შაქრის ულტრაბგერითი ექსტრაქცია შაქრის ჭარხლის კოსეტებიდან
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ზრდის შაქრის ჭარხლის კოსეტებიდან მიღებული საქაროზის გამოსავლიანობას და მნიშვნელოვნად ამცირებს ექსტრაქციის პროცესის ხანგრძლივობას. ულტრაბგერითი დამუშავება არის მარტივი და უსაფრთხო ტექნიკა, რომელიც მარტივად შეიძლება გაერთიანდეს არსებულ წინაღმდინარე ნაკადის ექსტრაქციის ტექნოლოგიასთან ექსტრაქციის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად.
შაქრის ჭარხლის კოსეტების ულტრაბგერითი ექსტრაქცია
ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფუძნება აკუსტიკური ან ულტრაბგერითი კავიტაციის მოქმედების პრინციპს. ულტრაბგერითი კავიტაციით გამოწვეული მექანიკური ეფექტები იწვევს სონოპორაციას და უჯრედის კედლების რღვევას, რაც შემდგომში აადვილებს უჯრედის შიგნით მოქცეული მოლეკულების გამოდინებას. კავიტაციით გამოწვეული სითხის ნაკადი და მიკროტურბულენტობები აუმჯობესებს მასის გადატანას ექსტრაქციის პროცესში, რის შედეგადაც საქაროზა და სხვა მოლეკულები გადადის გამხსნელში, ანუ წყალში.
ულტრაბგერითი დამამუშავებელი UIP4000hdT შაქრის ჭარხლის სამრეწველო ექსტრაქციისთვის.
- ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება (წინაღმდინარე კოლონამდე)
- ულტრაბგერითი დამუშავება წინაღმდინარე ექსტრაქციის დროს
- ულტრაბგერითი შემდგომი დამუშავება (წინაღმდინარე კოლონის შემდეგ)
არსებული ექსტრაქციის ობიექტის, წარმოების მიზნების და ხელმისაწვდომი სივრცის მიხედვით, ულტრაბგერითი დამუშავება მარტივად შეიძლება ინტეგრირდეს როგორც წინასწარი ან შემდგომი დამუშავება, ასევე წინაღმდინარე ნაკადის ექსტრაქციის დროს.
შაქრის ჭარხლის კოსეტების ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება
შაქრის ჭარხლის კოსეტების ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება არის პროცესის ინტენსიფიკაციის ტექნიკა. ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები მარტივად შეიძლება გაერთიანდეს წინაღმდინარე ნაკადის ექსტრაქციის კოლონებთან, რომლებიც ძირითადად გამოიყენება შაქრის ჭარხლის ექსტრაქციისთვის. შაქრის ჭარხლის კოსეტების ხანმოკლე ულტრაბგერითი დამუშავება მათ წინაღმდინარე ექსტრაქციის სისტემაში შესვლამდე ხელს უწყობს უჯრედის კედლების რღვევას და გახსნას. ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს მასის გადატანას გამხსნელსა (ანუ წყალსა) და ჭარხლის კოსეტებს შორის, რის შედეგადაც უჯრედშიდა მოლეკულები, როგორიცაა საქაროზა, გადადის უჯრედის შიგნიდან გამხსნელში. შაქრის ჭარხლის კოსეტების ულტრაბგერითი წინასწარი დამუშავება აადვილებს და აჩქარებს საქაროზის ექსტრაქციას წინაღმდინარე ნაკადის კოლონაში.
შაქრის ჭარხლის კოსეტების ნიმუშების SEM გამოსახულებები (200×), ულტრაბგერითი დამუშავებით 400 W სიმძლავრით 50°C-ზე, ექსტრაქციის სხვადასხვა ხანგრძლივობისას. A) კოსეტების წინაღმდინარე ნაკადით ექსტრაქცია; B) UAE-ს შემდეგ 10 წთ; C) UAE-ს შემდეგ 20 წთ; D) UAE-ს შემდეგ 40 წთ. ულტრაბგერითი ექსტრაქცია არღვევს უჯრედის კედლებს და ათავისუფლებს უჯრედშიდა მასალას.
