Estrazione a ultrasuoni di zucchero da cossette di barbabietola da zucchero
L'estrazione a ultrasuoni aumenta la resa del saccarosio estratto dalle cossette di barbabietola da zucchero e riduce significativamente la durata del processo di estrazione. La sonicazione è una tecnica semplice e sicura, che può essere facilmente combinata con l'attuale tecnologia di estrazione a flusso controcorrente per migliorare l'efficienza dell'estrazione.
Estrazione a ultrasuoni della barbabietola da zucchero Cossette
L'estrazione assistita da ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica o ultrasonica. Gli effetti meccanici generati dalla cavitazione indotta dagli ultrasuoni provocano la sono-porazione e la rottura delle pareti cellulari, aumentando così la permeabilità delle molecole intrappolate all'interno della cellula. Il flusso di liquido e le microturbolenze provocate dalla cavitazione migliorano il trasferimento di massa del processo di estrazione, in modo che il saccarosio e le altre molecole vengano trasferite nel solvente, cioè l'acqua.
Ultrasuonatore UIP4000hdT per l'estrazione industriale della barbabietola da zucchero.
- Pretrattamento a ultrasuoni (prima della torre in controcorrente)
- Sonicazione durante l'estrazione in controcorrente
- Post-trattamento a ultrasuoni (dopo la torre in controcorrente)
A seconda dell'impianto di estrazione esistente, degli obiettivi di produzione e dello spazio disponibile, la sonicazione può essere facilmente installata in un secondo momento come pre o post-trattamento e durante l'estrazione in flusso controcorrente.
Pretrattamento a ultrasuoni delle cossette di barbabietola da zucchero
Il pretrattamento a ultrasuoni delle cossette di barbabietola da zucchero è una tecnica di intensificazione del processo. Gli estrattori a ultrasuoni possono essere facilmente combinati con torri di estrazione in controcorrente, utilizzate principalmente per l'estrazione della barbabietola da zucchero. Una breve sonicazione delle cosette di barbabietola da zucchero prima che entrino nel sistema di estrazione in controcorrente aiuta a disgregare e aprire le pareti cellulari. Gli ultrasuoni favoriscono il trasferimento di massa tra il solvente (cioè l'acqua) e le cosette di barbabietola, in modo che le molecole intracellulari come il saccarosio vengano trasferite dall'interno della cellula al solvente. Il pretrattamento a ultrasuoni delle cosette di barbabietola da zucchero facilita e accelera l'estrazione del saccarosio nella colonna a flusso controcorrente.
SEM (200×) di campioni di cossette di barbabietola da zucchero sonicati a 400 W a 50°C per diversi tempi di estrazione. A) flusso in controcorrente dell'estrazione delle cossette; B) dopo UAE per 10 min; C) dopo UAE per 20 min; D) dopo UAE per 40 min. L'estrazione a ultrasuoni disgrega le pareti cellulari e rilascia il materiale intracellulare.
(©Lu et al., 2013)
Confronto tra l'estrazione a ultrasuoni e quella in controcorrente
Fu et al. (2013) hanno confrontato l'estrazione tradizionale in controcorrente con l'estrazione a ultrasuoni del saccarosio dalla barbabietola da zucchero. I risultati dello studio hanno mostrato che la sonicazione ha portato a una maggiore resa di purezza superiore, mentre il tempo di estrazione è stato significativamente ridotto da 70 minuti (controcorrente) a 40 minuti (sonicazione). L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) determina una minore concentrazione di impurità colloidali (in particolare le pectine) e una maggiore resa in saccarosio (94,0±0,15%). Il succo estratto è di elevata purezza (92,6±0,11%). (cfr. Fu et al., 2013)
Poiché gli impianti di produzione dello zucchero sono già dotati di torri di estrazione convenzionali in controcorrente, la combinazione della sonicazione sinergica con l'impianto esistente è generalmente favorita. Per applicare l'estrazione del saccarosio a ultrasuoni nel modo più efficiente in termini di costi e tempi, l'estrazione a ultrasuoni può essere installata come trattamento sinergico prima, durante o dopo l'estrazione convenzionale in controcorrente. Dato che la sonicazione distrugge le cellule della barbabietola da zucchero e rilascia il saccarosio dalle cellule, la durata del trattamento in flusso controcorrente può essere ridotta, mentre la resa in saccarosio viene aumentata.
