Ultrasone extractie van suiker uit suikerbietcossetten
Ultrasone extractie verhoogt de opbrengst van geëxtraheerde sacharose uit suikerbietcossetten en verkort de duur van het extractieproces aanzienlijk. Sonificatie is een eenvoudige en veilige techniek die gemakkelijk gecombineerd kan worden met de huidige tegenstroomextractietechnologie om de extractie-efficiëntie te verbeteren.
Ultrasone suikerbiet cossettextractie
Ultrasone extractie is gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische of ultrasone cavitatie. De mechanische effecten, die worden gegenereerd door ultrasoon geïnduceerde cavitatie, veroorzaken sono-verdamping en verstoring van de celwanden, wat vervolgens de permeabiliteit verhoogt van moleculen die in de cel zitten. Door cavitatie veroorzaakte vloeistofstromingen en microturbulenties verbeteren de massaoverdracht van het extractieproces, zodat sacharose en andere moleculen worden overgedragen naar het oplosmiddel, d.w.z. water.
Ultrasone UIP4000hdT voor industriële suikerbietwinning.
- Ultrasone voorbehandeling (vóór tegenstroomtoren)
- Sonificatie tijdens tegenstroom-extractie
- Ultrasone nabehandeling (na tegenstroomtoren)
Afhankelijk van de bestaande extractiefaciliteit, productiedoelen en beschikbare ruimte, kan sonificatie eenvoudig achteraf worden ingebouwd als voor- of nabehandeling en tijdens tegenstroomextractie.
Ultrasone voorbehandeling van suikerbietcossetten
Ultrasone voorbehandeling van suikerbietcossetten is een procesintensieve techniek. Ultrasone extractors kunnen gemakkelijk gecombineerd worden met tegenstroom-extractietorens, die voornamelijk gebruikt worden voor de extractie van suikerbieten. Een korte sonificatie van de suikerbietcossettes voordat ze het tegenstroomextractiesysteem ingaan, helpt om de celwanden te verstoren en te openen. Ultrasoonbehandeling bevordert de massaoverdracht tussen het oplosmiddel (d.w.z. water) en de bietcossetten, zodat de intracellulaire moleculen zoals sucrose worden overgedragen van de celinhoud naar het oplosmiddel. De ultrasone voorbehandeling van bietensnippers vergemakkelijkt en versnelt de sucrose-extractie in de tegenstroomkolom.
SEM (200×) van monsters van suikerbietcossettes, gesoneerd bij 400 W bij 50°C gedurende verschillende extractietijden. A) tegenstroom van de cossettenextractie; B) na UAE gedurende 10 min; C) na UAE gedurende 20 min; D) na UAE gedurende 40 min. Ultrasone extractie verstoort de celwanden en maakt het intracellulaire materiaal vrij.
(©Lu et al., 2013)
Vergelijking van ultrasone vs tegenstroomextractie
Fu et al. (2013) vergeleken de traditionele tegenstroom-extractie met ultrasone extractie van sacharose uit suikerbietcossette. De resultaten van het onderzoek toonden aan dat sonicatie resulteerde in een hogere opbrengst van superieure zuiverheid, terwijl de extractietijd aanzienlijk werd verkort van 70 min. (tegenstroom) tot 40 min. (sonicatie). Ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) resulteert in een lagere colloïdale onzuiverheidsconcentratie (vooral pectines) en geeft een hogere sacharoseopbrengst (94,0±0,15%). Het geëxtraheerde sap heeft een hoge zuiverheid (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Aangezien suikerproductie-installaties al zijn uitgerust met conventionele tegenstroom-extractietorens, wordt over het algemeen de voorkeur gegeven aan de combinatie van synergistische sonificatie met de bestaande installatie. Om ultrasone sacharose-extractie op de meest kosten- en tijdefficiënte manier toe te passen, kan ultrasone extractie worden geïnstalleerd als synergetische behandeling voor, tijdens of na conventionele tegenstroomextractie. Omdat sonicatie de suikerbietcellen verstoort en de sacharose uit de cellen vrijmaakt, kan de duur van de tegenstroombehandeling worden verkort, terwijl de sacharoseopbrengst wordt verhoogd.
- Versneld proces
- hogere opbrengsten
- procesintensivering
- Synergetische effecten met tegenstroomsystemen
- eenvoudige installatie achteraf
- Eenvoudig testen
- lineaire schaalbaarheid
- gering onderhoud
- Snelle ROI
Ultrasone afzuigers met hoge prestaties
De extractiesystemen van Hielscher Ultrasonics worden wereldwijd gebruikt in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie voor de commerciële productie van hoogwaardige extracten die worden gebruikt als voedingsmiddelen, voedingssupplementen of geneesmiddelen. Of u nu ultrasone verwerkingsparameters wilt testen en optimaliseren op bench-top niveau of een volledig industrieel ultrasoon extractiesysteem wilt installeren voor inline productie, Hielscher Ultrasonics heeft de geschikte ultrasone extractieopstelling voor u. Een kleine voetafdruk en flexibele installatieopties maken retro-installatie mogelijk, zelfs in een overvolle verwerkingsfaciliteit.
Processtandaardisatie met Hielscher Ultrasonics
Levensmiddelenproducten moeten worden geproduceerd volgens Good Manufacturing Practices (GMP) en gestandaardiseerde verwerkingsspecificaties. De digitale extractiesystemen van Hielscher Ultrasonics worden geleverd met intelligente software, waarmee het sonicatieproces eenvoudig en nauwkeurig kan worden ingesteld en geregeld. Automatische gegevensregistratie schrijft alle ultrasone procesparameters zoals ultrasone energie (totale en netto energie), amplitude, temperatuur, druk (wanneer temp- en druksensoren zijn gemonteerd) met datum- en tijdstempel op de ingebouwde SD-kaart. Hierdoor kunt u elk ultrasoon verwerkt lot reviseren. Tegelijkertijd worden reproduceerbaarheid en een continu hoge productkwaliteit gegarandeerd.
