Extração ultra-sônica de açúcar de cossettes de beterraba sacarina
A extração por ultra-sons aumenta o rendimento da sacarose extraída das cossetes de beterraba sacarina e reduz significativamente a duração do processo de extração. A sonicação é uma técnica simples e segura, que pode ser facilmente combinada com a atual tecnologia de extração de fluxo em contracorrente, a fim de melhorar a eficiência da extração.
Extração ultra-sónica de cossetes de beterraba sacarina
A extração assistida por ultra-sons baseia-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica ou ultra-sónica. Os efeitos mecânicos, que são gerados pela cavitação induzida por ultra-sons, causam a sono-poração e a rutura das paredes celulares, o que subsequentemente aumenta a permeabilidade das moléculas aprisionadas no interior da célula. O fluxo de líquido e as micro-turbulências provocados pela cavitação melhoram a transferência de massa do processo de extração, de modo que a sacarose e outras moléculas são transferidas para o solvente, ou seja, a água.
Ultrassom UIP4000hdT para a extração industrial de beterraba sacarina.
- Pré-tratamento por ultra-sons (antes da torre de contracorrente)
- Sonicação durante a extração em contracorrente
- Pós-tratamento ultrassónico (após torre em contracorrente)
Dependendo da instalação de extração existente, dos objectivos de produção e do espaço disponível, a sonicação pode ser facilmente adaptada como pré ou pós-tratamento, bem como durante a extração em contracorrente.
Pré-tratamento ultrassónico de cossetes de beterraba sacarina
O pré-tratamento ultrassónico das cossetes de beterraba sacarina é uma técnica de intensificação do processo. Os extractores de ultra-sons podem ser facilmente combinados com torres de extração de fluxo em contracorrente, que são principalmente utilizadas para a extração de beterraba sacarina. Uma curta sonicação das cossetes de beterraba sacarina antes de entrarem no sistema de extração em contracorrente ajuda a romper e abrir as paredes celulares. Ultra-sons promove a transferência de massa entre o solvente (isto é, água) e cossettes beterraba, de modo que as moléculas intracelulares, tais como sacarose são transferidos a partir do interior da célula para o solvente. O pré-tratamento ultra-sônico de cossettes de beterraba sacarina facilita e acelera a extração de sacarose na coluna de fluxo de contra-corrente.
SEM (200×) de amostras de cossetes de beterraba sacarina sonicadas a 400 W a 50°C para diferentes tempos de extração. A) fluxo contracorrente de extração de cossetes; B) após UAE durante 10 min; C) após UAE durante 20 min; D) após UAE durante 40 min. A extração por ultra-sons rompe as paredes celulares e liberta o material intracelular.
(©Lu et al., 2013)
Comparação da extração por ultra-sons com a extração em contracorrente
Fu et al. (2013) compararam a extração tradicional de fluxo em contracorrente com a extração ultra-sónica de sacarose a partir de cossette de beterraba sacarina. Os resultados do estudo mostraram que a sonicação resultou em maior rendimento de pureza superior, enquanto o tempo de extração foi significativamente reduzido de 70 min. (Contracorrente) para 40 min. (Sonicação). A extração assistida por ultra-sons (UAE) resulta numa menor concentração de impurezas coloidais (especialmente pectinas), e dá um maior rendimento de sacarose (94,0 ± 0,15%). O sumo extraído é de elevada pureza (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Uma vez que as instalações de produção de açúcar já estão equipadas com torres de extração convencionais em contracorrente, a combinação da sonicação sinérgica com a instalação existente é geralmente favorecida. Para aplicar a extração de sacarose por ultra-sons da forma mais eficiente em termos de custos e de tempo, a extração por ultra-sons pode ser instalada como tratamento sinérgico antes, durante ou após a extração convencional em contracorrente. Como a sonicação perturba as células da beterraba sacarina e liberta a sacarose das células, a duração do tratamento de fluxo em contracorrente pode ser reduzida, ao mesmo tempo que o rendimento em sacarose é aumentado.
- Processo acelerado
- rendimentos mais elevados
- intensificação de processos
- Efeitos sinergéticos com sistemas de contracorrente
- fácil instalação posterior
- Testes simples
- escalabilidade linear
- Manutenção reduzida
- ROI rápido
Extractores ultra-sónicos de alto desempenho
Os sistemas de extração da Hielscher Ultrasonics são utilizados em todo o mundo na indústria alimentar e farmacêutica para a produção comercial de extractos de alta qualidade utilizados como produtos alimentares, suplementos dietéticos ou produtos farmacêuticos. Se você quiser testar e otimizar os parâmetros de processamento ultra-sônico no nível de bancada ou instalar um sistema de extração ultra-sônica totalmente industrial para a produção em linha, Hielscher Ultrasonics tem a configuração de extração ultra-sônica adequada para você. Uma pequena pegada e opções de instalação flexíveis permitem a montagem posterior, mesmo numa instalação de processamento abarrotada.