- Processo accelerato
- Rendimenti più elevati
- Intensificazione del processo
- Effetti sinergici con i sistemi in controcorrente
- Facile installazione a posteriori
- Test semplici
- Scalabilità lineare
- Bassa manutenzione
- ROI veloce
Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni
I sistemi di estrazione di Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo nel settore alimentare e farmaceutico per la produzione commerciale di estratti di alta qualità utilizzati come prodotti alimentari, integratori alimentari o farmaci. Sia che vogliate testare e ottimizzare i parametri di lavorazione a ultrasuoni su banco, sia che vogliate installare un sistema di estrazione a ultrasuoni completamente industriale per la produzione in linea, Hielscher Ultrasonics ha l'impianto di estrazione a ultrasuoni adatto a voi. L'ingombro ridotto e le opzioni di installazione flessibili consentono l'installazione in un secondo momento anche in impianti di lavorazione affollati.
Standardizzazione dei processi con gli ultrasuoni Hielscher
I prodotti alimentari devono essere prodotti in conformità alle buone pratiche di fabbricazione (GMP) e secondo specifiche di lavorazione standardizzate. I sistemi di estrazione digitale di Hielscher Ultrasonics sono dotati di un software intelligente che facilita l'impostazione e il controllo preciso del processo di sonicazione. La registrazione automatica dei dati scrive tutti i parametri del processo a ultrasuoni come l'energia degli ultrasuoni (energia totale e netta), l'ampiezza, la temperatura, la pressione (quando sono montati i sensori di temperatura e pressione) con data e ora sulla scheda SD integrata. Ciò consente di rivedere ogni lotto trattato a ultrasuoni. Allo stesso tempo, la riproducibilità e l'alta qualità del prodotto sono garantite.
Hielscher Ultrasonics’ I processori industriali a ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in modo continuo, 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 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. | più grande | cluster di UIP16000 |
Contattateci! / Chiedi a noi!
Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza di laboratorio a pilota e Industriale scala.
Letteratura / Riferimenti
- 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.
Particolarità / Cose da sapere
Produzione di zucchero
Il saccarosio, noto anche come zucchero da tavola, viene prodotto principalmente dalla canna da zucchero e dalle barbabietole da zucchero (Beta vulgaris). Lo zucchero, cioè il saccarosio, viene estratto dalle barbabietole utilizzando acqua calda in un processo a più fasi, in cui il succo di zucchero grezzo viene estratto in una diffusione di acqua calda in un sistema di flusso controcorrente. Successivamente, il succo di zucchero viene concentrato sotto vuoto, seguito da lavaggi ciclici e infine dall'essiccazione.
Dopo la raccolta, le radici delle barbabietole vengono trasportate all'impianto di lavorazione dello zucchero, dove le barbabietole vengono lavate e poi tagliate meccanicamente in strisce sottili, le cosiddette cossette. Le cossette vengono immesse in un sistema di estrazione a flusso controcorrente. Il sistema in controcorrente funziona per diffusione e liscivia il contenuto di zucchero dalle cossette nell'acqua calda.
