Cukura ultraskaņas ekstrakcija no cukurbiešu kosetēm
Ultraskaņas ekstrakcija uzlabo ekstrahētās saharozes ražu no cukurbiešu kosetēm un ievērojami samazina ekstrakcijas procesa ilgumu. Ultraskaņas apstrāde ir vienkārša un droša tehnika, ko var viegli apvienot ar pašreizējo pretstrāvas plūsmas ekstrakcijas tehnoloģiju, lai uzlabotu ekstrakcijas efektivitāti.
Ultraskaņas cukurbiešu kasešu ekstrakcija
Ultraskaņas ekstrakcija ir balstīta uz akustiskās vai ultraskaņas kavitācijas darba principu. Mehāniskie efekti, ko rada ultrasoniski izraisīta kavitācija, izraisa sono-porāciju un šūnu sienu traucējumus, kas pēc tam palielina šūnu iekšpusē iekļuvušo molekulu caurlaidību. Kavitācijas izraisītas šķidruma plūsmas un mikroturbulences uzlabo ekstrakcijas procesa masas pārnesi, lai saharoze un citas molekulas tiktu pārnestas šķīdinātājā, t.i., ūdenī.
Ultrasonicator UIP4000hdT rūpniecisku cukurbiešu ekstrakcijai.
- Ultraskaņas pirmapstrāde (pirms pretstrāvas torņa)
- Ultraskaņas apstrāde pretplūsmas ekstrakcijas laikā
- Ultraskaņas pēcapstrāde (pēc pretstrāvas torņa)
Atkarībā no esošās ekstrakcijas iekārtas, ražošanas mērķiem un pieejamās telpas, ultraskaņu var viegli uzstādīt kā priekšapstrādi vai pēcapstrādi, kā arī pretplūsmas plūsmas ekstrakcijas laikā.
Cukurbiešu kasešu ultraskaņas pirmapstrāde
Cukurbiešu kosešu ultraskaņas pirmapstrāde ir procesa pastiprināšanas tehnika. Ultraskaņas nosūcējus var viegli kombinēt ar pretplūsmas plūsmas ekstrakcijas torņiem, kurus galvenokārt izmanto cukurbiešu ekstrakcijai. Īss cukurbiešu kosešu ultraskaņas savienojums, pirms tie nonāk pretstrāvas ekstrakcijas sistēmā, palīdz izjaukt un atvērt šūnu sienas. Ultrasonication veicina masas pārnesi starp šķīdinātāju (t.i., ūdeni) un biešu cossettes, lai intracelulārās molekulas, piemēram, saharoze, tiktu pārnestas no šūnu iekšpuses uz šķīdinātāju. Cukurbiešu kosešu ultraskaņas pirmapstrāde atvieglo un paātrina saharozes ekstrakciju pretstrāvas plūsmas kolonnā.
SEM (200×) cukurbiešu kasešu paraugi, kas apstrādāti ar ultraskaņu 400 W temperatūrā 50 ° C temperatūrā dažādos ekstrakcijas laikos. A) kasešu ekstrakcijas pretplūsmas plūsma; B) pēc AAE 10 min; C) pēc AAE 20 min; D) pēc AAE 40 min. Ultraskaņas ekstrakcija traucē šūnu sienas un atbrīvo intracelulāro materiālu.
(©Fu et al., 2013)
Ultraskaņas un pretstrāvas ekstrakcijas salīdzinājums
(2013) salīdzināja tradicionālo pretstrāvas plūsmas ekstrakciju ar saharozes ultraskaņas ekstrakciju no cukurbiešu kosetes. Pētījuma rezultāti parādīja, ka ultraskaņas apstrāde radīja lielāku augstākās tīrības ražu, bet ekstrakcijas laiks tika ievērojami samazināts no 70 minūtēm (pretplūsma) līdz 40 minūtēm (ultraskaņas apstrāde). Ultrasoniski atbalstīta ekstrakcija (AAE) rada zemāku koloidālo piemaisījumu koncentrāciju (īpaši pektīnus) un dod lielāku saharozes ražu (94,0±0,15%). Ekstrahētā sula ar augstu tīrības pakāpi (92,6±0,11%). (sal. ar Fu et al., 2013)
Tā kā cukura ražošanas iekārtas jau ir aprīkotas ar parastajiem pretplūsmas ekstrakcijas torņiem, parasti priekšroka tiek dota sinerģiskas ultraskaņas kombinācijai ar esošo iekārtu. Lai piemērotu ultraskaņas saharozes ekstrakciju visrentablākajā veidā, ultraskaņas ekstrakciju var uzstādīt kā sinerģisku apstrādi pirms parastās pretstrāvas plūsmas ekstrakcijas, tās laikā vai pēc tās. Tā kā ultraskaņas apstrāde izjauc cukurbiešu šūnas un atbrīvo saharozi no šūnām, pretplūsmas plūsmas apstrādes ilgumu var samazināt, kamēr saharozes raža tiek uzlabota.
- Paātrināts process
- augstākas ražas
- procesa intensifikācija
- Sinerģiskie efekti w / pretplūsmas sistēmas
- viegla retro montāža
- Vienkārša testēšana
- lineārā mērogojamība
- zema apkope
- Ātra IA
Augstas veiktspējas ultraskaņas nosūcēji
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.
