A cukor ultrahangos extrakciója cukorrépa-cossettes-ből
Az ultrahangos extrakció növeli az extrahált szacharóz hozamát a cukorrépa-cossette-ekből, és jelentősen csökkenti az extrakciós folyamat időtartamát. Sonication egy egyszerű és biztonságos technika, amely könnyen kombinálható a jelenlegi ellenáramú extrakciós technológiával az extrakciós hatékonyság javítása érdekében.
Ultrahangos cukorrépa cossette extrakció
Az ultrahanggal segített extrakció az akusztikus vagy ultrahangos kavitáció működési elvén alapul. Az ultrahanggal indukált kavitáció által generált mechanikai hatások szono-porációt és a sejtfalak megzavarását okozzák, ami ezt követően növeli a sejt belsejébe csapdába esett molekulák permeabilitását. A kavitáció okozta folyadékáramlás és a mikroturbulenciák javítják az extrakciós folyamat tömegátadását, így a szacharóz és más molekulák átkerülnek az oldószerbe, azaz a vízbe.
Ultrahangos UIP4000hdT ipari cukorrépa-kitermeléshez.
- Ultrahangos előkezelés (ellenáramú torony előtt)
- Szonikálás az ellenáramú extrakció során
- Ultrahangos utókezelés (ellenáramú torony után)
A meglévő extrakciós létesítménytől, a termelési céloktól és a rendelkezésre álló helytől függően az ultrahangos kezelés könnyen utólag felszerelhető elő- vagy utókezelésként, valamint ellenáramú áramlás során.
A cukorrépa-cossettes ultrahangos előkezelése
A cukorrépa-cossettes ultrahangos előkezelése egy folyamatfokozó technika. Az ultrahangos elszívók könnyen kombinálhatók ellenáramú elszívótornyokkal, amelyeket főként cukorrépa-extrakcióra használnak. A cukorrépa-cossettes rövid szonikálása, mielőtt belépnének az ellenáramú extrakciós rendszerbe, segítenek megzavarni és megnyitni a sejtfalakat. Az ultrahangos kezelés elősegíti az oldószer (azaz víz) és a cukorrépa-cossetták közötti tömegátadást, így az intracelluláris molekulák, például a szacharóz átkerülnek a sejt belsejéből az oldószerbe. A cukorrépa-cossettes ultrahangos előkezelése megkönnyíti és felgyorsítja a szacharóz extrakciót az ellenáramú áramlási oszlopban.
SEM (200×) cukorrépa-cossette minták ultrahangos 400 W-on 50 ° C-on különböző extrakciós időben. A) a cossettes extrakció ellenáramú áramlása; B) Egyesült Arab Emírségek után 10 percig; C) az Egyesült Arab Emírségek után 20 percig; D) az Egyesült Arab Emírségek után 40 percig. Az ultrahangos extrakció megzavarja a sejtfalakat és felszabadítja az intracelluláris anyagot.
(©Fu et al., 2013)
Az ultrahangos vs ellenáramú extrakció összehasonlítása
Fu et al. (2013) összehasonlította a hagyományos ellenáramú áramlásos extrakciót a szacharóz ultrahangos extrakciójával a cukorrépa-cossette-ből. A vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy az ultrahangos kezelés nagyobb tisztaságú hozamot eredményezett, míg az extrakciós idő jelentősen csökkent 70 percről (ellenáram) 40 percre (szonikálás). Az ultrahanggal segített extrakció (UAE) alacsonyabb kolloid szennyeződési koncentrációt eredményez (különösen pektinek), és magasabb szacharózhozamot ad (94.0±0.15%). A nagy tisztaságú extrahált gyümölcslé (92,6±0,11%). (vö. Fu et al., 2013)
Mivel a cukortermelő létesítmények már fel vannak szerelve hagyományos ellenáramú extrakciós tornyokkal, a szinergikus szonikálás kombinációja a meglévő berendezéssel általában előnyben részesül. Annak érdekében, hogy az ultrahangos szacharóz extrakciót a leginkább költséghatékony és időhatékony módon alkalmazzák, az ultrahangos extrakció szinergikus kezelésként telepíthető a hagyományos ellenáramú extrakció előtt, alatt vagy után. Mivel az szonikálás megzavarja a cukorrépa-sejteket és felszabadítja a szacharózt a sejtekből, az ellenáramú áramlási kezelés időtartama csökkenthető, míg a szacharózhozam fokozódik.
- Gyorsított folyamat
- magasabb hozamok
- a folyamat intenzívebbé tétele
- Szinergikus hatások ellenáramú rendszerekkel
- egyszerű utólagos felszerelés
- Egyszerű tesztelés
- lineáris méretezhetőség
- Alacsony karbantartási igény
- Gyors megtérülés
Nagy teljesítményű ultrahangos elszívók
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.