Padronização de processos com a Hielscher Ultrasonics
Os produtos de qualidade alimentar devem ser produzidos de acordo com as Boas Práticas de Fabrico (BPF) e com especificações de processamento normalizadas. Os sistemas de extração digital da Hielscher Ultrasonics são fornecidos com software inteligente, o que facilita a definição e o controlo preciso do processo de sonicação. O registo automático de dados grava todos os parâmetros do processo de ultra-sons, tais como a energia dos ultra-sons (energia total e líquida), a amplitude, a temperatura, a pressão (quando os sensores de temperatura e pressão estão montados) com carimbo de data e hora no cartão SD incorporado. Isto permite-lhe rever cada lote processado por ultra-sons. Ao mesmo tempo, é assegurada a reprodutibilidade e a alta qualidade contínua do produto.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
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Literatura / Referências
- 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.
Fatos, vale a pena conhecer
produção de açúcar
A sacarose, também conhecida como açúcar de mesa, é produzida principalmente a partir da cana-de-açúcar e da beterraba sacarina (Beta vulgaris). O açúcar, ou seja, a sacarose, é extraído da beterraba utilizando água quente num processo em várias etapas, em que o sumo de açúcar bruto é extraído numa difusão de água quente num sistema de fluxo em contracorrente. Posteriormente, o sumo de açúcar é concentrado sob vácuo, seguido de lavagem cíclica e, finalmente, de secagem.
Após a colheita, as raízes de beterraba são transportadas para a fábrica de transformação de açúcar, onde são lavadas e depois cortadas mecanicamente em tiras finas, as chamadas cossetes. As cossetes são introduzidas num sistema de extração em contracorrente. O sistema de extração em contracorrente funciona por difusão e liberta o teor de açúcar das cossetes para água quente.
Os sistemas de difusão em contracorrente são reactores longos ou torres/colunas altas de vários metros em que as cossetes fluem numa direção (para cima) enquanto a água quente flui na direção oposta (a jusante). As modernas instalações de extração em torre têm uma capacidade de processamento de até 17.000 toneladas métricas por dia. O tempo de retenção típico das cossetes na torre em contracorrente é de cerca de 90 minutos, enquanto a água permanece apenas 45 minutos na coluna difusora. A principal vantagem dos sistemas de fluxo em contracorrente é a redução do consumo de água quando comparado com a maceração da beterraba num reator de água quente. A solução de sumo de açúcar que é produzida no sistema de difusão em contracorrente é chamada de sumo bruto. A cor do sumo bruto pode variar entre o preto e o vermelho escuro, dependendo do seu nível de oxidação.
As cossetes gastas saem do sistema de difusão como pasta com cerca de 95% de humidade, mas com baixo teor de sacarose.
A polpa húmida é prensada com uma prensa de parafuso até atingir cerca de 75% de humidade para recuperar a sacarose restante da polpa.
A polpa restante é seca e utilizada principalmente como alimento para animais.
A carbonatação é aplicada para remover as impurezas do sumo cru antes de este poder ser precipitado em cristais de açúcar. Assim, o sumo cru é misturado com leite de cal quente, ou seja, uma suspensão de hidróxido de cálcio em água. Durante a carbonatação, precipitam impurezas como sulfatos, fosfatos, citratos e oxalatos. Precipitam sob a forma de sais de cálcio e de moléculas orgânicas maiores, por exemplo, proteínas, pectinas e saponinas. Além disso, o valor alcalino do pH converte os açúcares simples glucose e frutose, juntamente com o aminoácido glutamina, em ácidos carboxílicos quimicamente estáveis, que podem ser removidos posteriormente por filtração, uma vez que essas moléculas interfeririam com a cristalização.
Na etapa seguinte do processo, o dióxido de carbono é borbulhado através da solução alcalina de açúcar, precipitando a cal como carbonato de cálcio. As partículas de carbonato de cálcio aglutinam algumas impurezas. Após estas etapas de purificação e limpeza, obtém-se o chamado sumo fino. O sumo fino pode ser tratado com carbonato de sódio para ajustar o valor do pH, bem como com um composto à base de enxofre para reduzir a coloração, que pode ocorrer devido à decomposição térmica dos monossacáridos.
A evaporação é utilizada para concentrar o sumo fino utilizando sistemas de evaporação de efeito múltiplo, de modo a que o sumo fino se transforme num sumo espesso. O sumo espesso tem cerca de 60% de sacarose em peso.
Na fase final, o sumo espesso é tratado em cristalizadores. Ao adicionar e dissolver o açúcar reciclado, é produzido o chamado licor-mãe. O licor-mãe é concentrado ainda mais através da ebulição sob vácuo em grandes recipientes, conhecidos como panelas de vácuo, e são adicionados cristais de açúcar muito finos como pontos de sementeira. Estes cristais crescem à medida que o açúcar do licor-mãe se forma à sua volta. A mistura de cristais de açúcar e xarope resultante é designada por massecuite, um termo francês que significa “massa cozida”. A massa é introduzida numa centrífuga, onde o "xarope verde alto" é removido da massa por força centrífuga. Depois de uma centrifugação, a água é então pulverizada na centrífuga para lavar os cristais de açúcar, o que produz o chamado "xarope verde baixo". A centrífuga gira então a velocidades muito elevadas para secar parcialmente os cristais. Quando a centrífuga abranda, o açúcar é raspado das paredes da centrífuga para um sistema de tapete rolante que o transporta para um granulador rotativo, onde é seco com ar quente. Os cristais de açúcar secos e limpos estão prontos para serem vendidos a refinarias ou fabricantes de alimentos para tratamento ou utilização posterior.