Procesu standartizācija ar Hielscher Ultrasonics
Pārtikas produktiem jābūt ražotiem saskaņā ar labu ražošanas praksi (LRP) un standartizētām pārstrādes specifikācijām. Hielscher Ultrasonics’ digitālās ekstrakcijas sistēmas ir aprīkotas ar inteliģentu programmatūru, kas ļauj viegli iestatīt un precīzi kontrolēt sonikācijas procesu. Automātiska datu ierakstīšana ieraksta visus ultraskaņas procesa parametrus, piemēram, ultraskaņas enerģiju (kopējo un tīro enerģiju), amplitūdu, temperatūru, spiedienu (ja ir uzstādīti temperatūras un spiediena sensori) ar datuma un laika zīmogu uz iebūvētās SD kartes. Tas ļauj pārskatīt katru ultraskaņas apstrādāto partiju. Vienlaikus tiek nodrošināta reproducējamība un pastāvīgi augsta produkta kvalitāte.
Hielscher Ultrasonics’ Rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj 24/7 darboties lieljaudas režīmā un prasīgā vidē.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Augstas jaudas ultraskaņas homogenizatori no Lab līdz pilots un Rūpniecības mērogs.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Fakti, kurus ir vērts zināt
cukura ražošana,
Saharoze, kas pazīstama arī kā galda cukurs, galvenokārt tiek ražota no cukurniedrēm un cukurbietēm (Beta vulgaris). Cukurs, t.i., saharoze, tiek iegūts no bietēm, izmantojot karstu ūdeni daudzpakāpju procesā, kur jēlcukura sulu ekstrahē karstā ūdens difūzijā pretplūsmas plūsmas sistēmā. Pēc tam cukura sulu koncentrē vakuumā, kam seko cikliska mazgāšana un visbeidzot žāvēšana.
Pēc ražas novākšanas biešu saknes tiek transportētas uz cukura pārstrādes rūpnīcu, kur bietes mazgā un pēc tam mehāniski sagriež plānās šķēlītēs, tā sauktajās cossettes. Kosetes tiek ievadītas pretplūsmas plūsmas ekstrakcijas sistēmā. Pretplūsmas sistēma darbojas difūzijas ceļā un izskalo cukura saturu no kosetēm karstā ūdenī.
Pretplūsmas difūzijas sistēmas ir gari reaktori vai augsti torņi / kolonnas vairāku metru garumā, kuros kosetes plūst vienā virzienā (uz augšu), bet karstais ūdens plūst pretējā virzienā (lejup pa straumi). Mūsdienu torņu ieguves rūpnīcu pārstrādes jauda ir līdz 17 000 metriskām tonnām dienā. Tipiskais kosešu aiztures laiks pretstraumes tornī ir aptuveni 90 min., bet difuzora kolonnā ūdens paliek tikai 45 min. Pretplūsmas sistēmu galvenā priekšrocība ir samazināts ūdens patēriņš, salīdzinot ar cukurbiešu macerāciju karstā ūdens reaktorā. Cukura sulas šķīdumu, kas tiek ražots pretstrāvas difūzijas sistēmā, sauc par neapstrādātu sulu. Neapstrādātas sulas krāsa var mainīties no melnas līdz tumši sarkanai atkarībā no tās oksidācijas līmeņa.
Izlietotās kosetes iziet no difūzijas sistēmas kā celuloze ar aptuveni 95% mitruma, bet zemu saharozes saturu.
Mitro celulozi nospiež ar skrūves presi līdz aptuveni 75% mitrumam, lai atgūtu atlikušo saharozi no celulozes.
Atlikušo celulozi žāvē un izmanto galvenokārt kā dzīvnieku barību.
Karbonatācija tiek veikta, lai noņemtu piemaisījumus no neapstrādātas sulas, pirms to var nogulsnēt uz cukura kristāliem. Tāpēc neapstrādāto sulu sajauc ar karstu kaļķa pienu, t.i., kalcija hidroksīda suspensiju ūdenī. Karbonizācijas laikā nogulsnējas tādi piemaisījumi kā sulfāti, fosfāti, citrāts un oksalāti. Tie izgulsnējas kalcija sāļu un lielāku organisko molekulu veidā , piemēram, olbaltumvielas, pektīni un saponīni. Turklāt sārmainā pH vērtība vienkāršos cukurus glikozi un fruktozi kopā ar aminoskābi glutamīnu pārvērš ķīmiski stabilās karboksilskābēs, kuras vēlāk var atdalīt, filtrējot, jo šīs molekulas traucētu kristalizāciju.
Nākamajā procesa posmā oglekļa dioksīds tiek burbuļots caur sārmainā cukura šķīdumu, izgulsnējot kaļķi kā kalcija karbonātu. Kalcija karbonāta daļiņas saistās ar dažiem piemaisījumiem. Smagās daļiņas nosēžas tvertnē, un tās var noņemt, filtrējot. Pēc šiem attīrīšanas un tīrīšanas pasākumiem iegūst tā saukto plāno sulu. Plāno sulu var apstrādāt ar nātrija karbonātu, lai koriģētu pH vērtību, kā arī ar sēra bāzes savienojumu, lai samazinātu krāsojumu, kas var rasties monosaharīdu termiskās sadalīšanās dēļ.
Iztvaikošanu izmanto, lai koncentrētu plāno sulu, izmantojot vairāku efektu iztvaikošanas sistēmas, lai plānā sula pārvērstos biezā sulā. Biezajā sulā pēc svara ir aptuveni 60% saharozes.
Pēdējā solī biezu sulu apstrādā kristalizatoros. Pievienojot un izšķīdinot pārstrādātu cukuru, tiek ražots tā sauktais mātes šķīdums. Mātes šķīdumu koncentrē tālāk, vārot vakuumā lielos traukos, kas pazīstami kā vakuuma pannas, un kā sēšanas punktus pievieno ļoti smalkus cukura kristālus. Šie kristāli aug kā cukurs no mātes šķīduma, kas veidojas ap tiem. Iegūto cukura kristāla / sīrupa maisījumu sauc par massecuite, franču termins wich nozīmē “vārīta masa”. 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.