चुकंदर की पतली कटी पट्टियों से चीनी का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण
अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण चुकंदर की पतली कटी पट्टियों से निकाले गए सुक्रोज़ की प्राप्ति बढ़ाता है और निष्कर्षण प्रक्रिया की अवधि को काफी कम करता है। सोनिकेशन एक सरल और सुरक्षित तकनीक है, जिसे निष्कर्षण दक्षता सुधारने के लिए वर्तमान प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण तकनीक के साथ आसानी से जोड़ा जा सकता है।
चुकंदर की पतली कटी पट्टियों का अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण
अल्ट्रासाउंड-सहायित निष्कर्षण ध्वनिक या अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के कार्य सिद्धांत पर आधारित है। अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित कैविटेशन से उत्पन्न यांत्रिक प्रभाव कोशिका भित्तियों में सोनिकेशन द्वारा छिद्र बनाते हैं और उनका विघटन करते हैं, जिससे बाद में कोशिका के भीतर फँसे अणुओं की पारगम्यता बढ़ती है। कैविटेशन के कारण उत्पन्न द्रव प्रवाह और सूक्ष्म विक्षोभ निष्कर्षण प्रक्रिया में द्रव्यमान अंतरण सुधारते हैं, जिससे सुक्रोज़ और अन्य अणु विलायक, अर्थात पानी, में स्थानांतरित हो जाते हैं।
अल्ट्रासोनिकेटर UIP4000hdT औद्योगिक स्तर पर चुकंदर के निष्कर्षण के लिए।
- अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार (प्रतिधारा टावर से पहले)
- प्रतिधारा निष्कर्षण के दौरान सोनिकेशन
- अल्ट्रासोनिक पश्च-उपचार (प्रतिधारा टावर के बाद)
मौजूदा निष्कर्षण संयंत्र, उत्पादन लक्ष्यों और उपलब्ध स्थान के आधार पर, सोनिकेशन को पूर्व-उपचार या पश्च-उपचार के रूप में, साथ ही प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण के दौरान उपयोग के लिए, मौजूदा व्यवस्था में आसानी से जोड़ा जा सकता है।
चुकंदर की पतली कटी पट्टियों का अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार
चुकंदर की पतली कटी पट्टियों का अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार प्रक्रिया को तीव्र बनाने की एक तकनीक है। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षकों को प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण टावरों के साथ आसानी से जोड़ा जा सकता है, जिनका उपयोग मुख्यतः चुकंदर के निष्कर्षण के लिए किया जाता है। प्रतिधारा निष्कर्षण प्रणाली में प्रवेश करने से पहले चुकंदर की पतली कटी पट्टियों का थोड़े समय के लिए सोनिकेशन करने से कोशिका भित्तियों को विघटित करने और खोलने में मदद मिलती है। अल्ट्रासोनिकेशन विलायक (अर्थात पानी) और चुकंदर की पतली कटी पट्टियों के बीच द्रव्यमान अंतरण को बढ़ावा देता है, जिससे सुक्रोज़ जैसे अंतःकोशिकीय अणु कोशिका के भीतर से विलायक में स्थानांतरित हो जाते हैं। चुकंदर की पतली कटी पट्टियों का अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार प्रतिधारा प्रवाह स्तंभ में सुक्रोज़ निष्कर्षण को सुगम बनाता है और तेज करता है।
अलग-अलग निष्कर्षण अवधियों के लिए 50°C पर 400 W से सोनिकेशन किए गए चुकंदर की पतली कटी पट्टियों के नमूनों की SEM (200×) छवियाँ। A) पट्टियों का प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण; B) 10 min के UAE के बाद; C) 20 min के UAE के बाद; D) 40 min के UAE के बाद। अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण कोशिका भित्तियों को विघटित करता है और अंतःकोशिकीय पदार्थ मुक्त करता है।
(©Fu et al., 2013)
अल्ट्रासोनिक और प्रतिधारा निष्कर्षण की तुलना
Fu et al. (2013) ने चुकंदर की पतली कटी पट्टियों से सुक्रोज़ के पारंपरिक प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण की तुलना अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण से की। अध्ययन के परिणामों से पता चला कि सोनिकेशन से अधिक शुद्धता के साथ अधिक प्राप्ति हुई, जबकि निष्कर्षण का समय 70 min. (प्रतिधारा) से काफी घटकर 40 min. (सोनिकेशन) हो गया। अल्ट्रासोनिक-सहायित निष्कर्षण (UAE) से कोलॉइडी अशुद्धियों (विशेष रूप से पेक्टिन) की सांद्रता कम होती है और सुक्रोज़ की अधिक प्राप्ति (94.0±0.15%) होती है। निकाले गए रस की शुद्धता उच्च (92.6±0.11%) होती है। (देखें Fu et al., 2013)
