Ultradźwiękowy ekstrakcji cukru z buraków cukrowych Cossettes
Ekstrakcja ultradźwiękowa zwiększa wydajność ekstrahowanej sacharozy z buraków cukrowych i znacznie skraca czas trwania procesu ekstrakcji. Sonikacja jest prostą i bezpieczną techniką, którą można łatwo połączyć z obecną technologią ekstrakcji przeciwprądowej w celu poprawy wydajności ekstrakcji.
Ultradźwiękowa ekstrakcja buraków cukrowych Cossette
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami opiera się na zasadzie działania kawitacji akustycznej lub ultradźwiękowej. Efekty mechaniczne, które są generowane przez kawitację indukowaną ultradźwiękami, powodują sono-porację i rozerwanie ścian komórkowych, co następnie zwiększa przepuszczalność cząsteczek uwięzionych we wnętrzu komórki. Kawitacyjnie wywołany strumień cieczy i mikroturbulencje poprawiają przenoszenie masy w procesie ekstrakcji, dzięki czemu sacharoza i inne cząsteczki są przenoszone do rozpuszczalnika, tj. wody.
Ultradźwiękowiec UIP4000hdT do przemysłowej ekstrakcji buraków cukrowych.
- Wstępna obróbka ultradźwiękowa (przed wieżą przeciwprądową)
- Sonikacja podczas ekstrakcji przeciwprądowej
- Ultradźwiękowa obróbka końcowa (po wieży przeciwprądowej)
W zależności od istniejącej instalacji ekstrakcyjnej, celów produkcyjnych i dostępnej przestrzeni, sonikację można łatwo zamontować jako obróbkę wstępną lub końcową, a także podczas ekstrakcji przeciwprądowej.
Ultradźwiękowa obróbka wstępna buraków cukrowych Cossettes
Ultradźwiękowa obróbka wstępna buraków cukrowych jest techniką intensyfikującą proces. Ekstraktory ultradźwiękowe można łatwo łączyć z przeciwprądowymi wieżami ekstrakcyjnymi, które są używane głównie do ekstrakcji buraków cukrowych. Krótka sonikacja buraków cukrowych przed wprowadzeniem ich do systemu ekstrakcji przeciwprądowej pomaga rozbić i otworzyć ściany komórkowe. Ultradźwięki sprzyjają przenoszeniu masy między rozpuszczalnikiem (tj. wodą) a burakami, dzięki czemu cząsteczki wewnątrzkomórkowe, takie jak sacharoza, są przenoszone z wnętrza komórki do rozpuszczalnika. Ultradźwiękowa obróbka wstępna buraków cukrowych ułatwia i przyspiesza ekstrakcję sacharozy w przeciwprądowej kolumnie przepływowej.
SEM (200×) próbek buraków cukrowych sonikowanych przy 400 W w temperaturze 50°C dla różnych czasów ekstrakcji. A) przeciwprądowy przepływ ekstrakcji cossettes; B) po UAE przez 10 min; C) po UAE przez 20 min; D) po UAE przez 40 min. Ekstrakcja ultradźwiękowa rozbija ściany komórkowe i uwalnia materiał wewnątrzkomórkowy.
(©Lu et al., 2013)
Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej i przeciwprądowej
Fu et al. (2013) porównali tradycyjną przeciwprądową ekstrakcję przepływową z ultradźwiękową ekstrakcją sacharozy z buraka cukrowego. Wyniki badania wykazały, że sonikacja skutkowała wyższą wydajnością o najwyższej czystości, podczas gdy czas ekstrakcji został znacznie skrócony z 70 minut (przeciwprąd) do 40 minut (sonikacja). Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) skutkuje niższym stężeniem zanieczyszczeń koloidalnych (zwłaszcza pektyn) i daje wyższą wydajność sacharozy (94,0±0,15%). Wyekstrahowany sok o wysokiej czystości (92,6±0,11%). (por. Fu et al., 2013)
Ponieważ urządzenia do produkcji cukru są już wyposażone w konwencjonalne przeciwprądowe wieże ekstrakcyjne, preferowane jest połączenie synergicznej sonikacji z istniejącą instalacją. W celu zastosowania ultradźwiękowej ekstrakcji sacharozy w sposób najbardziej efektywny pod względem kosztów i czasu, ekstrakcja ultradźwiękowa może być zainstalowana jako synergiczna obróbka przed, w trakcie lub po konwencjonalnej ekstrakcji przeciwprądowej. Ponieważ sonikacja rozbija komórki buraka cukrowego i uwalnia sacharozę z komórek, czas trwania przeciwprądowej obróbki przepływowej może zostać skrócony, podczas gdy wydajność sacharozy jest zwiększona.