(©Fu et al., 2013)
ულტრაბგერითი და წინაღმდინარე ექსტრაქციის შედარება
Fu et al. (2013) შეადარეს ტრადიციული წინაღმდინარე ნაკადის ექსტრაქცია შაქრის ჭარხლის კოსეტებიდან საქაროზის ულტრაბგერით ექსტრაქციას. კვლევის შედეგებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითმა დამუშავებამ უზრუნველყო უფრო მაღალი გამოსავლიანობა და სიწმინდე, ხოლო ექსტრაქციის დრო მნიშვნელოვნად შემცირდა 70 წთ-დან (წინაღმდინარე ექსტრაქცია) 40 წთ-მდე (ულტრაბგერითი დამუშავება). ულტრაბგერითი ექსტრაქცია (UAE) იძლევა კოლოიდური მინარევების უფრო დაბალ კონცენტრაციას (განსაკუთრებით პექტინების) და უზრუნველყოფს საქაროზის უფრო მაღალ გამოსავლიანობას (94,0±0,15%). მიღებული წვენის სიწმინდე მაღალია (92,6±0,11%). (იხ. Fu et al., 2013)
ვინაიდან შაქრის საწარმოები უკვე აღჭურვილია ტრადიციული წინაღმდინარე ექსტრაქციის კოლონებით, უპირატესობა, როგორც წესი, ენიჭება სინერგიული ულტრაბგერითი დამუშავების არსებულ დანადგარებთან გაერთიანებას. საქაროზის ულტრაბგერითი ექსტრაქციის ხარჯებისა და დროის მხრივ მაქსიმალურად ეფექტურად გამოსაყენებლად, ულტრაბგერითი ექსტრაქცია შეიძლება დაინერგოს როგორც სინერგიული დამუშავება ტრადიციული წინაღმდინარე ნაკადის ექსტრაქციის წინ, მის დროს ან მის შემდეგ. ვინაიდან ულტრაბგერითი დამუშავება არღვევს შაქრის ჭარხლის უჯრედებს და ათავისუფლებს მათგან საქაროზას, წინაღმდინარე ნაკადით დამუშავების ხანგრძლივობა შეიძლება შემცირდეს, ხოლო საქაროზის გამოსავლიანობა გაიზარდოს.
- გაჩქარებული პროცესი
- უფრო მაღალი გამოსავლიანობა
- პროცესის ინტენსიფიკაცია
- სინერგისტული ეფექტები წინაღმდინარე სისტემებთან
- მარტივი რეტროფიტი
- მარტივი ტესტირება
- ლინეარული მასშტაბირება
- ტექნიკური მომსახურების მცირე საჭიროება
- სწრაფი RoI
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ექსტრაქტორები
Hielscher Ultrasonics-ის ექსტრაქციის სისტემები მთელ მსოფლიოში გამოიყენება კვების და ფარმაცევტულ მრეწველობაში მაღალი ხარისხის ექსტრაქტების კომერციული წარმოებისთვის, რომლებიც გამოიყენება როგორც საკვები პროდუქტები, საკვები დანამატები ან ფარმაცევტული პრეპარატები. გსურთ ულტრაბგერითი დამუშავების პარამეტრების გამოცდა და ოპტიმიზაცია ლაბორატორიულ მაგიდაზე განთავსებული მოწყობილობით თუ საწარმოო ხაზში სრულად სამრეწველო ულტრაბგერითი ექსტრაქციის სისტემის დაყენება, Hielscher Ultrasonics-ს თქვენთვის შესაფერისი ულტრაბგერითი ექსტრაქციის დანადგარი აქვს. მცირე გაბარიტები და მონტაჟის მოქნილი ვარიანტები იძლევა არსებულ სისტემაში ინტეგრირების საშუალებას შეზღუდული სივრცის მქონე საწარმოშიც კი.
პროცესის სტანდარტიზაცია Hielscher Ultrasonics-თან ერთად
სურსათისთვის განკუთვნილი პროდუქტები უნდა იწარმოებოდეს კარგი საწარმოო პრაქტიკის (GMP) შესაბამისად და დამუშავების სტანდარტიზებული სპეციფიკაციების დაცვით. Hielscher Ultrasonics-ის ციფრული ექსტრაქციის სისტემები აღჭურვილია ინტელექტუალური პროგრამული უზრუნველყოფით, რაც აადვილებს ულტრაბგერითი დამუშავების პროცესის ზუსტად დაყენებას და კონტროლს. მონაცემთა ავტომატური ჩაწერის ფუნქცია ჩაშენებულ SD-ბარათზე თარიღისა და დროის აღნიშვნით ინახავს ულტრაბგერითი პროცესის ყველა პარამეტრს, როგორიცაა ულტრაბგერითი ენერგია (ჯამური და ნეტო ენერგია), ამპლიტუდა, ტემპერატურა და წნევა (როდესაც ტემპერატურისა და წნევის სენსორები დამონტაჟებულია). ეს საშუალებას გაძლევთ გადაამოწმოთ თითოეული ულტრაბგერით დამუშავებული პარტიის მონაცემები. ამავდროულად, უზრუნველყოფილია შედეგების განმეორებადობა და პროდუქტის მუდმივად მაღალი ხარისხი.
