Extracția cu ultrasunete a zahărului din cossettes de sfeclă de zahăr
Extracția cu ultrasunete îmbunătățește randamentul zaharozei extrase din cossettes de sfeclă de zahăr și reduce semnificativ durata procesului de extracție. Sonicare este o tehnică simplă și sigură, care poate fi ușor combinată cu tehnologia actuală de extracție în contracurent pentru a îmbunătăți eficiența extracției.
Extracția cossette cu ultrasunete de sfeclă de zahăr
Extracția asistată cu ultrasunete se bazează pe principiul de lucru al cavitației acustice sau ultrasonice. Efectele mecanice, care sunt generate de cavitație indusă ultrasonically, provoca sono-poration și întreruperea pereților celulari, care crește ulterior permeabilitatea moleculelor prinse în interiorul celulei. Fluxul de lichid cauzat cavitațional și micro-turbulențele îmbunătățesc transferul de masă al procesului de extracție, astfel încât zaharoza și alte molecule sunt transferate în solvent, adică în apă.
Ultrasonicator UIP4000hdT pentru extracția industrială a sfeclei de zahăr.
- Pre-tratament cu ultrasunete (înainte de turnul contra-curent)
- Sonicare în timpul extracției în contracurent
- Post-tratament cu ultrasunete (după turnul contra-curent)
În funcție de instalația de extracție existentă, obiectivele de producție și spațiul disponibil, sonicare poate fi ușor modernizat ca pre- sau post-tratare, precum și în timpul extracției fluxului de contracurent.
Pre-tratament cu ultrasunete de cossettes de sfeclă de zahăr
Pre-tratarea cu ultrasunete a cossettelor de sfeclă de zahăr este o tehnică de intensificare a procesului. Extractoare cu ultrasunete pot fi ușor combinate cu turnuri de extracție în flux contra-curent, care sunt utilizate în principal pentru extracția sfeclei de zahăr. O sonicare scurtă a cossettes de sfeclă de zahăr înainte de a intra în sistemul de extracție contra-curent ajuta la perturbarea și deschiderea pereților celulari. Ultrasonication promovează transferul de masă între solvent (adică apă) și cossettes de sfeclă, astfel încât moleculele intracelulare, ar fi zaharoza, sunt transferate din interiorul celulei la solvent. Pre-tratarea cu ultrasunete a cossettes de sfeclă de zahăr facilitează și accelerează extracția zaharozei în coloana de flux contra-curent.
SEM (200×) de probe de cossette de sfeclă de zahăr sonicated la 400 W la 50 ° C pentru timp de extracție diferite. A) fluxul contracurent de extracție a cossettelor; B) după EAU timp de 10 min; C) după EAU timp de 20 min; D) după EAU timp de 40 min. Extracția cu ultrasunete perturbă pereții celulari și eliberează materialul intracelular.
(©Lu și colab., 2013)
Comparație de extracție cu ultrasunete vs contra-curent
Fu et al. (2013) a comparat extracția tradițională în contracurent cu extracția cu ultrasunete a zaharozei din cossette de sfeclă de zahăr. Rezultatele studiului au arătat că sonicare a dus la un randament mai mare de puritate superioară, în timp ce timpul de extracție a fost redus semnificativ de la 70 min. (contracurent) la 40 min. (sonicare). Extracție asistată ultrasonically (EAU) are ca rezultat o concentrație mai mică de impurități coloidale (în special pectine), și oferă un randament mai mare de zaharoză (94.0±0.15%). Sucul extras de înaltă puritate (92,6±0,11%). (cf. Fu et al., 2013)
Deoarece instalațiile de producție a zahărului sunt deja echipate cu turnuri convenționale de extracție în contracurent, combinația de sonicare sinergică cu instalația existentă este în general favorizată. Pentru a aplica extracția cu ultrasunete zaharoză în modul cel mai rentabil și de timp, extracția cu ultrasunete poate fi instalată ca tratament sinergic înainte, în timpul sau după extracția convențională în flux contracurent. Deoarece sonicare perturbă celulele sfeclei de zahăr și eliberează zaharoza din celule, durata tratamentului cu flux contracurent poate fi redusă, în timp ce randamentul zaharozei este îmbunătățit.
- Proces accelerat
- randamente mai mari
- Intensificarea procesului
- Efecte sinergetice cu sisteme contracurente
- retehnologizare ușoară
- Testare simplă
- scalabilitate liniară
- întreținere redusă
- ROI rapid
Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță
Hielscher Ultrasonics' sisteme de extracție sunt utilizate la nivel mondial în produsele alimentare și farmaceutice pentru producția comercială de extracte de înaltă calitate utilizate ca produse alimentare, suplimente alimentare sau produse farmaceutice. Wether doriți să testați și să optimizați parametrii de procesare cu ultrasunete la nivel banc-top sau instalați un sistem de extracție cu ultrasunete complet industrial pentru producția inline, Hielscher Ultrasonics are configurația de extracție cu ultrasunete adecvată pentru tine. O amprentă mică și opțiuni flexibile de instalare permit montarea ulterioară chiar și într-o instalație de procesare înghesuită.
Procesul de standardizare cu Hielscher Ultrasonics
Produsele de calitate alimentară ar trebui să fie fabricate în conformitate cu bunele practici de fabricație (BPF) și în conformitate cu specificațiile standardizate de prelucrare. Hielscher Ultrasonics' sisteme digitale de extracție vin cu software inteligent, ceea ce face ușor pentru a seta și controla procesul sonicare cu precizie. Înregistrarea automată a datelor scrie toți parametrii procesului cu ultrasunete, ar fi energia cu ultrasunete (energia totală și netă), amplitudinea, temperatura, presiunea (când senzorii de temperatură și presiune sunt montați) cu ștampila de dată și oră pe cardul SD încorporat. Acest lucru vă permite să revizuiți fiecare lot prelucrat ultrasonically . În același timp, sunt asigurate reproductibilitatea și calitatea continuă ridicată a produselor.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot furniza amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere de la Laborator spre pilot și industrial cântar.
