Ekstraksi Ultrasonik Gula dari Irisan Bit Gula
Ekstraksi ultrasonik meningkatkan rendemen sukrosa yang diekstraksi dari irisan bit gula dan secara signifikan mengurangi durasi proses ekstraksi. Sonikasi merupakan teknik sederhana dan aman yang dapat dengan mudah dipadukan dengan teknologi ekstraksi aliran berlawanan arah yang digunakan saat ini untuk meningkatkan efisiensi ekstraksi.
Ekstraksi Ultrasonik Irisan Bit Gula
Ekstraksi berbantuan ultrasonik didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik atau ultrasonik. Efek mekanis yang dihasilkan oleh kavitasi yang diinduksi secara ultrasonik menyebabkan sonoporasi dan disrupsi dinding sel, yang selanjutnya meningkatkan permeabilitas molekul yang terperangkap di dalam sel. Aliran cairan dan turbulensi mikro akibat kavitasi meningkatkan perpindahan massa dalam proses ekstraksi, sehingga sukrosa dan molekul lainnya berpindah ke dalam pelarut, yaitu air.
Sonikator UIP4000hdT untuk ekstraksi bit gula skala industri.
- Praperlakuan ultrasonik (sebelum menara aliran berlawanan arah)
- Sonikasi selama ekstraksi berlawanan arah
- Pascaperlakuan ultrasonik (setelah menara aliran berlawanan arah)
Bergantung pada fasilitas ekstraksi yang ada, target produksi, dan ruang yang tersedia, sonikasi dapat dengan mudah dipasang pada sistem yang sudah ada sebagai praperlakuan atau pascaperlakuan, maupun selama ekstraksi aliran berlawanan arah.
Praperlakuan Ultrasonik Irisan Bit Gula
Praperlakuan ultrasonik irisan bit gula merupakan teknik intensifikasi proses. Ekstraktor ultrasonik dapat dengan mudah dipadukan dengan menara ekstraksi aliran berlawanan arah, yang terutama digunakan untuk ekstraksi bit gula. Sonikasi singkat pada irisan bit gula sebelum memasuki sistem ekstraksi berlawanan arah membantu merusak dan membuka dinding sel. Ultrasonikasi mendorong perpindahan massa antara pelarut (yaitu air) dan irisan bit, sehingga molekul intraseluler seperti sukrosa berpindah dari bagian dalam sel ke pelarut. Praperlakuan ultrasonik irisan bit gula mempermudah dan mempercepat ekstraksi sukrosa di dalam kolom aliran berlawanan arah.
SEM (200×) sampel irisan bit gula yang disonikasi pada 400 W dan 50°C dengan waktu ekstraksi yang berbeda. A) ekstraksi irisan bit dengan aliran berlawanan arah; B) setelah UAE selama 10 min; C) setelah UAE selama 20 min; D) setelah UAE selama 40 min. Ekstraksi ultrasonik merusak dinding sel dan melepaskan materi intraseluler.
(©Fu et al., 2013)
Perbandingan Ekstraksi Ultrasonik dengan Ekstraksi Berlawanan Arah
Fu et al. (2013) membandingkan ekstraksi aliran berlawanan arah tradisional dengan ekstraksi ultrasonik sukrosa dari irisan bit gula. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sonikasi menghasilkan rendemen yang lebih tinggi dengan kemurnian yang lebih baik, sementara waktu ekstraksi berkurang secara signifikan dari 70 min. (berlawanan arah) menjadi 40 min. (sonikasi). Ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE) menghasilkan konsentrasi pengotor koloid yang lebih rendah (terutama pektin), serta rendemen sukrosa yang lebih tinggi (94,0±0,15%). Nira hasil ekstraksi memiliki kemurnian tinggi (92,6±0,11%). (lihat Fu et al., 2013)
Karena fasilitas produksi gula sudah dilengkapi dengan menara ekstraksi berlawanan arah konvensional, kombinasi sonikasi sinergis dengan instalasi yang ada umumnya lebih disukai. Untuk menerapkan ekstraksi sukrosa ultrasonik dengan efisiensi biaya dan waktu tertinggi, ekstraksi ultrasonik dapat dipasang sebagai perlakuan sinergis sebelum, selama, atau setelah ekstraksi aliran berlawanan arah konvensional. Karena sonikasi mendisrupsi sel bit gula dan melepaskan sukrosa dari sel, durasi perlakuan aliran berlawanan arah dapat dikurangi, sementara rendemen sukrosa meningkat.
