Extração ultrassónica de açúcar de aparas de beterraba sacarina
A extração ultrassónica aumenta o rendimento de sacarose extraída de aparas 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 tecnologia atual de extração em contracorrente para melhorar a eficiência da extração.
Extração ultrassónica de aparas de beterraba sacarina
A extração assistida por ultrassons baseia-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica ou ultrassónica. Os efeitos mecânicos gerados pela cavitação induzida por ultrassons provocam a sonoporação e a rutura das paredes celulares, aumentando subsequentemente a permeabilidade das moléculas retidas no interior das células. O escoamento do líquido e as microturbulências causados pela cavitação melhoram a transferência de massa no processo de extração, de modo que a sacarose e outras moléculas são transferidas para o solvente, isto é, a água.
Sonicador UIP4000hdT para a extração industrial de beterraba sacarina.
- Pré-tratamento ultrassónico (antes da torre de contracorrente)
- Sonicação durante a extração em contracorrente
- Pós-tratamento ultrassónico (após a torre de contracorrente)
Dependendo da instalação de extração existente, dos objetivos de produção e do espaço disponível, a sonicação pode ser facilmente integrada como pré-tratamento ou pós-tratamento, bem como durante a extração em contracorrente.
Pré-tratamento ultrassónico de aparas de beterraba sacarina
O pré-tratamento ultrassónico de aparas de beterraba sacarina é uma técnica de intensificação do processo. Os extratores ultrassónicos podem ser facilmente combinados com torres de extração em contracorrente, que são utilizadas principalmente para a extração de beterraba sacarina. Uma breve sonicação das aparas de beterraba sacarina antes da sua entrada no sistema de extração em contracorrente ajuda a romper e a abrir as paredes celulares. A sonicação promove a transferência de massa entre o solvente (isto é, a água) e as aparas de beterraba, de modo que as moléculas intracelulares, como a sacarose, são transferidas do interior das células para o solvente. O pré-tratamento ultrassónico das aparas de beterraba sacarina facilita e acelera a extração de sacarose na coluna de contracorrente.
Microscopia eletrónica de varrimento (SEM, 200×) de amostras de aparas de beterraba sacarina sonicadas a 400 W e a 50°C durante diferentes tempos de extração. A) extração de aparas em contracorrente; B) após extração assistida por ultrassons (UAE) durante 10 min; C) após UAE durante 20 min; D) após UAE durante 40 min. A extração ultrassónica rompe as paredes celulares e liberta o material intracelular.
(©Fu et al., 2013)
Comparação entre a extração ultrassónica e a extração em contracorrente
Fu et al. (2013) compararam a extração tradicional em contracorrente com a extração ultrassónica de sacarose de aparas de beterraba sacarina. Os resultados do estudo mostraram que a sonicação proporcionou um rendimento mais elevado e uma pureza superior, enquanto o tempo de extração foi significativamente reduzido de 70 min. (contracorrente) para 40 min. (sonicação). A extração assistida por ultrassons (UAE) resulta numa menor concentração de impurezas coloidais (especialmente pectinas) e proporciona um rendimento de sacarose mais elevado (94,0±0,15%). O sumo extraído apresenta 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 convencionais de extração em contracorrente, é geralmente preferida a combinação da sonicação sinérgica com a instalação existente. Para aplicar a extração ultrassónica de sacarose da forma mais eficiente em termos de custos e tempo, a extração ultrassónica pode ser instalada como tratamento sinérgico antes, durante ou após a extração convencional em contracorrente. Como a sonicação rompe as células da beterraba sacarina e liberta a sacarose das células, a duração do tratamento em contracorrente pode ser reduzida, enquanto o rendimento de sacarose aumenta.
- Processo acelerado
- Rendimentos mais elevados
- Intensificação do processo
- Efeitos sinérgicos com sistemas em contracorrente
- Fácil integração em instalações existentes
- Ensaios simples
- Escalabilidade linear
- Manutenção reduzida
- Retorno rápido do investimento
Extratores ultrassónicos de alto desempenho
Os sistemas de extração da Hielscher Ultrasonics são utilizados em todo o mundo nas indústrias alimentar e farmacêutica para a produção comercial de extratos de elevada qualidade utilizados como produtos alimentares, suplementos alimentares ou produtos farmacêuticos. Quer pretenda testar e otimizar os parâmetros de processamento ultrassónico à escala de bancada ou instalar um sistema de extração ultrassónica totalmente industrial para produção em linha, a Hielscher Ultrasonics dispõe da configuração de extração ultrassónica adequada para si. A reduzida área de implantação e as opções de instalação flexíveis permitem a integração em instalações existentes, mesmo quando o espaço de processamento é muito limitado.