- Przyspieszony proces
- Wyższe zyski
- intensyfikacja procesu
- Efekty synergiczne w systemach przeciwprądowych
- Łatwa modernizacja
- Proste testowanie
- liniowa skalowalność
- niskie koszty utrzymania
- Szybki zwrot z inwestycji
Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe
Systemy ekstrakcyjne firmy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym do komercyjnej produkcji wysokiej jakości ekstraktów stosowanych jako produkty spożywcze, suplementy diety lub farmaceutyki. Niezależnie od tego, czy chcesz przetestować i zoptymalizować parametry obróbki ultradźwiękowej na poziomie stołu stacjonarnego, czy też zainstalować w pełni przemysłowy system ekstrakcji ultradźwiękowej do produkcji inline, Hielscher Ultrasonics ma dla Ciebie odpowiednią konfigurację ekstrakcji ultradźwiękowej. Niewielkie rozmiary i elastyczne opcje instalacji pozwalają na modernizację nawet w zatłoczonym zakładzie przetwórczym.
Standaryzacja procesów dzięki Hielscher Ultrasonics
Produkty spożywcze powinny być wytwarzane zgodnie z Dobrymi Praktykami Wytwarzania (GMP) i zgodnie ze znormalizowanymi specyfikacjami przetwarzania. Cyfrowe systemy ekstrakcji firmy Hielscher Ultrasonics są wyposażone w inteligentne oprogramowanie, które ułatwia precyzyjne ustawianie i sterowanie procesem sonikacji. Automatyczne rejestrowanie danych zapisuje wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego, takie jak energia ultradźwiękowa (energia całkowita i netto), amplituda, temperatura, ciśnienie (gdy zamontowane są czujniki temperatury i ciśnienia) z datą i godziną na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na weryfikację każdej przetworzonej ultradźwiękowo partii. Jednocześnie zapewniona jest powtarzalność i stale wysoka jakość produktu.
Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
| Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
| b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Wysokiej mocy homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do pilot i Przemysł skala.
Literatura / Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
produkcja cukru
Sacharoza, znana również jako cukier stołowy, jest produkowana głównie z trzciny cukrowej i buraków cukrowych (Beta vulgaris). Cukier, tj. sacharoza, jest ekstrahowany z buraków przy użyciu gorącej wody w wieloetapowym procesie, w którym surowy sok cukrowy jest ekstrahowany w dyfuzji gorącej wody w przeciwprądowym systemie przepływu. Następnie sok cukrowy jest zagęszczany pod próżnią, po czym następuje cykliczne mycie i suszenie.
Po zbiorach korzenie buraków są transportowane do zakładu przetwórstwa cukru, gdzie buraki są myte, a następnie mechanicznie cięte na cienkie paski, tzw. cossettes. Cossettes są podawane do przeciwprądowego systemu ekstrakcji. System przeciwprądowy działa na zasadzie dyfuzji i wypłukuje zawartość cukru z buraków do gorącej wody.
Systemy dyfuzji przeciwprądowej to długie reaktory lub wysokie wieże/kolumny o wysokości kilku metrów, w których kossety przepływają w jednym kierunku (w górę), podczas gdy gorąca woda przepływa w przeciwnym kierunku (w dół). Nowoczesne wieżowe instalacje ekstrakcyjne mają zdolność przetwarzania do 17 000 ton metrycznych dziennie. Typowy czas retencji kostek w wieży przeciwprądowej wynosi ok. 90 minut, podczas gdy woda pozostaje tylko 45 minut w kolumnie dyfuzora. Główną zaletą systemów przepływu przeciwprądowego jest mniejsze zużycie wody w porównaniu do maceracji buraków cukrowych w reaktorze z gorącą wodą. Roztwór soku cukrowego wytwarzany w systemie dyfuzji przeciwprądowej nazywany jest sokiem surowym. Kolor soku surowego może wahać się od czarnego do ciemnoczerwonego w zależności od stopnia utlenienia.
