Sugar Beet Cossettes에서 설탕의 초음파 추출
초음파 추출은 사탕무 코세트에서 추출 된 자당의 수율을 향상시키고 추출 공정 기간을 크게 줄입니다. 초음파 처리는 추출 효율을 향상시키기 위해 현재의 역류 흐름 추출 기술과 쉽게 결합 할 수있는 간단하고 안전한 기술입니다.
초음파 사탕무 Cossette 추출
초음파 보조 추출은 음향 또는 초음파 캐비테이션의 작동 원리를 기반으로 합니다. 초음파로 유도된 캐비테이션에 의해 생성되는 기계적 효과는 초음파 작용과 세포벽의 파괴를 유발하여 세포 내부에 갇힌 분자의 투과성을 증가시킵니다. 캐비테이션으로 인한 액체 흐름 및 미세 난류는 추출 공정의 질량 전달을 개선하여 자당 및 기타 분자가 용매, 즉 물로 전달됩니다.
초음파기 UIP4000hdT 산업용 사탕무 추출용.
- 초음파 전처리 (역류 타워 이전)
- 역류 추출 중 초음파 처리
- 초음파 후처리 (역류 타워 후)
기존 추출 시설, 생산 목표 및 사용 가능한 공간에 따라 초음파 처리는 역류 흐름 추출 중뿐만 아니라 사전 또는 사후 처리로 쉽게 개조 할 수 있습니다.
Sugar Beet Cossettes의 초음파 전처리
사탕무 코세트의 초음파 전처리는 공정 강화 기술입니다. 초음파 추출기는 주로 사탕무 추출에 사용되는 역류 흐름 추출 타워와 쉽게 결합할 수 있습니다. 사탕무 코세트가 역류 추출 시스템에 들어가기 전에 짧은 초음파 처리는 세포벽을 파괴하고 여는 데 도움이 됩니다. 초음파는 용매 (즉, 물)와 사탕무 코세트 사이의 질량 전달을 촉진하여 자당과 같은 세포 내 분자가 세포 내부에서 용매로 전달되도록합니다. 사탕무 코세트의 초음파 전처리는 역류 흐름 컬럼에서 자당 추출을 촉진하고 가속화합니다.
사탕무 코세트 샘플의 SEM (200×)은 추출 시간을 다르게 하기 위해 50 ° C에서 400W로 초음파 처리되었습니다. A) 코세트 추출의 역류 흐름; B) 아랍 에미리트 연합 (UAE) 후 10 분; C) 아랍 에미리트 연합 (UAE) 후 20 분; D) 아랍 에미리트 연합 (UAE) 후 40 분. 초음파 추출은 세포벽을 파괴하고 세포 내 물질을 방출합니다.
(©Fu et al., 2013)
초음파와 역류 추출의 비교
Fu et al. (2013)은 전통적인 역류 흐름 추출과 사탕무 코세트에서 자당의 초음파 추출을 비교했습니다. 연구 결과에 따르면 초음파 처리는 우수한 순도의 더 높은 수율을 가져 왔으며 추출 시간은 70 분 (역류)에서 40 분 (초음파 처리)으로 크게 단축되었습니다. 초음파 보조 추출 (UAE)은 콜로이드 불순물 농도 (특히 펙틴)를 낮추고 더 높은 자당 수율 (94.0 ± 0.15 %)을 제공합니다. 고순도 (92.6±0.11 %)의 추출 주스. (Fu et al., 2013 참조)
설탕 생산 시설에는 이미 기존의 역류 추출 타워가 장착되어 있기 때문에 기존 설비와 시너지 효과 론적 초음파 처리의 조합이 일반적으로 선호됩니다. 가장 비용 및 시간 효율적인 방식으로 초음파 자당 추출을 적용하기 위해, 초음파 추출은 기존의 역류 흐름 추출 전, 도중 또는 후에 시너지 처리로 설치할 수 있습니다. 초음파 처리가 사탕무 세포를 파괴하고 세포에서 자당을 방출함에 따라 역류 흐름 처리의 지속 시간을 줄일 수 있으며 자당 수율은 향상됩니다.
- 프로세스 가속화
- 더 높은 수율
- 공정 강화
- 역류 시스템을 통한 시너지 효과
- 간편한 레트로 피팅
- 간단한 테스트
- 선형 확장성
- 낮은 유지 보수
- 빠른 ROI
고성능 초음파 추출기
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.
Hielscher 초음파를 사용한 공정 표준화
식품 등급 제품은 우수 제조 관리 기준(GMP)과 표준화된 처리 사양에 따라 생산되어야 합니다. 히엘셔 초음파’ 디지털 추출 시스템에는 지능형 소프트웨어가 함께 제공되므로 초음파 처리 공정을 정확하게 설정하고 제어할 수 있습니다. 자동 데이터 기록은 초음파 에너지(총 및 순 에너지), 진폭, 온도, 압력(온도 및 압력 센서가 장착된 경우)과 같은 모든 초음파 공정 파라미터를 내장된 SD 카드에 날짜 및 시간 스탬프와 함께 기록합니다. 이를 통해 초음파 처리된 각 로트를 수정할 수 있습니다. 동시에 재현성과 지속적으로 높은 제품 품질이 보장됩니다.