Normalização do processo com a Hielscher Ultrasonics
Os produtos de qualidade alimentar devem ser produzidos de acordo com as Boas Práticas de Fabrico (GMP) e segundo especificações de processamento normalizadas. Os sistemas digitais de extração da Hielscher Ultrasonics incluem software inteligente, que facilita a configuração e o controlo preciso do processo de sonicação. O registo automático de dados grava todos os parâmetros do processo ultrassónico, como a energia ultrassónica (energia total e líquida), a amplitude, a temperatura e a pressão (quando estão instalados sensores de temperatura e pressão), com indicação da data e da hora, no cartão SD integrado. Isto permite-lhe rever cada lote processado por ultrassons. Ao mesmo tempo, são asseguradas a reprodutibilidade e uma qualidade do produto continuamente elevada.
Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito elevadas. É possível operar facilmente e de forma contínua com amplitudes de até 200µm em funcionamento 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço intensivo e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:
| 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.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografia / Referências
- Fu et al. (2013): The ultrasonic-assisted extraction of sugar from sugar beet cossettes. International Sugar Journal, Sept. 2013. 696-700.
- Hedayati K., Emadi B., Khojastehpour M., Beyraghi Toosi Sh. (2014): The Effect Of Ultrasonic Waves On Sugar Extraction And Mechanical Properties Of Sugar Beet. Journal of Agricultural Machinery Volume 3, Issue 2, 2014. 144-153.
- 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.
Informações úteis
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, isto é, a sacarose, é extraído das beterrabas utilizando água quente num processo de várias etapas, em que o sumo bruto açucarado é extraído por difusão em água quente num sistema em contracorrente. Posteriormente, o sumo açucarado é concentrado sob vácuo, seguindo-se uma lavagem cíclica e, finalmente, a secagem.
Após a colheita, as raízes de beterraba são transportadas para a unidade de processamento de açúcar, onde as beterrabas são lavadas e depois cortadas mecanicamente em tiras finas, as chamadas aparas. As aparas são introduzidas no sistema de extração em contracorrente. O sistema em contracorrente funciona por difusão e extrai por lixiviação o açúcar das aparas para a água quente.
Os sistemas de difusão em contracorrente são reatores compridos ou torres / colunas altas com vários metros, nas quais as aparas se deslocam numa direção (para cima), enquanto a água quente flui na direção oposta (para baixo). As instalações modernas de extração em torre têm uma capacidade de processamento de até 17 000 toneladas métricas por dia. O tempo de retenção típico das aparas na torre de contracorrente é de aprox. 90 min., enquanto a água permanece apenas 45 min. na coluna de difusão. A principal vantagem dos sistemas em contracorrente é o consumo reduzido de água em comparação com a maceração de beterraba sacarina num reator de água quente. A solução de sumo açucarado produzida no sistema de difusão em contracorrente é denominada sumo bruto. A cor do sumo bruto pode variar entre o preto e o vermelho-escuro, dependendo do seu nível de oxidação.
As aparas esgotadas saem do sistema de difusão como polpa com aprox. 95% de humidade, mas com baixo teor de sacarose.
A polpa húmida é prensada numa prensa de parafuso até atingir aprox. 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 impurezas do sumo bruto antes de este poder ser precipitado em cristais de açúcar. Para isso, o sumo bruto é misturado com leite de cal quente, isto é, uma suspensão de hidróxido de cálcio em água. Durante a carbonatação, precipitam impurezas como sulfatos, fosfatos, citrato e oxalatos. Estas 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, faz-se borbulhar dióxido de carbono através da solução alcalina de açúcar, precipitando a cal sob a forma de carbonato de cálcio. As partículas de carbonato de cálcio ligam-se a algumas impurezas. As partículas pesadas sedimentam no tanque e podem ser removidas por filtração. Após estas etapas de purificação e limpeza, obtém-se o chamado sumo diluído. O sumo diluído poderá 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 poderá ocorrer devido à decomposição térmica dos monossacáridos.
A evaporação é utilizada para concentrar o sumo diluído através de sistemas de evaporação de múltiplo efeito, de modo que o sumo diluído se transforma num sumo espesso. O sumo espesso contém aprox. 60% de sacarose em massa.
Na etapa final, o sumo espesso é tratado em cristalizadores. Ao adicionar e dissolver açúcar reciclado, produz-se a chamada solução-mãe. A solução-mãe é ainda mais concentrada por ebulição sob vácuo em grandes recipientes, conhecidos como tachos de vácuo, e são adicionados cristais de açúcar muito finos como pontos de nucleação. Estes cristais crescem à medida que o açúcar da solução-mãe se forma à sua volta. A mistura resultante de cristais de açúcar / xarope é denominada massa cozida, ou massecuite, um termo francês que significa “massa cozida”. A massa cozida é introduzida numa centrífuga, onde o “xarope High Green” é removido da massa cozida pela força centrífuga. Após uma centrifugação, pulveriza-se água para o interior da centrífuga para lavar os cristais de açúcar, o que produz o chamado “xarope Low Green”. A centrífuga gira depois a velocidades muito elevadas para secar parcialmente os cristais. Quando a centrífuga abranda, o açúcar é raspado das paredes da centrífuga para um sistema transportador, que o leva até 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 produtos alimentares para tratamento ou utilização posteriores.