Շաքարի ուլտրաձայնային էքստրակցիա շաքարի ճակնդեղի տաշեղներից
Ուլտրաձայնային էքստրակցիան բարձրացնում է շաքարի ճակնդեղի տաշեղներից էքստրակցվող սախարոզի ելքը և զգալիորեն կրճատում է էքստրակցիայի գործընթացի տևողությունը։ Ուլտրաձայնային մշակումը պարզ և անվտանգ մեթոդ է, որը կարելի է հեշտությամբ համատեղել հակահոսքային էքստրակցիայի ներկայիս տեխնոլոգիայի հետ՝ էքստրակցիայի արդյունավետությունը բարձրացնելու համար։
Շաքարի ճակնդեղի տաշեղների ուլտրաձայնային էքստրակցիա
Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էքստրակցիան հիմնված է ակուստիկ կամ ուլտրաձայնային կավիտացիայի գործառնական սկզբունքի վրա։ Ուլտրաձայնով հարուցված կավիտացիայից առաջացող մեխանիկական ազդեցությունները բջջապատերում առաջացնում են ծակոտիներ և քայքայում դրանք, ինչն այնուհետև մեծացնում է բջջի ներսում պահված մոլեկուլների թափանցելիությունը։ Կավիտացիայից առաջացող հեղուկի հոսքերը և միկրոտուրբուլենտությունը բարելավում են էքստրակցիայի գործընթացում զանգվածափոխանակությունը, ինչի շնորհիվ սախարոզը և այլ մոլեկուլներ անցնում են լուծիչի՝ ջրի մեջ։
Ուլտրաձայնային սարք UIP4000hdT շաքարի ճակնդեղի արդյունաբերական էքստրակցիայի համար։
- Ուլտրաձայնային նախամշակում (հակահոսքային աշտարակից առաջ)
- Ուլտրաձայնային մշակում հակահոսքային էքստրակցիայի ընթացքում
- Ուլտրաձայնային հետմշակում (հակահոսքային աշտարակից հետո)
Կախված առկա էքստրակցիոն կայանքից, արտադրական նպատակներից և հասանելի տարածքից՝ ուլտրաձայնային մշակումը կարելի է հեշտությամբ ներդնել գործող համակարգում՝ որպես նախամշակում կամ հետմշակում, ինչպես նաև հակահոսքային էքստրակցիայի ընթացքում։
Շաքարի ճակնդեղի տաշեղների ուլտրաձայնային նախամշակում
Շաքարի ճակնդեղի տաշեղների ուլտրաձայնային նախամշակումը գործընթացի ինտենսիվացման մեթոդ է։ Ուլտրաձայնային էքստրակտորները կարելի է հեշտությամբ համատեղել հակահոսքային էքստրակցիոն աշտարակների հետ, որոնք հիմնականում օգտագործվում են շաքարի ճակնդեղի էքստրակցիայի համար։ Շաքարի ճակնդեղի տաշեղների կարճատև ուլտրաձայնային մշակումը, նախքան դրանց մուտքը հակահոսքային էքստրակցիոն համակարգ, օգնում է քայքայել և բացել բջջապատերը։ Ուլտրաձայնային մշակումը նպաստում է լուծիչի (այսինքն՝ ջրի) և ճակնդեղի տաշեղների միջև զանգվածափոխանակությանը, ինչի շնորհիվ ներբջջային մոլեկուլները, օրինակ՝ սախարոզը, բջջի ներսից անցնում են լուծիչի մեջ։ Շաքարի ճակնդեղի տաշեղների ուլտրաձայնային նախամշակումը հեշտացնում և արագացնում է սախարոզի էքստրակցիան հակահոսքային սյունակում։
Էքստրակցիայի տարբեր տևողություններով՝ 400 W հզորությամբ և 50°C ջերմաստիճանում ուլտրաձայնով մշակված շաքարի ճակնդեղի տաշեղների նմուշների SEM պատկերները (200×)։ A) տաշեղների հակահոսքային էքստրակցիա, B) 10 min տևողությամբ UAE-ից հետո, C) 20 min տևողությամբ UAE-ից հետո, D) 40 min տևողությամբ UAE-ից հետո։ Ուլտրաձայնային էքստրակցիան քայքայում է բջջապատերը և ազատում ներբջջային նյութը։
(©Fu et al., 2013)
Ուլտրաձայնային և հակահոսքային էքստրակցիայի համեմատություն