चूँकि चीनी उत्पादन संयंत्र पहले से ही पारंपरिक प्रतिधारा निष्कर्षण टावरों से सुसज्जित हैं, इसलिए मौजूदा व्यवस्था के साथ सहक्रियात्मक सोनिकेशन को जोड़ना आम तौर पर पसंद किया जाता है। अल्ट्रासोनिक सुक्रोज़ निष्कर्षण को लागत और समय की दृष्टि से सबसे दक्ष तरीके से लागू करने के लिए, अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण को पारंपरिक प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण से पहले, उसके दौरान या उसके बाद सहक्रियात्मक उपचार के रूप में स्थापित किया जा सकता है। चूँकि सोनिकेशन चुकंदर की कोशिकाओं को विघटित करता है और कोशिकाओं से सुक्रोज़ मुक्त करता है, इसलिए प्रतिधारा प्रवाह उपचार की अवधि कम की जा सकती है, जबकि सुक्रोज़ की प्राप्ति बढ़ती है।
- तेज़ प्रक्रिया
- अधिक प्राप्ति
- प्रक्रिया की तीव्रता में वृद्धि
- प्रतिधारा प्रणालियों के साथ सहक्रियात्मक प्रभाव
- मौजूदा व्यवस्था में आसानी से जोड़ना
- सरल परीक्षण
- रेखीय रूप से पैमाना बढ़ाने की क्षमता
- कम रखरखाव
- निवेश पर शीघ्र प्रतिफल
उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक निष्कर्षक
Hielscher Ultrasonics की निष्कर्षण प्रणालियों का उपयोग दुनिया भर में खाद्य और औषधि उद्योगों में उच्च गुणवत्ता वाले अर्कों के व्यावसायिक उत्पादन के लिए किया जाता है, जिनका उपयोग खाद्य उत्पादों, आहार अनुपूरकों या औषधियों के रूप में होता है। चाहे आप प्रयोगशाला की मेज़ पर अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण मापदंडों का परीक्षण और अनुकूलन करना चाहते हों या इनलाइन उत्पादन के लिए पूरी तरह औद्योगिक अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण प्रणाली स्थापित करना चाहते हों, Hielscher Ultrasonics के पास आपके लिए उपयुक्त अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण व्यवस्था है। कम जगह की आवश्यकता और स्थापना के लचीले विकल्पों के कारण इसे जगह की तंगी वाली प्रसंस्करण इकाई में भी मौजूदा व्यवस्था में जोड़ा जा सकता है।
Hielscher Ultrasonics के साथ प्रक्रिया का मानकीकरण
खाद्य श्रेणी के उत्पादों का उत्पादन अच्छी विनिर्माण पद्धतियों (GMP) के अनुसार और मानकीकृत प्रसंस्करण विनिर्देशों के तहत किया जाना चाहिए। Hielscher Ultrasonics की डिजिटल निष्कर्षण प्रणालियाँ बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर के साथ आती हैं, जिससे सोनिकेशन प्रक्रिया को सटीक रूप से निर्धारित और नियंत्रित करना आसान होता है। स्वचालित डेटा रिकॉर्डिंग सभी अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों, जैसे अल्ट्रासाउंड ऊर्जा (कुल और शुद्ध ऊर्जा), आयाम, तापमान और दाब (जब तापमान और दाब सेंसर लगे हों), को दिनांक और समय की मुहर के साथ अंतर्निर्मित SD-कार्ड पर दर्ज करती है। इससे आप अल्ट्रासोनिक रूप से प्रसंस्कृत प्रत्येक बैच की समीक्षा कर सकते हैं। साथ ही, पुनरुत्पादकता और उत्पाद की निरंतर उच्च गुणवत्ता सुनिश्चित होती है।
Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 24/7 संचालन में 200µm तक के आयामों पर आसानी से लगातार काम किया जा सकता है। इससे भी अधिक आयामों के लिए अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती भारी कार्यभार और कठिन परिस्थितियों में 24/7 संचालन संभव बनाती है।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच का आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | समूहबद्ध UIP16000 |
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उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र प्रयोगशाला से पायलट और औद्योगिक पैमाने तक।
साहित्य / संदर्भ
- 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.
