Extração ultrassônica de açúcar de cossettes de beterraba sacarina
A extração ultrassônica aumenta o rendimento da sacarose extraída de cossettes 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 para melhorar a eficiência da extração.
Extração ultrassônica de Cossette de beterraba sacarina
A extração assistida por ultrassom é baseada no princípio de funcionamento da cavitação acústica ou ultrassônica. Os efeitos mecânicos, que são gerados pela cavitação induzida por ultrassom, causam sonoporação e ruptura das paredes celulares, o que subsequentemente aumenta a permeabilidade das moléculas aprisionadas no interior da célula. O fluxo de líquido causado por cavitação e as microturbulências melhoram a transferência de massa do processo de extração, de modo que a sacarose e outras moléculas são transferidas para o solvente, ou seja, água.
Ultrassônico UIP4000hdT para extração industrial de beterraba sacarina.
- Pré-tratamento ultrassônico (antes da torre de contracorrente)
- Sonicação durante a extração em contracorrente
- Pós-tratamento ultrassônico (após torre de contracorrente)
Dependendo da instalação de extração existente, dos alvos de produção e do espaço disponível, a sonicação pode ser facilmente adaptada como pré ou pós-tratamento, bem como durante a extração de fluxo em contracorrente.
Pré-tratamento ultrassônico de cossettes de beterraba sacarina
O pré-tratamento ultrassônico de cossettes de beterraba sacarina é uma técnica de intensificação do processo. Os extratores ultrassônicos podem ser facilmente combinados com torres de extração de fluxo em contracorrente, que são usadas principalmente para extração de beterraba sacarina. Uma breve sonicação dos cossettes de beterraba sacarina antes de entrarem no sistema de extração em contracorrente ajuda a romper e abrir as paredes celulares. A ultrassonografia promove a transferência de massa entre o solvente (ou seja, água) e os cossettes de beterraba, de modo que as moléculas intracelulares, como a sacarose, são transferidas do interior da célula para o solvente. O pré-tratamento ultrassônico de cossettes de beterraba sacarina facilita e acelera a extração de sacarose na coluna de fluxo em contracorrente.
SEM (200×) de amostras de cossete de beterraba sacarina sonicadas a 400 W a 50 ° C para diferentes tempos de extração. A) fluxo em contracorrente de extração de cossettas; B) após os Emirados Árabes Unidos por 10 min; C) após os Emirados Árabes Unidos por 20 min; D) após os Emirados Árabes Unidos por 40 min. A extração ultrassônica rompe as paredes celulares e libera o material intracelular.
(©Lu et al., 2013)
Comparação de extração ultrassônica versus contracorrente
Fu et al. (2013) compararam a extração tradicional de fluxo em contracorrente com a extração ultrassônica de sacarose de cossete 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 ultrassom (EAU) resulta em uma menor concentração de impurezas coloidais (especialmente pectinas) e proporciona um maior rendimento de sacarose (94,0±0,15%). O suco extraído de alta pureza (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Como as instalações de produção de açúcar já estão equipadas com torres de extração convencionais em contracorrente, a combinação de sonicação sinérgica com a instalação existente é geralmente favorecida. Para aplicar a extração ultrassônica de sacarose da maneira mais econômica e rápida, a extração ultrassônica pode ser instalada como tratamento sinérgico antes, durante ou após a extração convencional de fluxo em contracorrente. Como a sonicação interrompe as células da beterraba sacarina e libera a sacarose das células, a duração do tratamento de fluxo em contracorrente pode ser reduzida, enquanto o rendimento da sacarose é aumentado.
- Processo acelerado
- Rendimentos mais altos
- intensificação do processo
- Efeitos sinérgicos com sistemas de contracorrente
- Fácil adaptação
- Teste simples
- escalabilidade linear
- Baixa manutenção
- ROI rápido
Extratores ultrassônicos de alto desempenho
Os sistemas de extração da Hielscher Ultrasonics são usados em todo o mundo em alimentos e produtos farmacêuticos para a produção comercial de extratos de alta qualidade usados como produtos alimentícios, suplementos dietéticos ou produtos farmacêuticos. Se você deseja testar e otimizar os parâmetros de processamento ultrassônico no nível de bancada ou instalar um sistema de extração ultrassônico totalmente industrial para produção em linha, a Hielscher Ultrasonics tem a configuração de extração ultrassônica adequada para você. Uma pequena pegada e opções de instalação flexíveis permitem a adaptação mesmo em uma instalação de processamento lotada.
