Получение ценных продуктов из побочных потоков пищевого производства с помощью ультразвуковой экстракции

Побочные потоки пищевого производства – такие как обрезки лука и капусты, апельсиновая кожура и богатые белком остатки, например пивная дробина, – часто выбрасывают как отходы или используют в качестве малоценного корма для животных. Однако эти побочные продукты остаются богатыми источниками ценных биоактивных соединений, включая белки, пищевые волокна, фенольные антиоксиданты и природные пигменты.
Извлечение этих высокоценных ингредиентов требует щадящих методов обработки, сохраняющих их функциональные и питательные свойства. После экстракции и очистки эти соединения можно использовать в самых разных пищевых продуктах и напитках, особенно в растущем секторе продуктов питания на растительной основе.
Ультразвуковая экстракция представляет собой эффективное, нетермическое и экологически безопасное решение для извлечения ценных соединений из пищевых отходов и биомассы. Используя ультразвук высокой интенсивности, производители могут максимально увеличить выход экстракции, сохраняя целостность и функциональность чувствительных биоактивных ингредиентов.

Эффективные биорефинерии благодаря ультразвуковой интенсификации процессов

Обработка ультразвуком – проверенная технология интенсификации процессов, повышающая эффективность, экологическую устойчивость и рентабельность современных биорефинерий. Интегрируя ультразвук высокой мощности в операции по переработке биомассы, производители могут значительно повысить эффективность экстракции, ускорить химические и биохимические реакции и оптимизировать процессы смешивания, гомогенизации и диспергирования.

По сравнению с традиционными методами обработки обработка ультразвуком обеспечивает:

• Более высокий выход экстракции
• Сокращение времени реакций и обработки
• Повышение степени конверсии
• Снижение энергопотребления
• Повышение качества и чистоты продукта
• Снижение эксплуатационных затрат

В результате ультразвуковая интенсификация процессов играет ключевую роль в более эффективном и экологически устойчивом преобразовании биомассы в высокоценные продукты.

Что такое биорефинерия?

Биорефинерия – комплексное перерабатывающее предприятие, преобразующее возобновляемую биомассу в ряд ценных продуктов, включая пищевые ингредиенты, корма для животных, химические вещества, биотопливо, энергию и специальные материалы.
Типичные виды сырья включают:

• Сельскохозяйственные остатки и отходы растениеводства
• Побочные продукты пищевого производства
• Потоки промышленных органических отходов
• Остатки лесного хозяйства
• Муниципальные биоотходы

Подобно нефтеперерабатывающему заводу, который разделяет сырую нефть на различные продукты, биорефинерия фракционирует биомассу на основные промежуточные продукты – такие как углеводы, белки, липиды и волокна, – которые затем подвергаются дальнейшей переработке в продукты с добавленной стоимостью.
Отличительная черта современных биорефинерий – получение ценных продуктов из потоков отходов. Благодаря инновационным технологиям материалы, ранее считавшиеся отходами, преобразуются в коммерчески ценные ресурсы, поддерживая принципы экономики замкнутого цикла и снижая воздействие на окружающую среду.

Биорефинерии с ультразвуковой интенсификацией процессов

Интеграция ультразвуковой технологии может значительно повысить эффективность многочисленных процессов биорефинерии, включая:

• Экстракцию биоактивных соединений
• Дезинтеграцию биомассы и разрушение клеток
• Анаэробное сбраживание
• Гидролиз
• Содействие ферментации
• Переэтерификацию отработанных растительных масел для получения биодизеля
• Эмульгирование и гомогенизацию
• Уменьшение размера частиц и диспергирование

Ультразвуковая интенсификация процессов позволяет биорефинериям достигать более высокой производительности при сокращении времени обработки и потребности в энергии. Кроме того, процессы с применением ультразвука часто повышают чистоту продукта и сохраняют качество термочувствительных соединений.
Усиливая массоперенос, ускоряя кинетику реакций и повышая доступность биомассы для обработки, обработка ультразвуком способствует более экологически устойчивой и экономически жизнеспособной работе биорефинерий. По мере роста спроса на производственные системы замкнутого цикла и ресурсосберегающие технологии ультразвук становится всё более важным инструментом для максимального повышения ценности биомассы и побочных потоков пищевого производства.

Для каких продуктов полезна обработка ультразвуком в биорефинериях?

Высокопроизводительные ультразвуковые технологии – метод интенсификации процессов, применяемый во многих отраслях промышленности. Обработка ультразвуком используется для обработки жидкостей и суспензий с целью смешивания и гомогенизации, усиления массопереноса, экстракции соединений и/или инициирования химических реакций.

Распространённые области применения обработки ультразвуком в биорефинериях:

• экстракция ценных соединений из биомассы (например, белков, пектинов, крахмалов и т. д.)
• производство биоэтанола
• синтез биодизеля из отработанных растительных масел и животных жиров
• получение биодизеля из масла водорослей
• обработка лигноцеллюлозы
• модификация крахмала

Высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для биорефинерий

Hielscher Ultrasonics разрабатывает и производит высокопроизводительные ультразвуковые процессоры для применения в биорефинериях по всему миру. Наши промышленные ультразвуковые реакторы интенсифицируют экстракцию, дезинтеграцию биомассы, гомогенизацию, смешивание, диспергирование, дегазацию и сонохимические реакции, помогая операторам достигать более высокого выхода, ускорять обработку и повышать степень конверсии.
От лабораторных исследований осуществимости до оптимизации в пилотном масштабе и полномасштабного промышленного производства – Hielscher предоставляет масштабируемые ультразвуковые решения для каждого этапа разработки процесса. Проверенные процессы, такие как ультразвуковая экстракция, разрушение клеток, усиление массопереноса и получение ценных продуктов из биомассы, могут быть быстро внедрены и масштабированы с предсказуемыми результатами.
Hielscher предлагает ультразвуковые процессоры от компактных лабораторных устройств до промышленных систем, перерабатывающих несколько тонн биомассы в час. Благодаря UIP16000hdT (16kW), самому мощному ультразвуковому процессору в мире, и возможности объединения устройств в масштабируемые кластеры можно достичь практически любой производственной мощности. Все промышленные системы рассчитаны на непрерывную работу 24/7 в сложных производственных условиях.

Ультразвуковые реакторы и зонды для любого масштаба производства

Ассортимент продукции Hielscher включает:

• Лабораторные ультразвуковые аппараты для разработки процессов и проверки их осуществимости
• Настольные и пилотные системы для исследований масштабирования
• Промышленные ультразвуковые процессоры для крупномасштабной переработки биомассы
• Реакторы с проточными ячейками для непрерывного производства в потоке

Этот широкий ассортимент обеспечивает идеальное ультразвуковое решение для вашего процесса, требований к производительности и производственных целей.

Максимальный контроль процесса для стабильных результатов

Точный контроль процесса необходим для эффективного преобразования биомассы и экстракции. Ультразвуковые процессоры Hielscher позволяют точно регулировать и контролировать все критически важные параметры обработки ультразвуком, включая амплитуду, мощность, температуру, давление и подводимую энергию.
Амплитуда – один из важнейших факторов, влияющих на эффективность ультразвукового процесса. Системы Hielscher обеспечивают точный контроль амплитуды и могут непрерывно работать при амплитудах до 200 µm в промышленных условиях. Сонотроды и бустерные преобразователи амплитуды позволяют дополнительно оптимизировать процесс для конкретных применений.
Встроенные цифровые средства управления и мониторинг через браузер позволяют управлять процессом в реальном времени, обеспечивая воспроизводимые результаты, максимальную эффективность экстракции и надёжное масштабирование от лабораторного до промышленного производства.

Созданы для непрерывной промышленной эксплуатации

Ультразвуковые процессоры Hielscher разработаны для тяжёлых промышленных условий. Прочная конструкция, высококачественные компоненты и проверенная надёжность позволяют непрерывно работать 24/7 при полной нагрузке.

Основные преимущества включают:

• Высокий выход экстракции и более полное использование биомассы
• Быстрое и надёжное масштабирование от лаборатории до производства
• Возможность непрерывной обработки в потоке
• Низкая потребность в техническом обслуживании
• Дистанционный мониторинг и регистрация данных процесса
• Надёжность промышленного уровня для круглосуточной работы

Превосходство немецких инженерных разработок и производства

Семейная компания Hielscher Ultrasonics, расположенная недалеко от Берлина, Германия, десятилетиями разрабатывает и производит промышленное ультразвуковое оборудование. Каждый ультразвуковой процессор проектируется, изготавливается и испытывается в Германии для обеспечения максимальной производительности, надёжности и длительного срока службы.
Помимо поставки оборудования, Hielscher предоставляет клиентам экспертную поддержку по применению, оптимизацию процессов, помощь в масштабировании, техническое обучение и постоянную инженерную поддержку – помогая биорефинериям обеспечить эффективную, рентабельную и экологически устойчивую переработку биомассы.

Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Часто задаваемые вопросы

В чём заключается концепция биорефинерии?

Концепция биорефинерии заключается в экологически устойчивом преобразовании биомассы в спектр ценных продуктов, включая пищевые ингредиенты, корма, химические вещества, материалы, биотопливо и энергию. Подобно нефтеперерабатывающему заводу, биорефинерия фракционирует и перерабатывает сырьё в различные продукты, максимально повышая эффективность использования ресурсов и сводя к минимуму отходы.

Каков пример биорефинерии?

Распространённый пример – биорефинерия пищевых отходов. Она перерабатывает сельскохозяйственные остатки, кожуру фруктов, пивную дробину или другие побочные продукты пищевого производства для извлечения ценных соединений, таких как белки, пищевые волокна, антиоксиданты и биоактивные молекулы, одновременно преобразуя оставшуюся биомассу в биоэнергию или биоудобрения.

Какие материалы перерабатываются в биорефинерии?

Биорефинерии перерабатывают возобновляемую биомассу, включая сельскохозяйственные остатки, побочные потоки пищевого производства, отходы лесного хозяйства, энергетические культуры, водоросли, побочные продукты животного происхождения и органические муниципальные отходы. Эти виды сырья содержат углеводы, белки, липиды, волокна и другие соединения, которые можно преобразовать в продукты с добавленной стоимостью.

В чём разница между нефтеперерабатывающим заводом и биорефинерией?

Традиционный нефтеперерабатывающий завод использует ископаемое сырьё, такое как сырая нефть, для производства топлива и нефтехимической продукции, тогда как биорефинерия использует в качестве сырья возобновляемую биомассу. Биорефинерии предназначены для поддержки экологически устойчивой экономики замкнутого цикла путём преобразования биологических ресурсов и потоков отходов в возобновляемое топливо, химические вещества, материалы и энергию.