जानने योग्य तथ्य
चीनी का उत्पादन
सुक्रोज, जिसे खाने की चीनी भी कहा जाता है, मुख्यतः गन्ने और चुकंदर (Beta vulgaris) से बनाया जाता है। चीनी, अर्थात सुक्रोज, को गर्म पानी का उपयोग करके एक बहु-चरणीय प्रक्रिया में चुकंदर से निकाला जाता है, जिसमें प्रतिधारा प्रवाह प्रणाली में गर्म पानी में विसरण द्वारा कच्चा चीनी रस निकाला जाता है। इसके बाद, चीनी के रस को निर्वात में सांद्रित किया जाता है, फिर चक्रीय धुलाई की जाती है और अंत में उसे सुखाया जाता है।
कटाई के बाद, चुकंदर की जड़ों को चीनी प्रसंस्करण संयंत्र तक ले जाया जाता है, जहाँ चुकंदर को धोया जाता है और फिर यांत्रिक रूप से पतली पट्टियों में काटा जाता है, जिन्हें कॉसेट कहा जाता है। कॉसेट को प्रतिधारा प्रवाह निष्कर्षण प्रणाली में डाला जाता है। प्रतिधारा प्रणाली विसरण द्वारा काम करती है और कॉसेट में मौजूद चीनी को निक्षालित करके गर्म पानी में ले आती है।
प्रतिधारा विसरण प्रणालियाँ लंबे रिएक्टर या कई मीटर ऊँचे टावर / स्तंभ होते हैं, जिनमें कॉसेट एक दिशा में (ऊपर की ओर) बहते हैं, जबकि गर्म पानी विपरीत दिशा में (अनुप्रवाह की ओर) बहता है। आधुनिक टावर निष्कर्षण संयंत्रों की प्रसंस्करण क्षमता प्रतिदिन 17,000 मीट्रिक टन तक होती है। प्रतिधारा टावर में कॉसेट का सामान्य निवास समय लगभग 90 min. होता है, जबकि पानी विसारक स्तंभ में केवल 45 min. तक रहता है। गर्म पानी के रिएक्टर में चुकंदर को भिगोकर नरम करने की प्रक्रिया की तुलना में प्रतिधारा प्रवाह प्रणालियों का मुख्य लाभ पानी का कम उपयोग है। प्रतिधारा विसरण प्रणाली में बनने वाले चीनी के रस के विलयन को कच्चा रस कहा जाता है। कच्चे रस का रंग उसके ऑक्सीकरण स्तर के आधार पर काले से गहरे लाल तक हो सकता है।
निष्कर्षण के बाद बचे कॉसेट विसरण प्रणाली से गूदे के रूप में बाहर निकलते हैं, जिसमें लगभग 95% नमी होती है, लेकिन सुक्रोज की मात्रा कम होती है।
गूदे में बचे सुक्रोज को पुनः प्राप्त करने के लिए नम गूदे को स्क्रू प्रेस से दबाकर उसकी नमी लगभग 75% तक कम की जाती है।
शेष गूदे को सुखाया जाता है और मुख्यतः पशु आहार के रूप में उपयोग किया जाता है।
कच्चे रस से चीनी के क्रिस्टल अवक्षेपित किए जाने से पहले उसमें मौजूद अशुद्धियों को हटाने के लिए कार्बोनेटेशन किया जाता है। इसके लिए कच्चे रस को गर्म चूने के दूध, अर्थात पानी में कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के निलंबन, के साथ मिलाया जाता है। कार्बोनेटेशन के दौरान सल्फेट, फॉस्फेट, साइट्रेट और ऑक्सालेट जैसी अशुद्धियाँ अवक्षेपित होती हैं। वे कैल्शियम लवणों और बड़े कार्बनिक अणुओं, जैसे प्रोटीन, पेक्टिन और सैपोनिन, के रूप में अवक्षेपित होती हैं। इसके अतिरिक्त, क्षारीय pH मान सरल शर्कराओं ग्लूकोज और फ्रक्टोज के साथ-साथ अमीनो अम्ल ग्लूटामिन को रासायनिक रूप से स्थिर कार्बोक्सिलिक अम्लों में बदल देता है, जिन्हें बाद में निस्यंदन द्वारा हटाया जा सकता है, क्योंकि ये अणु क्रिस्टलीकरण में बाधा डालेंगे।