- Proses yang lebih cepat
- Rendemen lebih tinggi
- Intensifikasi proses
- Efek sinergis dengan sistem berlawanan arah
- Mudah dipasang pada sistem yang sudah ada
- Pengujian sederhana
- Peningkatan skala secara linear
- Kebutuhan perawatan rendah
- Pengembalian investasi yang cepat
Ekstraktor Ultrasonik Berkinerja Tinggi
Sistem ekstraksi Hielscher Ultrasonics digunakan di seluruh dunia dalam industri pangan dan farmasi untuk produksi komersial ekstrak berkualitas tinggi yang digunakan sebagai produk pangan, suplemen makanan, atau sediaan farmasi. Baik Anda ingin menguji dan mengoptimalkan parameter pemrosesan ultrasonik pada skala meja laboratorium maupun memasang sistem ekstraksi ultrasonik skala industri penuh untuk produksi inline, Hielscher Ultrasonics memiliki konfigurasi ekstraksi ultrasonik yang sesuai untuk Anda. Kebutuhan ruang yang kecil dan pilihan pemasangan yang fleksibel memungkinkan pemasangan pada sistem yang sudah ada, bahkan di fasilitas pemrosesan yang padat.
Standardisasi Proses dengan Hielscher Ultrasonics
Produk berstandar pangan harus diproduksi sesuai dengan Praktik Manufaktur yang Baik (GMP) dan berdasarkan spesifikasi pemrosesan yang terstandardisasi. Sistem ekstraksi digital Hielscher Ultrasonics dilengkapi perangkat lunak cerdas yang memudahkan pengaturan dan pengendalian proses sonikasi secara presisi. Perekaman data otomatis mencatat semua parameter proses ultrasonik, seperti energi ultrasonik (energi total dan bersih), amplitudo, suhu, dan tekanan (jika sensor suhu dan tekanan dipasang), beserta cap tanggal dan waktu pada kartu SD bawaan. Hal ini memungkinkan Anda meninjau setiap lot yang diproses secara ultrasonik. Pada saat yang sama, reproduktibilitas dan kualitas produk yang selalu tinggi terjamin.
Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara kontinu dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan operasi 24/7 dengan beban kerja berat dan dalam lingkungan yang menuntut.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lebih besar | gabungan unit UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Homogenizer ultrasonik berdaya tinggi dari skala laboratorium hingga pilot dan industri .
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta yang Perlu Diketahui
Produksi Gula
Sukrosa, yang juga dikenal sebagai gula meja, terutama diproduksi dari tebu dan bit gula (Beta vulgaris). Gula, yaitu sukrosa, diekstraksi dari bit menggunakan air panas dalam proses bertahap, yang mengekstraksi nira mentah melalui difusi air panas dalam sistem aliran berlawanan arah. Setelah itu, nira dipekatkan dalam kondisi vakum, dilanjutkan dengan pencucian berulang dan akhirnya pengeringan.
Setelah panen, umbi bit diangkut ke pabrik pengolahan gula, tempat bit dicuci lalu dipotong secara mekanis menjadi irisan tipis memanjang yang disebut cossette. Irisan tersebut dimasukkan ke dalam sistem ekstraksi aliran berlawanan arah. Sistem berlawanan arah bekerja melalui difusi dan melarutkan kandungan gula dari irisan bit ke dalam air panas.
