Cukor ultrahangos extrakciója cukorrépaszeletekből
Az ultrahangos extrakció növeli a cukorrépaszeletekből kinyert szacharóz hozamát, és jelentősen csökkenti az extrakciós folyamat időtartamát. Az ultrahangos kezelés egyszerű és biztonságos technika, amely az extrakció hatékonyságának javítása érdekében könnyen kombinálható a jelenleg alkalmazott ellenáramú extrakciós technológiával.
Cukorrépaszeletek ultrahangos extrakciója
Az ultrahanggal segített extrakció az akusztikus vagy ultrahangos kavitáció működési elvén alapul. Az ultrahanggal előidézett kavitáció által keltett mechanikai hatások szonoporációt és a sejtfalak feltárását okozzák, ami ezt követően növeli a sejtek belsejében rekedt molekulák permeabilitását. A kavitáció által kiváltott folyadékáramlás és mikroturbulenciák javítják az extrakciós folyamat anyagátadását, így a szacharóz és más molekulák az oldószerbe, azaz a vízbe kerülnek.
UIP4000hdT ultrahangos kezelőberendezés ipari cukorrépa-extrakcióhoz.
- Ultrahangos előkezelés (az ellenáramú torony előtt)
- Ultrahangos kezelés az ellenáramú extrakció során
- Ultrahangos utókezelés (az ellenáramú torony után)
A meglévő extrakciós létesítménytől, a termelési céloktól és a rendelkezésre álló helytől függően az ultrahangos kezelés könnyen beépíthető utólag elő- vagy utókezelésként, valamint az ellenáramú extrakció során alkalmazott kezelésként.
Cukorrépaszeletek ultrahangos előkezelése
A cukorrépaszeletek ultrahangos előkezelése folyamatintenzifikáló technika. Az ultrahangos extraktorok könnyen kombinálhatók az ellenáramú extrakciós tornyokkal, amelyeket elsősorban cukorrépa extrakciójára használnak. A cukorrépaszeletek rövid ultrahangos kezelése az ellenáramú extrakciós rendszerbe való belépésük előtt segít feltárni és megnyitni a sejtfalakat. Az ultrahangos kezelés elősegíti az anyagátadást az oldószer (azaz a víz) és a répaszeletek között, így a sejten belüli molekulák, például a szacharóz, a sejt belsejéből az oldószerbe kerülnek. A cukorrépaszeletek ultrahangos előkezelése megkönnyíti és felgyorsítja a szacharóz extrakcióját az ellenáramú oszlopban.
Különböző extrakciós időtartamokig, 400 W teljesítménnyel, 50°C hőmérsékleten ultrahanggal kezelt cukorrépaszelet-minták pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képei (200×). A) A szeletek ellenáramú extrakciója; B) 10 min UAE után; C) 20 min UAE után; D) 40 min UAE után. Az ultrahangos extrakció feltárja a sejtfalakat, és felszabadítja a sejten belüli anyagokat.
(©Fu et al., 2013)
Az ultrahangos és az ellenáramú extrakció összehasonlítása
Fu et al. (2013) összehasonlították a hagyományos ellenáramú extrakciót a szacharóz cukorrépaszeletekből történő ultrahangos extrakciójával. A vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy az ultrahangos kezelés nagyobb hozamot és nagyobb tisztaságot eredményezett, miközben az extrakció időtartama jelentősen csökkent: 70 min. (ellenáramú extrakció) helyett 40 min. (ultrahangos kezelés) volt. Az ultrahanggal segített extrakció (UAE) a kolloid szennyeződések (különösen a pektinek) alacsonyabb koncentrációját eredményezi, és nagyobb szacharózhozamot biztosít (94,0±0,15%). A kinyert lé nagy tisztaságú (92,6±0,11%). (Vö. Fu et al., 2013)
Mivel a cukorgyártó üzemek már rendelkeznek hagyományos ellenáramú extrakciós tornyokkal, általában a szinergikus ultrahangos kezelés és a meglévő berendezés kombinációját részesítik előnyben. A szacharóz ultrahangos extrakciójának lehető legnagyobb költség- és időhatékonysága érdekében az ultrahangos extrakció szinergikus kezelésként beépíthető a hagyományos ellenáramú extrakció elé, annak folyamatába vagy utána. Mivel az ultrahangos kezelés feltárja a cukorrépa sejtjeit, és felszabadítja belőlük a szacharózt, az ellenáramú kezelés időtartama csökkenthető, miközben a szacharózhozam nő.