Fu et al. (2013) համեմատել են ավանդական հակահոսքային էքստրակցիան շաքարի ճակնդեղի տաշեղներից սախարոզի ուլտրաձայնային էքստրակցիայի հետ։ Հետազոտության արդյունքները ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային մշակման դեպքում ստացվել է ավելի բարձր ելք՝ ավելի բարձր մաքրությամբ, մինչդեռ էքստրակցիայի ժամանակը զգալիորեն կրճատվել է՝ 70 min. (հակահոսքային էքստրակցիա) մինչև 40 min. (ուլտրաձայնային մշակում)։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ էքստրակցիան (UAE) ապահովում է կոլոիդային խառնուրդների (հատկապես պեկտինների) ավելի ցածր կոնցենտրացիա և սախարոզի ավելի բարձր ելք (94,0±0,15%)։ Էքստրակցված հյութն ունի բարձր մաքրություն (92,6±0,11%)։ (Տե՛ս Fu et al., 2013)
Քանի որ շաքարի արտադրական ձեռնարկություններն արդեն հագեցած են սովորական հակահոսքային էքստրակցիոն աշտարակներով, ընդհանուր առմամբ նախընտրելի է սիներգետիկ ուլտրաձայնային մշակումը համատեղել առկա կայանքի հետ։ Սախարոզի ուլտրաձայնային էքստրակցիան ծախսերի և ժամանակի առումով ամենաարդյունավետ կերպով կիրառելու համար ուլտրաձայնային էքստրակցիան կարելի է ներդնել որպես սիներգետիկ մշակում՝ սովորական հակահոսքային էքստրակցիայից առաջ, դրա ընթացքում կամ դրանից հետո։ Քանի որ ուլտրաձայնային մշակումը քայքայում է շաքարի ճակնդեղի բջիջները և սախարոզն ազատում բջիջներից, հակահոսքային մշակման տևողությունը կարող է կրճատվել, իսկ սախարոզի ելքը՝ բարձրանալ։
- Արագացված գործընթաց
- Ավելի բարձր ելքեր
- Գործընթացի ինտենսիվացում
- Սիներգետիկ ազդեցություններ հակահոսքային համակարգերի հետ
- Հեշտ ներդրում գործող համակարգերում
- Պարզ փորձարկում
- Արտադրական մասշտաբի գծային մեծացման հնարավորություն
- Տեխնիկական սպասարկման փոքր պահանջ
- Ներդրումների արագ վերադարձ
Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային էքստրակտորներ
Hielscher Ultrasonics ընկերության էքստրակցիոն համակարգերն ամբողջ աշխարհում կիրառվում են սննդի և դեղագործական արդյունաբերության մեջ՝ որպես սննդամթերք, սննդային հավելումներ կամ դեղամիջոցներ օգտագործվող բարձրորակ էքստրակտների առևտրային արտադրության համար։ Անկախ նրանից՝ ցանկանում եք փորձարկել և օպտիմալացնել ուլտրաձայնային մշակման պարամետրերը լաբորատոր սեղանային մասշտաբով, թե տեղադրել լիովին արդյունաբերական ուլտրաձայնային էքստրակցիոն համակարգ՝ հոսքային արտադրության համար, Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ձեզ հարմար ուլտրաձայնային էքստրակցիոն սարքավորում։ Զբաղեցրած փոքր տարածքը և տեղադրման ճկուն տարբերակները թույլ են տալիս սարքավորումը ներդնել գործող արտադրական համակարգում նույնիսկ խիստ սահմանափակ տարածքով արտադրամասում։
Գործընթացի ստանդարտացում Hielscher Ultrasonics ընկերության հետ
Սննդային օգտագործման համար պիտանի արտադրանքը պետք է արտադրվի Պատշաճ արտադրական գործելակերպի (GMP) համաձայն և մշակման ստանդարտացված տեխնիկական պահանջներով։ Hielscher Ultrasonics ընկերության թվային էքստրակցիոն համակարգերը համալրված են խելացի ծրագրային ապահովմամբ, որը հեշտացնում է ուլտրաձայնային մշակման գործընթացի ճշգրիտ կարգավորումն ու վերահսկումը։ Տվյալների ավտոմատ գրանցման համակարգը ներկառուցված SD քարտի վրա ամսաթվի և ժամի նշումով գրանցում է ուլտրաձայնային գործընթացի բոլոր պարամետրերը, օրինակ՝ ուլտրաձայնային էներգիան (ընդհանուր և զուտ էներգիան), ամպլիտուդը, ջերմաստիճանը, ճնշումը (երբ տեղադրված են ջերմաստիճանի և ճնշման տվիչներ)։ Սա թույլ է տալիս վերանայել ուլտրաձայնով մշակված յուրաքանչյուր խմբաքանակի տվյալները։ Միաժամանակ ապահովվում են վերարտադրելիությունը և արտադրանքի մշտապես բարձր որակը։