Hielscher Ultrasonics’ Industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden verkrijgbaar. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
Krachtige ultrasone homogenisatoren van lab naar piloot en industrieel schaal.
Literatuur / Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
suikerproductie
Sucrose, ook bekend als tafelsuiker, wordt voornamelijk geproduceerd uit suikerriet en suikerbieten (Beta vulgaris). Suiker, d.w.z. sacharose, wordt uit bieten geëxtraheerd met heet water in een proces dat uit meerdere stappen bestaat, waarbij ruw suikersap wordt geëxtraheerd in een heetwaterdiffusie in een tegenstroomsysteem. Daarna wordt het suikersap geconcentreerd onder vacuüm, gevolgd door cyclisch wassen en ten slotte drogen.
Na de oogst worden de bieten naar de suikerverwerkingsfabriek vervoerd, waar de bieten worden gewassen en vervolgens mechanisch in dunne reepjes worden gesneden, de zogenaamde cossettes. De cossettes worden ingevoerd in een tegenstroom extractie systeem. Het tegenstroomsysteem werkt door diffusie en loogt de suiker uit de cossettes in heet water.
De tegenstroomdiffusiesystemen zijn lange reactoren of hoge torens/kolommen van enkele meters waarin de cossetten in één richting stromen (naar boven) terwijl het hete water in de tegenovergestelde richting stroomt (stroomafwaarts). Moderne torenextractiefabrieken hebben een verwerkingscapaciteit tot 17.000 ton per dag. De typische verblijftijd van cossetten in de tegenstroomtoren is ongeveer 90 minuten, terwijl het water slechts 45 minuten in de diffusorkolom blijft. Het belangrijkste voordeel van tegenstroomsystemen is het lagere waterverbruik in vergelijking met maceratie van suikerbieten in een heetwaterreactor. De suikersapoplossing die geproduceerd wordt in het tegenstroom diffusiesysteem wordt ruw sap genoemd. De kleur van het ruwe sap kan variëren van zwart tot donkerrood, afhankelijk van het oxidatieniveau.
De gebruikte cossettes verlaten het diffusiesysteem als pulp met ongeveer 95% vocht, maar een laag sacharosegehalte.
De vochtige pulp wordt geperst met een schroefpers tot ongeveer 75% vocht om de resterende sacharose uit de pulp terug te winnen.
De resterende pulp wordt gedroogd en voornamelijk gebruikt als diervoeder.
Carbonatatie wordt toegepast om onzuiverheden uit het ruwe sap te verwijderen voordat het kan worden geprecipiteerd tot suikerkristallen. Daarom wordt het ruwe sap gemengd met hete kalkmelk, d.w.z. een suspensie van calciumhydroxide in water. Tijdens het carbonateren slaan onzuiverheden zoals sulfaten, fosfaten, citraat en oxalaten neer. Ze slaan neer in de vorm van calciumzouten en grotere organische moleculen, zoals eiwitten, pectines en saponines. Bovendien zet de alkalische pH-waarde de eenvoudige suikers glucose en fructose samen met het aminozuur glutamine om in chemisch stabiele carbonzuren, die later via filtratie kunnen worden verwijderd, omdat deze moleculen de kristallisatie zouden verstoren.
In de volgende processtap wordt kooldioxide door de alkalische suikeroplossing geblazen, waardoor de kalk neerslaat als calciumcarbonaat. De calciumcarbonaatdeeltjes binden sommige onzuiverheden. De zware deeltjes bezinken in de tank en kunnen via filtratie worden verwijderd. Na deze zuiverings- en reinigingsstappen wordt het zogenaamde dunne sap verkregen. Het dunne sap kan worden behandeld met natriumcarbonaat om de pH-waarde aan te passen en met een zwavelverbinding om de kleuring, die kan optreden door thermische ontleding van monosachariden, te verminderen.
Verdamping wordt gebruikt om het dunne sap te concentreren met behulp van verdampingssystemen met meerdere effecten, zodat het dunne sap verandert in een dik sap. Het diksap bevat ongeveer 60% sacharose in gewicht.
In de laatste stap wordt het dikke sap behandeld in kristallisatoren. Door gerecyclede suiker toe te voegen en op te lossen, wordt een zogenaamde moedervloeistof geproduceerd. De moedervloeistof wordt verder geconcentreerd door onder vacuüm te koken in grote vaten, die vacuümpannen worden genoemd, en er worden zeer fijne suikerkristallen toegevoegd als zaaipunten. Deze kristallen groeien als er suiker uit de moedervloeistof omheen wordt gevormd. Het suikerkristal/stroopmengsel dat zo ontstaat, wordt een massecuite genoemd, een Franse term die betekent “gekookte massa”. Het massecuiet wordt in een centrifuge gevoerd, waar de "High Green syrup" door middel van centrifugale kracht uit het massecuiet wordt verwijderd. Na het centrifugeren wordt er water in de centrifuge gespoten om de suikerkristallen te wassen, wat een zogenaamde "Laaggroene stroop" oplevert. De centrifuge draait dan op zeer hoge snelheden om de kristallen gedeeltelijk te drogen. Wanneer de centrifuge vertraagt, wordt de suiker van de centrifugewanden geschraapt en op een transportsysteem getransporteerd naar een rotatiegranulator waar het met warme lucht wordt gedroogd. De droge, schone suikerkristallen zijn klaar om verkocht te worden aan raffinaderijen of voedselproducenten voor verdere behandeling of gebruik.