- Gyorsabb folyamat
- Nagyobb hozamok
- Folyamatintenzifikálás
- Szinergikus hatások ellenáramú rendszerekkel
- Egyszerű utólagos beépítés
- Egyszerű tesztelés
- Lineáris méretnövelhetőség
- Alacsony karbantartási igény
- Gyors beruházásmegtérülés
Nagy teljesítményű ultrahangos extraktorok
A Hielscher Ultrasonics extrakciós rendszereit világszerte használják az élelmiszer- és gyógyszeriparban kiváló minőségű, élelmiszerként, étrend-kiegészítőként vagy gyógyszerként alkalmazott kivonatok kereskedelmi célú előállítására. Akár laboratóriumi asztali berendezéssel szeretné tesztelni és optimalizálni az ultrahangos feldolgozás paramétereit, akár teljesen ipari ultrahangos extrakciós rendszert szeretne telepíteni gyártósorba épített termeléshez, a Hielscher Ultrasonics megfelelő ultrahangos extrakciós berendezést kínál Önnek. A kis helyigény és a rugalmas telepítési lehetőségek még zsúfolt feldolgozóüzemben is lehetővé teszik az utólagos beépítést.
A folyamat szabványosítása a Hielscher Ultrasonics berendezéseivel
Az élelmiszeripari minőségű termékeket a helyes gyártási gyakorlatnak (GMP) megfelelően, szabványosított feldolgozási előírások szerint kell előállítani. A Hielscher Ultrasonics digitális extrakciós rendszerei intelligens szoftverrel rendelkeznek, amely megkönnyíti az ultrahangos kezelési folyamat pontos beállítását és szabályozását. Az automatikus adatrögzítés az ultrahangos folyamat összes paraméterét, például az ultrahangenergiát (teljes és nettó energia), az amplitúdót, a hőmérsékletet és a nyomást (ha hőmérséklet- és nyomásérzékelők vannak felszerelve) dátum- és időbélyeggel együtt a beépített SD-kártyára írja. Ez lehetővé teszi minden ultrahanggal feldolgozott tétel utólagos ellenőrzését. Egyúttal biztosított a reprodukálhatóság és a folyamatosan magas termékminőség.
A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai nagyon nagy amplitúdókra képesek. Akár 200µm amplitúdóval is könnyen működtethetők folyamatosan, 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága nagy terhelés mellett és igényes környezetben is lehetővé teszi a 24/7 üzemeltetést.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos kezelőberendezéseink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Tételtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott berendezések |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | berendezéscsoport a következőkből: UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok laboratóriumi léptéktől kísérleti üzemi és ipari léptékig.
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.
Hasznos tudnivalók
Cukorgyártás
A szacharózt, más néven étkezési cukrot, elsősorban cukornádból és cukorrépából (Beta vulgaris) állítják elő. A cukrot, azaz a szacharózt, forró vízzel nyerik ki a répából egy többlépcsős folyamatban, amelynek során ellenáramú rendszerben, forró vizes diffúzióval nyers cukorlevet nyernek. Ezt követően a cukorlevet vákuumban besűrítik, majd ciklikus mosás és végül szárítás következik.
A betakarítás után a répagyökereket a cukorfeldolgozó üzembe szállítják, ahol a répákat megmossák, majd gépi úton vékony csíkokra, úgynevezett répaszeletekre vágják. A szeleteket az ellenáramú extrakciós rendszerbe adagolják. Az ellenáramú rendszer diffúzióval működik, és a szeletek cukortartalmát forró vízbe oldja ki.
