Ultrazvučna ekstrakcija šećera iz koštica šećerne repe
Ultrazvučna ekstrakcija povećava prinos ekstrahirane saharoze iz koštica šećerne repe i značajno smanjuje trajanje procesa ekstrakcije. Ultrazvuk je jednostavna i sigurna tehnika koja se lako može kombinirati s trenutnom tehnologijom ekstrakcije protustrujnim protokom kako bi se poboljšala učinkovitost ekstrakcije.
Ultrazvučna ekstrakcija koseta šećerne repe
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom temelji se na principu rada akustične ili ultrazvučne kavitacije. Mehanički učinci, koji nastaju ultrazvučno induciranom kavitacijom, uzrokuju sonoporaciju i kidanje staničnih stijenki, što posljedično povećava propusnost molekula zarobljenih u unutrašnjosti stanice. Kavitacijski uzrokovano strujanje tekućine i mikroturbulencije poboljšavaju prijenos mase procesa ekstrakcije, tako da saharoza i druge molekule prelaze u otapalo, odnosno vodu.
- Ultrazvučna prethodna obrada (prije protustrujnog tornja)
- Sonikacija tijekom protustrujne ekstrakcije
- Ultrazvučna naknadna obrada (nakon protustrujnog tornja)
Ovisno o postojećem pogonu za ekstrakciju, proizvodnim ciljevima i raspoloživom prostoru, ultrazvuk se može lako naknadno ugraditi kao prethodna ili naknadna obrada, kao i tijekom ekstrakcije protustrujnim strujanjem.
Ultrazvučna prethodna obrada koštica šećerne repe
Ultrazvučna prethodna obrada koštica šećerne repe tehnika je koja intenzivira proces. Ultrazvučni ekstraktori mogu se jednostavno kombinirati s protustrujnim ekstrakcijskim tornjevima, koji se uglavnom koriste za ekstrakciju šećerne repe. Kratka ultrazvučna obrada koštica šećerne repe prije nego što uđu u sustav protustrujne ekstrakcije pomaže poremetiti i otvoriti stanične stijenke. Ultrasonication promiče prijenos mase između otapala (tj. vode) i cikle repe, tako da se unutarstanične molekule poput saharoze prenose iz unutrašnjosti stanice u otapalo. Ultrazvučna prethodna obrada koštica šećerne repe olakšava i ubrzava ekstrakciju saharoze u protustrujnoj koloni.
Usporedba ultrazvučne i protustrujne ekstrakcije
Fu i sur. (2013.) usporedili su tradicionalnu protustrujnu ekstrakciju s ultrazvučnom ekstrakcijom saharoze iz kore šećerne repe. Rezultati studije pokazali su da je sonikacija rezultirala većim prinosom vrhunske čistoće, dok je vrijeme ekstrakcije značajno smanjeno sa 70 min. (protustruja) do 40 min. (sonifikacija). Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) rezultira nižom koncentracijom koloidnih nečistoća (osobito pektina), te daje veći prinos saharoze (94,0±0,15%). Ekstrahirani sok visoke čistoće (92,6±0,11%). (usp. Fu et al., 2013.)
Budući da su pogoni za proizvodnju šećera već opremljeni konvencionalnim protustrujnim ekstrakcijskim tornjevima, kombinacija sinergijske sonikacije s postojećim postrojenjem općenito se daje prednost. Kako bi se ultrazvučna ekstrakcija saharoze primijenila na troškovno i vremenski najučinkovitiji način, ultrazvučna ekstrakcija može se instalirati kao sinergistički tretman prije, tijekom ili nakon konvencionalne ekstrakcije protustrujnim protokom. Budući da sonikacija ometa stanice šećerne repe i oslobađa saharozu iz stanica, trajanje obrade protustrujnim protokom može se smanjiti, dok se prinos saharoze povećava.
- Ubrzani proces
- veći prinosi
- intenzifikacija procesa
- Sinergetski učinci s protustrujnim sustavima
- laka naknadna ugradnja
- Jednostavno testiranje
- linearna skalabilnost
- slabo održavanje
- Brzi ROI
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi
Ekstrakcijski sustavi Hielscher Ultrasonics koriste se diljem svijeta u hrani i farmaciji za komercijalnu proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata koji se koriste kao prehrambeni proizvodi, dodaci prehrani ili lijekovi. Bilo da želite testirati i optimizirati parametre ultrazvučne obrade na stolnoj razini ili instalirati potpuno industrijski sustav ultrazvučne ekstrakcije za inline proizvodnju, Hielscher Ultrasonics ima odgovarajuću postavku ultrazvučne ekstrakcije za vas. Mala površina i fleksibilne opcije ugradnje omogućuju naknadnu ugradnju čak iu pretrpanom pogonu za obradu.
Standardizacija procesa s Hielscher Ultrasonics
Prehrambeni proizvodi trebaju se proizvoditi u skladu s dobrom proizvođačkom praksom (GMP) i prema standardiziranim specifikacijama obrade. Digitalni sustavi za ekstrakciju Hielscher Ultrasonics dolaze s inteligentnim softverom, koji olakšava precizno postavljanje i kontrolu procesa sonikacije. Automatsko snimanje podataka zapisuje sve parametre ultrazvučnog procesa kao što su energija ultrazvuka (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura, tlak (kada su senzori temperature i tlaka montirani) s oznakom datuma i vremena na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje da revidirate svaku ultrazvučno obrađenu seriju. Istodobno je osigurana ponovljivost i kontinuirano visoka kvaliteta proizvoda.
Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
---|---|---|
1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
proizvodnja šećera
Saharoza, poznata i kao stolni šećer, uglavnom se proizvodi od šećerne trske i šećerne repe (Beta vulgaris). Šećer, tj. saharoza, ekstrahira se iz repe pomoću vruće vode u višestupanjskom procesu, gdje se sirovi šećerni sok ekstrahira difuzijom vruće vode u protustrujnom sustavu. Nakon toga, šećerni sok se koncentrira pod vakuumom, nakon čega slijedi cikličko pranje i konačno sušenje.
Nakon berbe korijenje repe se transportira u tvornicu za preradu šećera, gdje se repa pere i strojno reže na tanke ploške, tzv. Kosete se dovode u protustrujni ekstrakcijski sustav. Protustrujni sustav radi difuzijom i izlučuje sadržaj šećera iz koštica u vruću vodu.
Protustrujni difuzijski sustavi su dugački reaktori ili visoki tornjevi / stupovi od nekoliko metara u kojima mjehurići teku u jednom smjeru (prema gore), dok topla voda teče u suprotnom smjeru (nizvodno). Moderna postrojenja za ekstrakciju u tornju imaju kapacitet prerade do 17.000 metričkih tona dnevno. Tipično vrijeme zadržavanja koseta u protustrujnom tornju je cca. 90 min., dok voda ostaje samo 45 min. u stupcu difuzora. Glavna prednost protustrujnih sustava je smanjena potrošnja vode u usporedbi s maceracijom šećerne repe u toplovodnom reaktoru. Otopina šećernog soka koja se proizvodi u sustavu protustrujne difuzije naziva se sirovi sok. Boja sirovog soka može varirati od crne do tamnocrvene, ovisno o stupnju oksidacije.
Istrošene košulje izlaze iz difuzijskog sustava kao pulpa s cca. 95% vlage, ali nizak sadržaj saharoze.
Vlažna pulpa se preša pužnom prešom na cca. 75% vlage za obnavljanje preostale saharoze iz pulpe.
Preostala pulpa se suši i koristi uglavnom kao stočna hrana.
Karbonatacija se primjenjuje kako bi se uklonile nečistoće iz sirovog soka prije nego što se može istaložiti u kristale šećera. Stoga se sirovi sok pomiješa s vrućim vapnenim mlijekom, tj. otopinom kalcijevog hidroksida u vodi. Tijekom karbonatacije talože se nečistoće kao što su sulfati, fosfati, citrati i oksalati. Oni se talože u obliku kalcijevih soli i većih organskih molekula, npr. proteina, pektina i saponina. Dodatno, alkalna pH vrijednost pretvara jednostavne šećere glukozu i fruktozu zajedno s aminokiselinom glutaminom u kemijski stabilne karboksilne kiseline, koje se kasnije mogu ukloniti filtracijom, jer bi te molekule ometale kristalizaciju.
U sljedećem koraku procesa, ugljični dioksid se propušta kroz alkalnu otopinu šećera, taložeći vapno kao kalcijev karbonat. Čestice kalcijevog karbonata vežu neke nečistoće. Teške čestice talože se u spremniku i mogu se ukloniti filtracijom. Nakon ovih koraka pročišćavanja i čišćenja dobiva se takozvani rijetki sok. Rijetki sok može se tretirati sodom kako bi se prilagodila pH vrijednost, kao i spojem na bazi sumpora kako bi se smanjilo obojenje do kojeg bi moglo doći zbog toplinske razgradnje monosaharida.
Isparavanje se koristi za koncentriranje rijetkog soka korištenjem višestrukih sustava za isparavanje, tako da se rijetki sok pretvara u gusti sok. Gusti sok ima cca. 60% saharoze po težini.
U završnoj fazi, gusti sok se tretira u kristalizatorima. Dodavanjem i otapanjem recikliranog šećera nastaje takozvana matična tekućina. Matična tekućina se dalje koncentrira kuhanjem pod vakuumom u velikim posudama, poznatim kao vakuumske posude, a vrlo fini kristali šećera dodaju se kao točke za sijanje. Ti kristali rastu dok se oko njih stvara šećer iz matične tekućine. Rezultirajuća mješavina kristala šećera / sirupa naziva se masecuite, francuski izraz koji znači “kuhana masa”. Utvar se dovodi u centrifugu, gdje se centrifugalnom silom uklanja "High Green sirup" iz utjeha. Nakon centrifugiranja, voda se zatim raspršuje u centrifugu kako bi se isprali kristali šećera, što proizvodi takozvani "Low Green sirup". Centrifuga se tada okreće vrlo velikim brzinama kako bi se kristali djelomično osušili. Kada se centrifuga uspori, šećer se sastruže sa stijenki centrifuge na transportni sustav za transport šećera u rotacijski granulator gdje se suši toplim zrakom. Suhi, čisti kristali šećera spremni su za prodaju rafinerijama ili proizvođačima hrane za daljnju obradu ili upotrebu.