Zużyte kostki opuszczają system dyfuzyjny w postaci pulpy o wilgotności ok. 95% i niskiej zawartości sacharozy.
Wilgotna pulpa jest prasowana za pomocą prasy ślimakowej do ok. 75% wilgotności w celu odzyskania pozostałej sacharozy z pulpy.
Pozostała pulpa jest suszona i wykorzystywana głównie jako pasza dla zwierząt.
Karbonatyzacja jest stosowana w celu usunięcia zanieczyszczeń z surowego soku przed jego wytrąceniem do kryształków cukru. Dlatego surowy sok jest mieszany z gorącym mlekiem wapiennym, tj. zawiesiną wodorotlenku wapnia w wodzie. Podczas karbonatyzacji wytrącają się zanieczyszczenia takie jak siarczany, fosforany, cytryniany i szczawiany. Wytrącają się one w postaci soli wapnia i większych cząsteczek organicznych, np. białek, pektyn i saponin. Dodatkowo, alkaliczna wartość pH przekształca cukry proste glukozę i fruktozę wraz z aminokwasem glutaminą w chemicznie stabilne kwasy karboksylowe, które można później usunąć poprzez filtrację, ponieważ cząsteczki te mogłyby zakłócać krystalizację.
W kolejnym etapie procesu dwutlenek węgla jest przepuszczany przez alkaliczny roztwór cukru, wytrącając wapno w postaci węglanu wapnia. Cząsteczki węglanu wapnia wiążą niektóre zanieczyszczenia. Ciężkie cząstki osadzają się w zbiorniku i mogą być usunięte poprzez filtrację. Po tych etapach oczyszczania i czyszczenia uzyskuje się tak zwany rzadki sok. Cienki sok może być traktowany sodą kalcynowaną w celu dostosowania wartości pH, a także związkiem na bazie siarki w celu zmniejszenia zabarwienia, które może wystąpić z powodu rozkładu termicznego monosacharydów.
Odparowanie jest wykorzystywane do zagęszczania rzadkiego soku przy użyciu systemów wielokrotnego odparowywania, dzięki czemu rzadki sok zamienia się w gęsty sok. Gęsty sok zawiera około 60% wagowych sacharozy.
Na ostatnim etapie gęsty sok jest poddawany obróbce w krystalizatorach. Poprzez dodanie i rozpuszczenie przetworzonego cukru wytwarzany jest tak zwany roztwór macierzysty. Nalewka macierzysta jest dalej zagęszczana poprzez gotowanie pod próżnią w dużych naczyniach, znanych jako patelnie próżniowe, a bardzo drobne kryształy cukru są dodawane jako punkty siewne. Kryształy te rosną, gdy cukier z ługu macierzystego tworzy się wokół nich. Powstała w ten sposób mieszanina kryształów cukru i syropu nazywana jest massecuite, co z francuskiego oznacza “gotowana masa”. Masa jest podawana do wirówki, gdzie "syrop High Green" jest usuwany z masy za pomocą siły odśrodkowej. Po odwirowaniu woda jest następnie rozpylana w wirówce w celu wypłukania kryształków cukru, co powoduje powstanie tak zwanego "syropu o niskiej zawartości zieleni". Następnie wirówka obraca się z bardzo dużą prędkością, aby częściowo wysuszyć kryształy. Gdy wirówka zwalnia, cukier jest zgarniany ze ścianek wirówki na system przenośników, który transportuje cukier do granulatora rotacyjnego, gdzie jest suszony ciepłym powietrzem. Suche, czyste kryształy cukru są gotowe do sprzedaży rafineriom lub producentom żywności w celu dalszej obróbki lub wykorzystania.