Az ellenáramú diffúziós rendszerek hosszú reaktorok vagy több méter magas tornyok / oszlopok, amelyekben a szeletek egy irányban (felfelé) áramlanak, míg a forró víz az ellenkező irányban (folyásirányban) áramlik. A modern tornyos extrakciós üzemek feldolgozási kapacitása elérheti a napi 17 000 metrikus tonnát. A szeletek jellemző tartózkodási ideje az ellenáramú toronyban kb. 90 min., míg a víz csak 45 min. ideig marad a diffúziós oszlopban. Az ellenáramú rendszerek fő előnye a kisebb vízfelhasználás a cukorrépa forró vizes reaktorban végzett macerálásához képest. Az ellenáramú diffúziós rendszerben előállított cukorléoldatot nyerslének nevezik. A nyerslé színe az oxidáció mértékétől függően a feketétől a sötétvörösig változhat.
A kilúgozott szeletek kb. 95% nedvességtartalmú, de alacsony szacharóztartalmú répapépként távoznak a diffúziós rendszerből.
A nedves répapépet csigapréssel kb. 75% nedvességtartalomig préselik, hogy visszanyerjék belőle a megmaradt szacharózt.
A visszamaradó répapépet megszárítják, és elsősorban állati takarmányként használják fel.
A nyerslé szennyeződéseinek eltávolítására karbonatálást alkalmaznak, mielőtt abból cukorkristályokat lehetne kicsapatni. Ehhez a nyerslevet forró mésztejjel, azaz kalcium-hidroxid vizes szuszpenziójával keverik össze. A karbonatálás során a szennyeződések, például a szulfátok, foszfátok, citrát és oxalátok kicsapódnak. Kalciumsók és nagyobb szerves molekulák, például fehérjék, pektinek és szaponinok formájában csapódnak ki. Ezenkívül a lúgos pH-érték az egyszerű cukrokat, a glükózt és a fruktózt, valamint a glutamin aminosavat kémiailag stabil karbonsavakká alakítja, amelyek később szűréssel eltávolíthatók, mivel ezek a molekulák zavarnák a kristályosodást.
A következő folyamatlépésben szén-dioxidot buborékoltatnak át a lúgos cukoroldaton, így a mész kalcium-karbonát formájában kicsapódik. A kalcium-karbonát részecskék megkötik a szennyeződések egy részét. A nehéz részecskék leülepednek a tartályban, és szűréssel eltávolíthatók. E tisztítási lépések után az úgynevezett híglét kapják. A híglét nátrium-karbonáttal kezelhetik a pH-érték beállítására, valamint kénalapú vegyülettel a monoszacharidok hőbomlása miatt esetleg fellépő elszíneződés csökkentésére.
A híglét többfokozatú bepárlórendszerekkel, bepárlással koncentrálják, így a hígléből sűrűlé lesz. A sűrűlé szacharóztartalma kb. 60 tömeg%.
Az utolsó lépésben a sűrűlét kristályosítókban kezelik. Visszaforgatott cukor hozzáadásával és feloldásával úgynevezett anyalúgot állítanak elő. Az anyalúgot nagy, vákuumfőző készülékeknek nevezett edényekben, vákuum alatti forralással tovább koncentrálják, és kristályosodási gócként nagyon finom cukorkristályokat adnak hozzá. Ezek a kristályok növekednek, ahogy az anyalúgból származó cukor kiválik körülöttük. Az így keletkező cukorkristály- / szirupkeveréket massecuite-nak nevezik; ez a francia kifejezés „főzött tömeget” jelent. A massecuite-ot centrifugába adagolják, ahol a „High Green” szirupot centrifugális erővel távolítják el belőle. A centrifugálás után vizet permeteznek a centrifugába a cukorkristályok mosására, aminek során úgynevezett „Low Green” szirup keletkezik. Ezután a centrifuga nagyon nagy fordulatszámon forog, hogy részben megszárítsa a kristályokat. Amikor a centrifuga lelassul, a cukrot a centrifuga faláról egy szállítórendszerre kaparják, amely egy forgó granulátorba juttatja, ahol meleg levegővel megszárítják. A száraz, tiszta cukorkristályok készen állnak arra, hogy további kezelésre vagy felhasználásra cukorfinomítóknak vagy élelmiszergyártóknak értékesítsék őket.