Sistem difusi berlawanan arah berupa reaktor panjang atau menara / kolom setinggi beberapa meter, tempat irisan bit mengalir ke satu arah (ke atas) sementara air panas mengalir ke arah berlawanan (ke bawah). Instalasi ekstraksi menara modern memiliki kapasitas pemrosesan hingga 17.000 ton metrik per hari. Waktu tinggal tipikal irisan bit di dalam menara berlawanan arah sekitar 90 min., sementara air hanya berada selama 45 min. di dalam kolom difuser. Keunggulan utama sistem aliran berlawanan arah adalah penggunaan air yang lebih sedikit dibandingkan dengan maserasi bit gula dalam reaktor air panas. Larutan nira yang dihasilkan dalam sistem difusi berlawanan arah disebut nira mentah. Warna nira mentah dapat bervariasi dari hitam hingga merah tua, bergantung pada tingkat oksidasinya.
Irisan bit yang telah diekstraksi keluar dari sistem difusi sebagai ampas dengan kadar air sekitar 95%, tetapi dengan kandungan sukrosa yang rendah.
Ampas basah diperas menggunakan mesin pres ulir hingga kadar airnya sekitar 75% untuk memperoleh kembali sukrosa yang tersisa dalam ampas.
Ampas yang tersisa dikeringkan dan terutama digunakan sebagai pakan ternak.
Karbonatasi diterapkan untuk menghilangkan pengotor dari nira mentah sebelum nira tersebut dapat diendapkan menjadi kristal gula. Untuk itu, nira mentah dicampur dengan susu kapur panas, yaitu suspensi kalsium hidroksida dalam air. Selama karbonatasi, pengotor seperti sulfat, fosfat, sitrat, dan oksalat mengendap. Pengotor tersebut mengendap dalam bentuk garam kalsium dan molekul organik yang lebih besar, misalnya protein, pektin, dan saponin. Selain itu, nilai pH basa mengubah gula sederhana glukosa dan fruktosa, bersama asam amino glutamin, menjadi asam karboksilat yang stabil secara kimia dan dapat dihilangkan kemudian melalui filtrasi, karena molekul-molekul tersebut akan mengganggu kristalisasi.
Pada tahap proses berikutnya, karbon dioksida dialirkan sebagai gelembung melalui larutan gula basa, sehingga kapur mengendap sebagai kalsium karbonat. Partikel kalsium karbonat mengikat sebagian pengotor. Partikel berat mengendap di dalam tangki dan dapat dihilangkan melalui filtrasi. Setelah tahap pemurnian dan pembersihan ini, diperoleh apa yang disebut nira encer. Nira encer dapat diberi perlakuan dengan soda abu untuk menyesuaikan nilai pH, serta dengan senyawa berbasis sulfur untuk mengurangi pewarnaan yang mungkin terjadi akibat dekomposisi termal monosakarida.
Evaporasi digunakan untuk memekatkan nira encer menggunakan sistem evaporasi efek ganda, sehingga nira encer berubah menjadi nira kental. Nira kental mengandung sekitar 60% sukrosa berdasarkan berat.
Pada tahap akhir, nira kental diproses dalam alat kristalisasi. Dengan menambahkan dan melarutkan gula daur ulang, dihasilkan apa yang disebut larutan induk. Larutan induk dipekatkan lebih lanjut dengan pendidihan dalam kondisi vakum di bejana besar yang dikenal sebagai pan vakum, dan kristal gula yang sangat halus ditambahkan sebagai inti kristalisasi. Kristal-kristal ini tumbuh saat gula dari larutan induk terbentuk di sekelilingnya. Campuran kristal gula / sirop yang dihasilkan disebut massecuite, istilah bahasa Prancis yang berarti “massa yang dimasak”. Massecuite dimasukkan ke dalam sentrifus, tempat “sirop High Green” dipisahkan dari massecuite oleh gaya sentrifugal. Setelah sentrifugasi, air disemprotkan ke dalam sentrifus untuk mencuci kristal gula, sehingga menghasilkan apa yang disebut “sirop Low Green”. Sentrifus kemudian berputar pada kecepatan sangat tinggi untuk mengeringkan sebagian kristal. Saat sentrifus melambat, gula dikeruk dari dinding sentrifus ke sistem konveyor untuk diangkut ke granulator putar, tempat gula dikeringkan dengan udara hangat. Kristal gula yang kering dan bersih siap dijual ke pabrik rafinasi atau produsen pangan untuk pengolahan atau penggunaan lebih lanjut.