I sistemi di diffusione in controcorrente sono lunghi reattori o alte torri/colonne di diversi metri in cui le cossette fluiscono in una direzione (verso l'alto) mentre l'acqua calda scorre nella direzione opposta (verso valle). I moderni impianti di estrazione a torre hanno una capacità di trattamento fino a 17.000 tonnellate al giorno. Il tempo tipico di ritenzione delle cossette nella torre in controcorrente è di circa 90 minuti, mentre l'acqua rimane solo 45 minuti nella colonna del diffusore. Il vantaggio principale dei sistemi di flusso in controcorrente è la riduzione dell'uso di acqua rispetto alla macerazione della barbabietola da zucchero in un reattore ad acqua calda. La soluzione di succo di zucchero prodotta nel sistema di diffusione in controcorrente è chiamata succo grezzo. Il colore del succo grezzo può variare dal nero al rosso scuro a seconda del livello di ossidazione.
Le cossette esauste escono dal sistema di diffusione come pasta con circa il 95% di umidità, ma con un basso contenuto di saccarosio.
La polpa umida viene pressata con una pressa a vite fino a raggiungere circa il 75% di umidità per recuperare il saccarosio rimanente dalla polpa.
La polpa rimanente viene essiccata e utilizzata principalmente come mangime per animali.
La carbonatazione viene applicata per rimuovere le impurità dal succo crudo prima che possa essere precipitato in cristalli di zucchero. Pertanto, il succo crudo viene mescolato con latte di calce caldo, cioè una sospensione di idrossido di calcio in acqua. Durante la carbonatazione, precipitano impurità come solfati, fosfati, citrati e ossalati. Precipitano sotto forma di sali di calcio e molecole organiche più grandi, come proteine, pectine e saponine. Inoltre, il valore alcalino del pH converte gli zuccheri semplici, glucosio e fruttosio, e l'amminoacido glutammina, in acidi carbossilici chimicamente stabili, che possono essere rimossi in seguito tramite filtrazione, poiché queste molecole interferirebbero con la cristallizzazione.
Nella fase successiva del processo, l'anidride carbonica viene fatta gorgogliare attraverso la soluzione alcalina di zucchero, facendo precipitare la calce sotto forma di carbonato di calcio. Le particelle di carbonato di calcio legano alcune impurità. Le particelle pesanti si depositano nel serbatoio e possono essere eliminate tramite filtrazione. Dopo queste fasi di purificazione e pulizia si ottiene il cosiddetto succo sottile. Il succo sottile può essere trattato con soda per regolare il valore del pH e con un composto a base di zolfo per ridurre la colorazione, che potrebbe verificarsi a causa della decomposizione termica dei monosaccaridi.
L'evaporazione viene utilizzata per concentrare il succo sottile utilizzando sistemi di evaporazione a effetto multiplo, in modo che il succo sottile si trasformi in un succo denso. Il succo denso contiene circa il 60% di saccarosio in peso.
Nella fase finale, il succo denso viene trattato in cristallizzatori. Aggiungendo e sciogliendo lo zucchero riciclato, si produce la cosiddetta acqua madre. L'acquavite madre viene ulteriormente concentrata mediante bollitura sotto vuoto in grandi recipienti, noti come pentole sottovuoto, e vengono aggiunti cristalli di zucchero molto fini come punti di semina. Questi cristalli crescono quando lo zucchero dell'acquavite madre si forma intorno a loro. La miscela di cristalli di zucchero e sciroppo che ne risulta è chiamata massecuite, un termine francese che significa “massa cotta”. La massecuite viene introdotta in una centrifuga, dove lo "sciroppo verde alto" viene rimosso dalla massecuite grazie alla forza centrifuga. Dopo la centrifugazione, l'acqua viene spruzzata nella centrifuga per lavare i cristalli di zucchero, producendo il cosiddetto "sciroppo verde basso". La centrifuga gira quindi a velocità molto elevate per asciugare parzialmente i cristalli. Quando la centrifuga rallenta, lo zucchero viene raschiato dalle pareti della centrifuga su un sistema di trasporto che lo trasporta in un granulatore a rotazione dove viene essiccato con aria calda. I cristalli di zucchero asciutti e puliti sono pronti per essere venduti alle raffinerie o ai produttori alimentari per un ulteriore trattamento o utilizzo.