अगले प्रक्रिया चरण में, क्षारीय चीनी विलयन में कार्बन डाइऑक्साइड के बुलबुले प्रवाहित किए जाते हैं, जिससे चूना कैल्शियम कार्बोनेट के रूप में अवक्षेपित हो जाता है। कैल्शियम कार्बोनेट के कण कुछ अशुद्धियों को बाँध लेते हैं। भारी कण टैंक में बैठ जाते हैं और उन्हें निस्यंदन द्वारा हटाया जा सकता है। शुद्धिकरण और सफाई के इन चरणों के बाद तथाकथित पतला रस प्राप्त होता है। pH मान को समायोजित करने के लिए पतले रस को सोडा ऐश से उपचारित किया जा सकता है। साथ ही, मोनोसैकराइडों के तापीय अपघटन के कारण उत्पन्न हो सकने वाले रंग को कम करने के लिए उसे सल्फर-आधारित यौगिक से भी उपचारित किया जा सकता है।
बहु-प्रभाव वाष्पीकरण प्रणालियों का उपयोग करके पतले रस को वाष्पीकरण द्वारा सांद्रित किया जाता है, जिससे वह गाढ़े रस में बदल जाता है। गाढ़े रस में भार के आधार पर लगभग 60% सुक्रोज होता है।
अंतिम चरण में, गाढ़े रस को क्रिस्टलाइज़रों में उपचारित किया जाता है। पुनर्चक्रित चीनी मिलाकर और घोलकर तथाकथित मातृ द्रव बनाया जाता है। मातृ द्रव को वैक्यूम पैन कहलाने वाले बड़े पात्रों में निर्वात में उबालकर और अधिक सांद्रित किया जाता है, और बीजन केंद्रों के रूप में चीनी के अत्यंत महीन क्रिस्टल मिलाए जाते हैं। मातृ द्रव की चीनी इन क्रिस्टलों के चारों ओर जमती है, जिससे ये क्रिस्टल बढ़ते हैं। इस प्रकार बने चीनी के क्रिस्टल / सिरप के मिश्रण को मैसक्यूट कहा जाता है। यह एक फ़्रांसीसी शब्द है, जिसका अर्थ है “पका हुआ द्रव्यमान”। मैसक्यूट को एक अपकेंद्रित्र में डाला जाता है, जहाँ अपकेंद्रीय बल द्वारा मैसक्यूट से “High Green सिरप” अलग किया जाता है। अपकेंद्रण के बाद, चीनी के क्रिस्टलों को धोने के लिए अपकेंद्रित्र में पानी का छिड़काव किया जाता है, जिससे तथाकथित “Low Green सिरप” बनता है। इसके बाद अपकेंद्रित्र बहुत तेज़ गति से घूमता है, जिससे क्रिस्टल आंशिक रूप से सूख जाते हैं। जब अपकेंद्रित्र की गति धीमी होती है, तो उसकी दीवारों से चीनी को खुरचकर एक कन्वेयर प्रणाली पर डाला जाता है, जो चीनी को एक घूर्णन दानेदारक तक पहुँचाती है, जहाँ उसे गर्म हवा से सुखाया जाता है। चीनी के सूखे, साफ क्रिस्टल आगे के उपचार या उपयोग के लिए परिशोधन संयंत्रों या खाद्य निर्माताओं को बेचे जाने के लिए तैयार होते हैं।