Hielscher Ultrasonics-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ ძალიან მაღალი ამპლიტუდების უზრუნველყოფა. 200µm-მდე ამპლიტუდით უწყვეტი მუშაობა მარტივად არის შესაძლებელი 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად შექმნილი ულტრაბგერითი სონოტროდები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატურის გამძლეობა უზრუნველყოფს 24/7 რეჟიმში მუშაობას დიდი დატვირთვითა და რთულ გარემო პირობებში.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების შესაძლებლობებზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით კითხვა!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ლაბორატორიულიდან საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბამდე.
ლიტერატურა / რეფერენსები
- 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.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
შაქრის წარმოება
საქაროზა, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც სუფრის შაქარი, ძირითადად მიიღება შაქრის ლერწმისა და შაქრის ჭარხლისგან (Beta vulgaris). შაქარი, ანუ საქაროზა, გამოიყოფა ჭარხლიდან ცხელი წყლის გამოყენებით მრავალსაფეხურიანი პროცესის დროს, რომლის ფარგლებშიც ნედლი შაქრის წვენი მიიღება ცხელი წყლით დიფუზიის გზით წინაღმდინარე ნაკადის სისტემაში. შემდეგ შაქრის წვენი კონცენტრირდება ვაკუუმის პირობებში, რასაც მოსდევს ციკლური რეცხვა და საბოლოოდ შრობა.
მოსავლის აღების შემდეგ, ჭარხლის ფესვები გადააქვთ შაქრის გადამამუშავებელ ქარხანაში, სადაც ჭარხლები ირეცხება და შემდეგ მექანიკურად იჭრება თხელ ნაჭრებად, რომლებსაც ეწოდებათ კოსეტები. კოსეტები შედის უკუმიმართული ნაკადის ექსტრაქციის სისტემაში. უკუმიმართული სისტემა მუშაობს დიფუზიის პრინციპით და შაქრის შემცველობას ამოიღებს კოსეტებიდან ცხელ წყალში.
წინაღმდინარე დიფუზიის სისტემები არის გრძელი რეაქტორები ან რამდენიმე მეტრი სიმაღლის კოშკები / კოლონები, სადაც კოსეტები მოძრაობენ ერთი მიმართულებით (ზევით), ხოლო ცხელი წყალი მოძრაობს საპირისპირო მიმართულებით (ქვევით). თანამედროვე კოშკური ექსტრაქციის ქარხნებს შეუძლიათ დღეში 17,000 მეტრულ ტონამდე მასალის დამუშავება. კოსეტების ტიპური დაყოვნების დრო წინაღმდინარე კოლონაში დაახლოებით 90 წთ-ია, მაშინ როცა წყალი დიფუზიის კოლონაში მხოლოდ 45 წთ რჩება. წინაღმდინარე ნაკადის სისტემების მთავარი უპირატესობა არის წყლის შემცირებული მოხმარება ცხელი წყლის რეაქტორში შაქრის ჭარხლის მაცერაციასთან შედარებით. შაქრის წვენის ხსნარს, რომელიც მიიღება წინაღმდინარე დიფუზიის სისტემაში, ეწოდება ნედლი წვენი. ნედლი წვენის ფერი შეიძლება მერყეობდეს შავიდან მუქ წითლამდე მისი დაჟანგვის ხარისხის მიხედვით.
გამოყენებული კოსეტები ტოვებენ დიფუზიის სისტემას როგორც მასა დაახლოებით 95% ტენიანობით, მაგრამ დაბალი საქაროზის შემცველობით.
ტენიანი მასა იწურება შნეკური პრესით დაახლოებით 75% ტენიანობამდე, რათა მისგან გამოიყოს დარჩენილი საქაროზა.
დარჩენილი მასა შრება და ძირითადად გამოიყენება როგორც საკვები ცხოველებისთვის.