Hielscher Ultrasonics ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով հեշտությամբ կարելի է անընդհատ աշխատել 24/7 ռեժիմով։ Էլ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս աշխատել 24/7 ռեժիմով՝ մեծ բեռնվածության և պահանջկոտ միջավայրերի պայմաններում։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորության մասին․
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 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. | ավելի մեծ | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Բարձր հզորության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր մասշտաբից մինչև փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներ։
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Արժե իմանալ
Շաքարի արտադրություն
Սախարոզը, որը հայտնի է նաև որպես սեղանի շաքար, հիմնականում արտադրվում է շաքարեղեգից և շաքարի ճակնդեղից (Beta vulgaris)։ Շաքարը, այսինքն՝ սախարոզը, ճակնդեղից էքստրակցվում է տաք ջրով՝ բազմափուլ գործընթացով, որի ընթացքում չմշակված շաքարահյութը ստացվում է տաք ջրով դիֆուզիայի միջոցով՝ հակահոսքային համակարգում։ Այնուհետև շաքարահյութը խտացվում է վակուումի տակ, որին հաջորդում են ցիկլային լվացումը և վերջում՝ չորացումը։
Բերքահավաքից հետո ճակնդեղի արմատապտուղները տեղափոխվում են շաքարի վերամշակման գործարան, որտեղ ճակնդեղը լվացվում է, ապա մեխանիկորեն կտրվում բարակ շերտերի՝ այսպես կոչված ճակնդեղատաշեղների։ Ճակնդեղատաշեղները մատակարարվում են հակահոսքային էքստրակցիայի համակարգ։ Հակահոսքային համակարգն աշխատում է դիֆուզիայի սկզբունքով և ճակնդեղատաշեղներում պարունակվող շաքարը տարալուծում է տաք ջրի մեջ։
Հակահոսքային դիֆուզիայի համակարգերը երկար ռեակտորներ կամ մի քանի մետր բարձրությամբ աշտարակներ / սյունակներ են, որոնցում ճակնդեղատաշեղները հոսում են մի ուղղությամբ (դեպի վեր), իսկ տաք ջուրը՝ հակառակ ուղղությամբ (հոսանքով վար)։ Ժամանակակից աշտարակային էքստրակցիոն կայանքների վերամշակման հզորությունը հասնում է օրական մինչև 17 000 մետրական տոննայի։ Հակահոսքային աշտարակում ճակնդեղատաշեղների պահման տևողությունը սովորաբար մոտ 90 րոպե է, մինչդեռ ջուրը դիֆուզիոն սյունակում մնում է ընդամենը 45 րոպե։ Հակահոսքային համակարգերի հիմնական առավելությունը ջրի ավելի փոքր ծախսն է՝ համեմատած տաք ջրով ռեակտորում շաքարի ճակնդեղի մացերացման հետ։ Հակահոսքային դիֆուզիայի համակարգում ստացվող շաքարահյութի լուծույթը կոչվում է չմշակված հյութ։ Չմշակված հյութի գույնը կարող է տատանվել սևից մինչև մուգ կարմիր՝ կախված դրա օքսիդացման աստիճանից։
Շաքարազրկված ճակնդեղատաշեղները դիֆուզիոն համակարգից դուրս են գալիս մոտ 95% խոնավությամբ, սակայն սախարոզի ցածր պարունակությամբ միջուկի տեսքով։
Խոնավ միջուկը սեղմվում է պտուտակային մամլիչով մինչև մոտ 75% խոնավություն՝ միջուկում մնացած սախարոզը կորզելու համար։