Padronização de processos com ultrassom Hielscher
Os produtos de qualidade alimentar devem ser produzidos de acordo com as Boas Práticas de Fabrico (BPF) e de acordo com especificações de processamento normalizadas. Os sistemas de extração digital da Hielscher Ultrasonics vêm com software inteligente, o que facilita a configuração e o controle preciso do processo de sonicação. O registro automático de dados grava todos os parâmetros do processo ultrassônico, como energia ultrassônica (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 integrado. Isso permite que você revise cada lote processado por ultrassom. Ao mesmo tempo, a reprodutibilidade e a alta qualidade contínua do produto são garantidas.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:
| Volume do lote | Vazão | 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.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maior | cluster 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 usando água quente em um processo de várias etapas, onde o suco de açúcar bruto é extraído em uma difusão de água quente em um sistema de fluxo em contracorrente. Em seguida, o suco de açúcar é concentrado sob vácuo, seguido de lavagem cíclica e finalmente secagem.
Após a colheita, as raízes da beterraba são transportadas para a usina de processamento de açúcar, onde as beterrabas são lavadas e depois cortadas mecanicamente em tiras finas, as chamadas cossettes. Os cossettes são alimentados no sistema de extração de fluxo em contracorrente. O sistema de contracorrente funciona por difusão e lixivia o teor de açúcar dos cossettes para a água quente.
Os sistemas de difusão em contracorrente são reatores longos ou torres / colunas altas de vários metros em que os cossettes fluem em uma direção (para cima) enquanto a água quente flui na direção oposta (a jusante). As modernas plantas de extração de torres têm uma capacidade de processamento de até 17.000 toneladas métricas por dia. O tempo de retenção típico dos cossettes na torre de contracorrente é de aprox. 90 min., enquanto a água permanece apenas 45 min. na coluna difusora. A principal vantagem dos sistemas de fluxo em contracorrente é o uso reduzido de água quando comparado à maceração da beterraba sacarina em um reator de água quente. A solução de suco de açúcar que é produzida no sistema de difusão em contracorrente é chamada de suco cru. A cor do suco cru pode variar entre preto e vermelho escuro, dependendo do nível de oxidação.
Os cossettes usados saem do sistema de difusão como polpa com aprox. 95% de umidade, mas baixo teor de sacarose.
A polpa úmida é pressionada com uma prensa roscada a aprox. 75% de umidade para recuperar a sacarose restante da polpa.
A polpa restante é seca e usada principalmente como ração animal.
A carbonatação é aplicada para remover as impurezas do suco cru antes que ele possa ser precipitado em cristais de açúcar. Portanto, o suco cru é misturado com leite quente de cal, ou seja, uma suspensão de hidróxido de cálcio em água. Durante a carbonatação, impurezas como sulfatos, fosfatos, citrato e oxalatos precipitam. Eles precipitam na 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 o aminoácido glutamina, em ácidos carboxílicos quimicamente estáveis, que podem ser removidos posteriormente por filtração, uma vez que essas moléculas interfeririam na 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 ligam algumas impurezas. As partículas pesadas se depositam no tanque e podem ser removidas por filtração. Após essas etapas de purificação e limpeza, obtém-se o chamado suco fino. O suco 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 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 espesso tem aprox. 60% de sacarose em peso.
Na etapa final, o suco 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 fervendo sob vácuo em grandes recipientes, conhecidos como panelas a vácuo, e cristais de açúcar muito finos são adicionados como pontos de semeadura. Esses cristais crescem à medida que o açúcar do licor-mãe se forma ao seu redor. A mistura de cristal de açúcar / xarope resultante é chamada de massa cozida, um termo francês que significa “massa cozida”. A massa cozida é alimentada em uma centrífuga, onde o "xarope verde alto" é removido da massa cozida por força centrífuga. Após uma centrifucação, a água é então pulverizada na centrífuga para lavar os cristais de açúcar, o que produz o chamado "xarope Low Green". A centrífuga então gira em velocidades muito altas para secar parcialmente os cristais. Quando a centrífuga desacelera, o açúcar é raspado das paredes da centrífuga para um sistema transportador para transportar o açúcar para um granulador de rotação, onde é seco por ar quente. Os cristais de açúcar secos e limpos estão prontos para serem vendidos a refinarias ou fabricantes de alimentos para tratamento ou uso posterior.