კარბონატაცია გამოიყენება ნედლი წვენიდან მინარევების მოსაშორებლად, სანამ ის შაქრის კრისტალებად დალექვას დაექვემდებარება. ამიტომ ნედლი წვენი ერევა ცხელ კირის რძეს, ანუ კალციუმის ჰიდროქსიდის სუსპენზიას წყალში. კარბონატაციის დროს მინარევები, როგორიცაა სულფატები, ფოსფატები, ციტრატი და ოქსალატები, ილექება. ისინი ილექებიან კალციუმის მარილებისა და უფრო დიდი ორგანული მოლეკულების სახით, მაგალითად, ცილები, პექტინები და საპონინები. გარდა ამისა, ტუტე pH მნიშვნელობა გარდაქმნის მარტივ შაქრებს გლუკოზასა და ფრუქტოზას ამინომჟავა გლუტამინთან ერთად ქიმიურად სტაბილურ კარბონმჟავებად, რომლებიც მოგვიანებით შეიძლება მოცილდეს ფილტრაციის გზით, რადგან ეს მოლეკულები შეაფერხებდნენ კრისტალიზაციას.
შემდეგ საპროცესო ეტაპზე ნახშირორჟანგი ბუშტუკების სახით გაივლის ტუტე შაქრის ხსნარში, რაც იწვევს კირის დალექვას კალციუმის კარბონატის სახით. კალციუმის კარბონატის ნაწილაკები აკავშირებენ ზოგიერთ მინარევს. მძიმე ნაწილაკები ლაგდება რეზერვუარში და შეიძლება მოცილდეს ფილტრაციის გზით. ამ გასუფთავებისა და გაწმენდის ეტაპების შემდეგ მიიღება ე.წ. თხელი წვენი. თხელი წვენი შეიძლება დამუშავდეს კალცინირებული სოდით pH მნიშვნელობის დასარეგულირებლად, ასევე გოგირდზე დაფუძნებული ნაერთით შეფერილობის შესამცირებლად, რომელიც შეიძლება წარმოიქმნას მონოსაქარიდების თერმული დაშლის შედეგად.
აორთქლება გამოიყენება თხელი წვენის კონცენტრირებისთვის მრავალეფექტიანი აორთქლების სისტემების გამოყენებით, რათა თხელი წვენი გადაიქცეს სქელ წვენად. სქელ წვენს აქვს დაახლოებით 60% საქაროზა წონით.
საბოლოო ეტაპზე სქელი წვენი მუშავდება კრისტალიზატორებში. რეციკლირებული შაქრის დამატებითა და გახსნით წარმოიქმნება ე.წ. დედის ხსნარი. დედის ხსნარი კიდევ უფრო კონცენტრირდება ვაკუუმში დუღილით დიდ ჭურჭელში, რომლებიც ცნობილია როგორც ვაკუუმის აპარატები, და ძალიან წვრილი შაქრის კრისტალები ემატება როგორც დასათესი წერტილები. ეს კრისტალები იზრდება, რადგან შაქარი დედის ხსნარიდან მათ გარშემო წარმოიქმნება. მიღებული შაქრის კრისტალის / სიროფის ნარევი ეწოდება მასეკუტი, ფრანგული ტერმინი, რაც ნიშნავს „მოხარშულ მასას“. მასეკუტი შედის ცენტრიფუგაში, სადაც „მაღალი მწვანე სიროფი“ მასეკუტიდან მოცილდება ცენტრიფუგალური ძალით. ცენტრიფუგირების შემდეგ ცენტრიფუგაში წყალი შეისხურება შაქრის კრისტალების გასარეცხად, რაც წარმოქმნის ე.წ. „დაბალ მწვანე სიროფს“. ცენტრიფუგა შემდეგ ბრუნავს ძალიან მაღალ სიჩქარეზე კრისტალების ნაწილობრივი შრობისთვის. როდესაც ცენტრიფუგა ანელებს ბრუნვას, შაქარი იფხიკება ცენტრიფუგის კედლებიდან სატრანსპორტო სისტემაზე, რომელიც შაქარს გადააქვს მბრუნავ გრანულატორში, სადაც ის შრება თბილი ჰაერით. მშრალი, სუფთა შაქრის კრისტალები მზადაა გასაყიდად რეფინერებში ან საკვები პროდუქტების მწარმოებლებში შემდგომი დამუშავების ან გამოყენებისთვის.