Մնացած միջուկը չորացվում է և հիմնականում օգտագործվում որպես կենդանիների կեր։
Կարբոնատացումը կիրառվում է չմշակված հյութից խառնուրդները հեռացնելու համար՝ նախքան այն շաքարի բյուրեղների տեսքով նստեցնելը։ Այդ նպատակով չմշակված հյութը խառնվում է տաք կրակաթի հետ, այսինքն՝ ջրում կալցիումի հիդրօքսիդի կախույթի հետ։ Կարբոնատացման ընթացքում այնպիսի խառնուրդներ, ինչպիսիք են սուլֆատները, ֆոսֆատները, ցիտրատը և օքսալատները, նստում են։ Դրանք նստում են կալցիումի աղերի և ավելի խոշոր օրգանական մոլեկուլների, օրինակ՝ սպիտակուցների, պեկտինների և սապոնինների տեսքով։ Բացի այդ, pH-ի ալկալային արժեքը պարզ շաքարները՝ գլյուկոզը և ֆրուկտոզը, գլուտամին ամինաթթվի հետ միասին փոխակերպում է քիմիապես կայուն կարբոնաթթուների, որոնք հետագայում կարող են հեռացվել զտմամբ, քանի որ այդ մոլեկուլները կխանգարեին բյուրեղացմանը։
Գործընթացի հաջորդ փուլում շաքարի ալկալային լուծույթի միջով ածխածնի երկօքսիդ է անցկացվում պղպջակների տեսքով՝ կիրը նստեցնելով կալցիումի կարբոնատի ձևով։ Կալցիումի կարբոնատի մասնիկները կապում են որոշ խառնուրդներ։ Ծանր մասնիկները նստում են տարողության հատակին և կարող են հեռացվել զտմամբ։ Մաքրման և զտման այս փուլերից հետո ստացվում է այսպես կոչված նոսր հյութը։ Նոսր հյութը կարող է մշակվել կալցինացված սոդայով՝ pH-ի արժեքը կարգավորելու համար, ինչպես նաև ծծմբի հիմքով միացությամբ՝ գունավորումը նվազեցնելու համար, որը կարող է առաջանալ մոնոսախարիդների ջերմային քայքայման հետևանքով։
Նոսր հյութը խտացնելու համար կիրառվում է գոլորշիացում՝ բազմակորպուս գոլորշիացման համակարգերի միջոցով, ինչի արդյունքում նոսր հյութը վերածվում է թանձր հյութի։ Թանձր հյութում սախարոզի զանգվածային բաժինը մոտ 60% է։
Վերջնական փուլում թանձր հյութը մշակվում է բյուրեղարարներում։ Վերաշրջանառվող շաքարի ավելացմամբ և լուծմամբ ստացվում է այսպես կոչված մայրական լուծույթ։ Մայրական լուծույթը հետագայում խտացվում է՝ վակուումի տակ եռացնելով մեծ տարաներում, որոնք հայտնի են որպես վակուումային եփման ապարատներ, և ավելացվում են շաքարի շատ մանր բյուրեղներ՝ որպես բյուրեղացման սկզբնակետեր։ Այս բյուրեղներն աճում են, երբ մայրական լուծույթից շաքար է գոյանում դրանց շուրջը։ Ստացված շաքարի բյուրեղների / օշարակի խառնուրդը կոչվում է մասեկուիտ՝ ֆրանսերեն եզրույթ, որը նշանակում է «եփված զանգված»։ Մասեկուիտը մատակարարվում է ցենտրիֆուգին, որտեղ կենտրոնախույս ուժի միջոցով մասեկուիտից հեռացվում է «High Green» օշարակը։ Ցենտրիֆուգումից հետո ցենտրիֆուգի մեջ ջուր է ցողվում՝ շաքարի բյուրեղները լվանալու համար, ինչի արդյունքում ստացվում է այսպես կոչված «Low Green» օշարակը։ Այնուհետև ցենտրիֆուգը պտտվում է շատ բարձր արագությամբ՝ բյուրեղները մասամբ չորացնելու համար։ Երբ ցենտրիֆուգը դանդաղում է, շաքարը քերվում է ցենտրիֆուգի պատերից և լցվում փոխակրիչային համակարգի վրա, որը շաքարը տեղափոխում է պտտվող հատիկավորիչ, որտեղ այն չորացվում է տաք օդով։ Շաքարի չոր, մաքուր բյուրեղները պատրաստ են վաճառվելու շաքարի զտման գործարաններին կամ սննդամթերք արտադրողներին՝ հետագա մշակման կամ օգտագործման համար։