Literatură / Referințe
- 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.
Fapte care merită știute
producția de zahăr
Zaharoza, cunoscută și sub denumirea de zahăr de masă, este produsă în principal din trestie de zahăr și din sfeclă de zahăr (Beta vulgaris). Zahărul, adică zaharoza, este extras din sfeclă folosind apă fierbinte într-un proces în mai multe etape, în care sucul de zahăr brut este extras într-o difuzie de apă fierbinte într-un sistem de curgere în contracurent. După aceea, sucul de zahăr este concentrat sub vid, urmat de spălarea ciclică și, în final, de uscare.
După recoltare, rădăcinile sfeclei sunt transportate la uzina de prelucrare a zahărului, unde sfecla este spălată și apoi tăiată mecanic în benzi subțiri, așa-numitele cossettes. Cossettele sunt introduse în sistemul de extracție în contracurent. Sistemul de contracurent funcționează prin difuzie și elimină conținutul de zahăr din cossette în apă fierbinte.
Sistemele de contracurent sunt reactoare lungi sau turnuri/coloane înalte de câțiva metri în care cossettele curg într-o direcție (în sus), în timp ce apa caldă curge în direcția opusă (în aval). Instalațiile moderne de extracție a turnurilor au o capacitate de procesare de până la 17.000 de tone metrice pe zi. Timpul tipic de retenție al cossettelor în turnul contracurent este de aproximativ 90 min., în timp ce apa rămâne doar 45 min. în coloana difuzorului. Principalul avantaj al sistemelor cu flux contracurent este consumul redus de apă în comparație cu macerarea sfeclei de zahăr într-un reactor cu apă caldă. Soluția de suc de zahăr produsă în sistemul de difuzie în contracurent se numește suc brut. Culoarea sucului brut poate varia de la negru la roșu închis, în funcție de nivelul său de oxidare.
Cosetele uzate ies din sistemul de difuzie sub formă de pulpă cu aproximativ 95% umiditate, dar conținut scăzut de zaharoză.
Pulpa umedă este presată cu o presă cu șurub la aproximativ 75% umiditate pentru a recupera zaharoza rămasă din pulpă.
Pulpa rămasă este uscată și utilizată în principal ca hrană pentru animale.
Carbonatarea este aplicată pentru a îndepărta impuritățile din sucul brut înainte de a putea fi precipitat în cristale de zahăr. Prin urmare, sucul brut este amestecat cu lapte fierbinte de var, adică o suspensie de hidroxid de calciu în apă. În timpul carbonatării, precipită impurități precum sulfați, fosfați, citrat și oxalați. Acestea precipită sub formă de săruri de calciu și molecule organice mai mari, de exemplu proteine, pectine și saponine. În plus, valoarea pH-ului alcalin transformă zaharurile simple glucoză și fructoză, împreună cu aminoacidul glutamină, în acizi carboxilici stabili chimic, care pot fi îndepărtați ulterior prin filtrare, deoarece aceste molecule ar interfera cu cristalizarea.
În următoarea etapă a procesului, dioxidul de carbon este barbotat prin soluția de zahăr alcalin, precipitând varul sub formă de carbonat de calciu. Particulele de carbonat de calciu leagă unele impurități. Particulele grele se depun în rezervor și pot fi îndepărtate prin filtrare. După aceste etape de purificare și curățare, se obține așa-numitul suc subțire. Sucul subțire ar putea fi tratat cu carbonat de sodiu pentru a ajusta valoarea pH-ului, precum și cu un compus pe bază de sulf pentru a reduce colorarea, care ar putea apărea din cauza descompunerii termice a monozaharidelor.
Evaporarea este utilizată pentru a concentra sucul subțire folosind sisteme de evaporare cu efect multiplu, astfel încât sucul subțire să se transforme într-un suc gros. Sucul gros are aproximativ 60% zaharoză în greutate.
În etapa finală, sucul gros este tratat în cristalizatoare. Prin adăugarea și dizolvarea zahărului reciclat, se produce așa-numita soluție mamă. Soluția mamă este concentrată în continuare prin fierbere sub vid în vase mari, cunoscute sub numele de vase vidate, iar cristalele de zahăr foarte fine sunt adăugate ca puncte de însămânțare. Aceste cristale cresc pe măsură ce zahărul din lichidul mamă se formează în jurul lor. Amestecul rezultat de cristal de zahăr / sirop se numește massecuit, un termen francez care înseamnă “masa gătită”. Masecuitul este introdus într-o centrifugă, unde "siropul High Green" este îndepărtat din massecuit prin forță centrifugă. După o centrifucagție, apa este apoi pulverizată în centrifugă pentru a spăla cristalele de zahăr, ceea ce produce așa-numitul "sirop verde scăzut". Centrifuga se rotește apoi la viteze foarte mari pentru a usca parțial cristalele. Când centrifuga încetinește, zahărul este răzuit de pe pereții centrifugei pe un sistem transportor pentru a transporta zahărul într-un granulator de rotație, unde este uscat cu aer cald. Cristalele de zahăr uscate și curate sunt gata pentru a fi vândute rafinăriilor sau producătorilor de alimente pentru tratament sau utilizare ulterioară.