Hielscher Ultrasonics’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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문헌 / 참고문헌
- 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.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
설탕 생산
식용 설탕으로도 알려진 자당은 주로 사탕수수와 사탕무(Beta vulgaris)에서 생산됩니다. 설탕, 즉 자당은 다단계 공정에서 뜨거운 물을 사용하여 사탕무에서 추출되며, 원당 주스는 역류 흐름 시스템의 뜨거운 물 확산에서 추출됩니다. 그 후, 설탕 주스는 진공 상태에서 농축 된 다음 순환 세척 및 마지막으로 건조됩니다.
수확 후 사탕무 뿌리는 설탕 가공 공장으로 운반되어 사탕무를 세척한 다음 기계적으로 얇게 썬 조각으로 자르는데, 이른바 코세트(cossettes)라고 합니다. cossettes는 역류 교류 적출 체계에 먹여집니다. 역류 시스템은 확산에 의해 작동하며 코세트의 설탕 함량을 뜨거운 물로 방출합니다.
역류 확산 시스템은 코세트가 한 방향 (위쪽)으로 흐르고 온수는 반대 방향 (하류)으로 흐르는 수 미터의 긴 반응기 또는 높은 타워 / 기둥입니다. 현대식 타워 추출 공장은 하루에 최대 17,000미터톤의 처리 용량을 갖추고 있습니다. 역류 타워에서 코세트의 일반적인 체류 시간은 약 90분인 반면 물은 디퓨저 컬럼에서 45분만 남아 있습니다. 역류 흐름 시스템의 주요 장점은 온수 반응기에서 사탕무 침용과 비교할 때 물 사용량이 줄어든다는 것입니다. 역류 확산 시스템에서 생성되는 설탕 주스 용액을 생즙이라고 합니다. 생즙 색상은 산화 수준에 따라 검은색에서 짙은 빨간색까지 다양할 수 있습니다.
사용된 코세트는 약 95%의 수분을 함유하고 있지만 자당 함량이 낮은 펄프로 확산 시스템을 빠져나갑니다.
촉촉한 펄프는 스크류 프레스로 약 75%의 수분으로 압착되어 펄프에서 남아 있는 자당을 회수합니다.
나머지 펄프는 건조되어 주로 동물 사료로 사용됩니다.
탄산염화는 설탕 결정으로 침전되기 전에 원시 주스에서 불순물을 제거하기 위해 적용됩니다. 따라서 원즙은 석회의 뜨거운 우유, 즉 물에 수산화칼슘이 현탁액인 것과 혼합됩니다. 탄산화 중에는 황산염, 인산염, 구연산염 및 옥살산염과 같은 불순물이 침전됩니다. 그들은 칼슘 염과 더 큰 유기 분자 (예 : 단백질, 펙틴 및 사포닌)의 형태로 침전됩니다. 또한 알칼리성 pH 값은 아미노산 글루타민과 함께 단당 포도당 및 과당을 화학적으로 안정적인 카르복실산으로 변환하며, 이러한 분자는 결정화를 방해하기 때문에 나중에 여과를 통해 제거할 수 있습니다.
다음 공정 단계에서, 이산화탄소는 알칼리성 설탕 용액을 통해 거품을 일으켜 석회를 탄산칼슘으로 침전시킵니다. 탄산칼슘 입자는 일부 불순물과 결합합니다. 무거운 입자는 탱크에 가라앉고 여과를 통해 제거할 수 있습니다. 이러한 정화 및 세척 단계 후에 소위 묽은 주스가 얻어집니다. 묽은 주스는 pH 값을 조정하기 위해 소다회로 처리될 수 있을 뿐만 아니라 단당류의 열분해로 인해 발생할 수 있는 착색을 줄이기 위해 황 기반 화합물로 처리될 수 있습니다.
증발은 다중 효과 증발 시스템을 사용하여 얇은 주스를 농축하는 데 사용되어 얇은 주스가 두꺼운 주스로 변합니다. 걸쭉한 주스에는 약 60 %의 자당이 있습니다.
마지막 단계에서 걸쭉한 주스는 결정화기에서 처리됩니다. 재활용 설탕을 첨가하고 용해시킴으로써 소위 어머니 액체가 생산됩니다. 모액은 진공 팬으로 알려진 큰 용기의 진공 상태에서 끓여서 더욱 농축되며 매우 미세한 설탕 결정이 파종 지점으로 추가됩니다. 이 결정은 모액의 설탕이 주변에 형성됨에 따라 자랍니다. 생성 된 설탕 결정 / 시럽 혼합물은 massecuite라고 불리며, 이는 프랑스어 용어가 의미합니다. “조리된 질량”. 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.