transport the sugar into a rotation granulator where it is dried by warm air. The dry, clean sugar crystals are ready to be sold to refineries or food manufacturers for further treatment or use.