Folyamat szabványosítás Hielscher ultrahanggal
Az élelmiszer-minőségű termékeket a helyes gyártási gyakorlatnak (GMP) megfelelően és szabványosított feldolgozási előírások szerint kell előállítani. Hielscher Ultrasonics’ A digitális extrakciós rendszerek intelligens szoftverrel rendelkeznek, amely megkönnyíti a szonikációs folyamat pontos beállítását és vezérlését. Az automatikus adatrögzítés a beépített SD-kártyára írja az összes ultrahangos folyamatparamétert, például az ultrahang energiát (teljes és nettó energia), amplitúdót, hőmérsékletet, nyomást (ha hőmérséklet- és nyomásérzékelők vannak felszerelve) dátummal és időbélyeggel. Ez lehetővé teszi az egyes ultrahanggal feldolgozott tételek felülvizsgálatát. Ugyanakkor a reprodukálhatóság és a folyamatosan magas termékminőség biztosított.
Hielscher Ultrasonics’ Az ipari ultrahangos processzorok nagyon nagy amplitúdókat tudnak biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Irodalom / 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Cukortermelés
A szacharózt, más néven asztali cukort, főleg cukornádból és cukorrépából (Beta vulgaris) állítják elő. A cukrot, azaz a szacharózt a cukorrépából forró vízzel vonják ki egy többlépcsős eljárásban, ahol a nyers cukorlevet forró vizes diffúzióval extrahálják egy ellenáramú áramlási rendszerben. Ezután a cukorlevet vákuum alatt koncentráljuk, majd ciklikus mosás és végül szárítás követi.
A betakarítás után a cukorrépa gyökereit a cukorfeldolgozó üzembe szállítják, ahol a céklát mossuk, majd mechanikusan vékonyra szeletelt csíkokra, az úgynevezett cossettesre vágjuk. A cossette-eket az ellenáramú áramlású elszívó rendszerbe táplálják. Az ellenáramú rendszer diffúzióval működik, és a cukortartalmat a cossette-ből forró vízbe engedi.
Az ellenáramú diffúziós rendszerek hosszú reaktorok vagy több méteres magas tornyok / oszlopok, amelyekben a cossette-ek egy irányba (felfelé), míg a forró víz ellenkező irányba (lefelé) áramlik. A modern toronykitermelő üzemek feldolgozási kapacitása akár napi 17 000 tonna is lehet. Az ellenáramú toronyban a cossette-ek tipikus retenciós ideje kb. 90 perc, míg a víz csak 45 perc marad a diffúzor oszlopban. Az ellenáramú áramlási rendszerek fő előnye a csökkentett vízfelhasználás a melegvizes reaktorban végzett cukorrépa-macerációhoz képest. Az ellenáramú diffúziós rendszerben előállított cukorléoldatot nyers gyümölcslének nevezik. A nyers gyümölcslé színe oxidációs szintjétől függően a fekete és a sötétvörös között változhat.
Az elhasznált cossette-ek kb. 95% nedvességtartalmú, de alacsony szacharóztartalmú pulpaként lépnek ki a diffúziós rendszerből.
A nedves pépet csavaros présszel kb. 75% nedvességtartalomra préselik, hogy visszanyerjék a maradék szacharózt a pépből.
A maradék pépet szárítják és főleg állati takarmányként használják.
Karbonatálást alkalmaznak a szennyeződések eltávolítására a nyers gyümölcsléből, mielőtt cukorkristályokká csapódnának. Ezért a nyers gyümölcslé forró mésztejjel, azaz kalcium-hidroxid vízben történő szuszpenziójával keveredik. A karbonatálás során szennyeződések, például szulfátok, foszfátok, citrát és oxalátok csapódnak ki. Kalciumsók és nagyobb szerves molekulák, pl. fehérjék, pektinek és szaponinok formájában csapódnak ki. Ezenkívül az alkáli 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 folyamat következő lépésében szén-dioxidot buborékolunk át a lúgos cukoroldaton, és a meszet kalcium-karbonát formájában csapjuk ki. A kalcium-karbonát részecskék bizonyos szennyeződéseket kötnek meg. A nehéz részecskék leülepednek a tartályban, és szűréssel eltávolíthatók. Ezen tisztítási és tisztítási lépések után az úgynevezett vékony gyümölcslé keletkezik. A vékony gyümölcslé kezelhető szódával a pH-érték beállításához, valamint kénalapú vegyülettel a színeződés csökkentése érdekében, amely a monoszacharidok termikus bomlása miatt fordulhat elő.
A párologtatást a vékony lé koncentrálására használják többszörös hatású párologtató rendszerek segítségével, így a vékony lé vastag gyümölcslévé alakul. A sűrű lé kb. 60 tömegszázalék szacharózt tartalmaz.
Az utolsó lépésben a vastag gyümölcslé kristályosítókban kezelhető. Az újrahasznosított cukor hozzáadásával és feloldásával úgynevezett anyalúgot állítanak elő. Az anyalúgot tovább koncentrálják vákuum alatt, nagy edényekben, úgynevezett vákuumedényekben, és vetési pontként nagyon finom cukorkristályokat adnak hozzá. Ezek a kristályok növekednek, ahogy az anyalúgból származó cukor képződik körülöttük. A kapott cukorkristály / szirup keveréket masszőrzetnek nevezik, francia kifejezés, amely azt jelenti “főtt tömeg”. 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.