Extração ultrassônica de açúcar de cossettes de beterraba
A extração ultrassônica aumenta o rendimento da sacarose extraída das cossettes de beterraba e reduz significativamente a duração do processo de extração. Sonication é uma técnica simples e segura, que pode ser facilmente combinada com a atual tecnologia de extração de fluxo de contracorrente, a fim de melhorar a eficiência de extração.
Extração de Cossette de Beterraba Ultrassônica
A extração assistida por ultrassom baseia-se no princípio de trabalho da cavitação acústica ou ultrassônica. Os efeitos mecânicos, que são gerados pela cavitação ultrassonicamente induzida, causam sono-porção e rompimento das paredes celulares, o que posteriormente aumenta a permeabilidade das moléculas presas no interior celular. Cavitationally caused liquid streaming e micro-turbulências 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.
Ultrasonicator UIP4000hdT para a extracção industrial de beterraba sacarina.
- Pré-tratamento ultrassônico (antes da torre de contra-corrente)
- Sonicação durante extração de contracorrente
- Pós-tratamento ultrassônico (após torre de contra-corrente)
Dependendo da instalação de extração existente, dos alvos de produção e do espaço disponível, a sonagem pode ser facilmente adaptada como pré ou pós-tratamento, bem como durante a extração de fluxo de contracorrente.
Pré-tratamento ultrassônico de cossettes de beterraba
O pré-tratamento ultrassônico de cossettes de beterraba é uma técnica de intensificação de processo. Extratores ultrassônicos podem ser facilmente combinados com torres de extração de fluxo de contracorrente, que são usadas principalmente para extração de beterraba. Uma pequena sonorização dos cossettes de beterraba antes de entrar no sistema de extração de contra-corrente ajuda a interromper e abrir as paredes celulares. A ultrassônica promove a transferência de massa entre o solvente (ou seja, água) e cossettes de beterraba, de modo que as moléculas intracelulares como a sacarose são transferidas do interior celular para o solvente. O pré-tratamento ultrassônico de cossettes de beterraba de açúcar facilita e acelera a extração de sacarose na coluna de fluxo de contracorrente.
MEV (200×) de amostras de cosseta de beterraba sacarina sonicadas a 400 W a 50 °C para diferentes tempos de extração. A) fluxo de contracorrente de extração de cossettes; B) após os EAU por 10 min; C) após os EAU por 20 minutos; D) após os Emirados Árabes Unidos por 40 min. A extração ultra-sônica interrompe as paredes celulares e libera o material intracelular.
(©Lu et al., 2013)
Comparação entre extração ultrassônica vs contra-corrente
Fu et al. (2013) compararam a extração tradicional de fluxo de contracorrente com extração ultrassônica de sacarose de cossette de beterraba. Os resultados do estudo mostraram que a sonação resultou em maior rendimento de pureza superior, enquanto o tempo de extração foi significativamente reduzido de 70 min. (contracorrente) para 40 min. (sonação). A extração ultrassônica assistida (EAU) resulta em menor concentração de impureza coloidal (especialmente pectinas), e dá maior rendimento de sacarose (94,0±0,15%). O suco extraído de alta pureza (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Uma vez que as instalações de produção de açúcar já estão equipadas com torres convencionais de extração de contracorrente, a combinação de sonagem sinérgica com a instalação existente é geralmente favorecida. A fim de aplicar a extração de sacarose ultrassônica da maneira mais econômica e eficiente, a extração ultrassônica pode ser instalada como tratamento sinérgico antes, durante ou após a extração convencional do fluxo de corrente. À medida que a sonorização interrompe as células de beterraba e libera a sacarose das células, a duração do tratamento de fluxo de contra-corrente pode ser reduzida, enquanto o rendimento da sacarose é aumentado.
- Processo acelerado
- Os rendimentos mais elevados
- intensificação de processos
- Efeitos sinérgicos c/ sistemas de contracorrente
- Fácil adaptação retrô
- Testes simples
- escalabilidade linear
- Baixa manutenção
- RoI rápido
Extratores ultra-sônicos de alto desempenho
Os sistemas de extração da Hielscher Ultrasonics são usados em todo o mundo em alimentos e farmacêuticas para a produção comercial de extratos de alta qualidade usados como produtos alimentares, suplementos alimentares ou farmacêuticos. Mais você deseja testar e otimizar parâmetros de processamento ultrassônico no nível superior do banco ou instalar um sistema de extração ultrassônica totalmente industrial para produção inline, hielscher ultrasonics tem a configuração de extração ultrassônica adequada para você. Uma pequena impressão de pé e opções flexíveis de instalação permitem a adaptação retrô mesmo em uma instalação de processamento abarrotada.
Padronização de processos com Ultrassônicos Hielscher
Os produtos de qualidade alimentar devem ser produzidos de acordo com as Boas Práticas de Fabricação (GMP) e sob especificações de processamento padronizadas. Os sistemas de extração digital da Hielscher Ultrasonics vêm com software inteligente, o que facilita a configuração e controle do processo de sonicação com precisão. O registro automático de dados grava todos os parâmetros do processo ultrassônico, como energia de ultrassom (energia total e líquida), amplitude, temperatura, pressão (quando os sensores de temperatura e pressão são montados) com carimbo de data e hora no cartão SD embutido. Isso permite que você revise cada lote processado ultrassonicamente. Ao mesmo tempo, a reprodutibilidade e a qualidade do produto continuamente elevado são assegurados.
Hielscher Ultrasonics’ os processadores ultra-sônicos industriais podem entregar amplitudes muito elevadas. As amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultra-sônico de Hielscher permite a operação 24/7 no serviço pesado e em ambientes de exigência.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:
| Volume batch | Quociente de vazão | Dispositivos Recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200 mL / min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 00,2 a 4 L / min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 de 10L / min | UIP4000hdT |
| n / D. | 10 a 100L / min | UIP16000 |
| n / D. | maior | aglomerado 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 de cana-de-açúcar e de beterraba (Beta vulgaris). O açúcar, ou seja, a sacarose, é extraído da beterraba usando água quente em um processo de passo sinuoso, onde o suco de açúcar bruto é extraído em uma difusão de água quente em um sistema de fluxo de contracorrente. Depois, o suco de açúcar é concentrado no vácuo, seguido de lavagem cíclica e, finalmente, secagem.
Após a colheita, as raízes da beterraba são transportadas para a planta de processamento de açúcar, onde as beterrabas são lavadas e, em seguida, cortadas mecanicamente em tiras finamente fatiadas, os chamados cossettes. Os cossettes são alimentados no sistema de extração de fluxo de contracorrente. O sistema de contracorrente funciona por difusão e lixivia o teor de açúcar dos cossettes em água quente.
Os sistemas de difusão contracorrente são reatores longos ou torres altas / colunas de vários metros em que os cossettes fluem em uma direção (para cima) enquanto a água quente flui na direção oposta (rio abaixo). As modernas usinas de extração de torres têm capacidade de processamento de até 17.000 toneladas por dia. O tempo típico de retenção de cossettes na torre de contracorrente é de aproximadamente 90 min., enquanto a água permanece apenas 45 min. na coluna difusora. A principal vantagem dos sistemas de fluxo de contra-corrente é a redução do uso de água quando comparada à maceração de beterraba em um reator de água quente. A solução de suco de açúcar que é produzida no sistema de difusão de contracorrente é chamada de suco cru. A cor do suco cru pode variar entre preto e vermelho escuro, dependendo do seu nível de oxidação.
As cossettes gastas saem do sistema de difusão como polpa com aproximadamente 95% de umidade, mas baixo teor de sacarose.
A polpa úmida é pressionada com uma prensa de parafuso para aproximadamente 75% de umidade para recuperar a sacarose restante da polpa.
A polpa restante é seca e usada principalmente como ração animal.
A carbonato é aplicada para remover impurezas do suco cru antes que ele possa ser precipitado em cristais de açúcar. Portanto, o suco cru é misturado com leite quente de limão, ou seja, uma suspensão de hidróxido de cálcio na água. Durante a carbonato, impurezas como sulfatos, fosfatos, citratos e oxalatos precipitam. Eles precipitam-se em forma de sais de cálcio e moléculas orgânicas maiores, por exemplo, proteínas, pectinas e saponinas. Além disso, o valor do pH alcalino converte os açúcares simples glicose e frutose juntamente com a glutamina de aminoácidos, em ácidos carboxílicos quimicamente estáveis, que podem ser removidos posteriormente através da filtração, uma vez que essas moléculas interfeririam com a cristalização.
Na etapa do processo seguinte, o dióxido de carbono é borbulhar através da solução de açúcar alcalino, precipitando o cal como carbonato de cálcio. As partículas de carbonato de cálcio ligam algumas impurezas. As partículas pesadas se instalam no tanque e podem ser removidas através da filtragem. Após essas etapas de purificação e limpeza, o chamado suco fino é obtido. O suco fino pode ser tratado com cinzas de refrigerante para ajustar o valor do pH, bem como com um composto à base de enxofre para reduzir a coloração, o que pode ocorrer devido à decomposição térmica de monossacarídeos.
A evaporação é usada para concentrar o suco fino usando sistemas de evaporação de múltiplos efeitos, de modo que o suco fino se transforme em um suco espesso. O suco grosso tem aproximadamente 60% de sacarose em peso.
Na etapa final, o suco grosso é tratado em cristalizadores. Adicionando e dissolvendo o açúcar reciclado, um chamado licor materno é produzido. O licor materno é concentrado ainda mais fervendo sob um vácuo em grandes vasos, conhecidos como panelas de vácuo, e cristais de açúcar muito finos são adicionados como pontos de semeadura. Esses cristais crescem como açúcar da mãe licor se forma ao seu redor. A mistura resultante de cristal de açúcar / xarope é chamada de massecuita, um termo francês que significa “massa cozida”. A massecuita é alimentada em uma centrífuga, onde o "xarope verde alto" é removido da massecuita por força centrífuga. Após uma centrifucção, a água é então pulverizada na centrífuga para lavar os cristais de açúcar, que produz o chamado "xarope de baixo verde". A centrífuga então gira a velocidades muito altas para secar parcialmente os cristais. Quando a centrífuga desacelera, o açúcar é raspado das paredes das centrífugas para um sistema de transporte para transportar o açúcar para um granulador de rotação onde é seco pelo ar quente. Os cristais de açúcar secoe e limpo estão prontos para serem vendidos a refinarias ou fabricantes de alimentos para tratamento ou uso posterior.