Ultrazvočna ekstrakcija sladkorja iz sladkorne pese
Ultrazvočna ekstrakcija poveča donos ekstrahirane saharoze iz sladkorne pese in znatno skrajša trajanje postopka ekstrakcije. Sonication je preprosta in varna tehnika, ki jo je mogoče enostavno kombinirati s trenutno tehnologijo ekstrakcije s protitokom, da bi izboljšali učinkovitost ekstrakcije.
Ultrazvočna ekstrakcija sladkorne pese Cossette
Ekstrakcija z ultrazvokom temelji na principu delovanja akustične ali ultrazvočne kavitacije. Mehanski učinki, ki jih povzroča ultrazvočno inducirana kavitacija, povzročajo sono-poracijo in motnje celičnih sten, kar posledično poveča prepustnost molekul, ujetih v notranjost celice. Kavitacijsko povzročeno pretok tekočine in mikroturbulence izboljšajo prenos mase v procesu ekstrakcije, tako da se saharoza in druge molekule prenesejo v topilo, tj. vodo.
Ultrazvočni aparat UIP4000hdT za industrijsko pridobivanje sladkorne pese.
- Ultrazvočna predobdelava (pred protitokovnim stolpom)
- Sonication med ekstrakcijo protitoka
- Ultrazvočna naknadna obdelava (po protitokovnem stolpu)
Odvisno od obstoječega objekta za ekstrakcijo, proizvodnih ciljev in razpoložljivega prostora se lahko ultrazvočno razbijanje enostavno naknadno namesti kot predobdelava ali naknadna obdelava ter med ekstrakcijo s protitokom.
Ultrazvočna predobdelava sladkorne pese
Ultrazvočna predobdelava kozet sladkorne pese je tehnika za intenziviranje procesa. Ultrazvočne ekstraktorje je mogoče enostavno kombinirati s protitokovnimi ekstrakcijskimi stolpi, ki se uporabljajo predvsem za ekstrakcijo sladkorne pese. Kratka ultrazvočna razbijanje sladkorne pese, preden vstopijo v sistem za ekstrakcijo nasprotnega toka, pomaga motiti in odpreti celične stene. Ultrasonication spodbuja prenos mase med topilom (tj. Vodo) in pesnimi kositami, tako da se znotrajcelične molekule, kot je saharoza, prenesejo iz notranjosti celice v topilo. Ultrazvočna predobdelava sladkorne pese olajša in pospeši ekstrakcijo saharoze v protitokovnem pretočnem stolpcu.
SEM (200×) vzorcev sladkorne pese, sonikiranih pri 400 W pri 50 °C za različen čas ekstrakcije. A) protitok pri ekstrakciji kozet; B) po ZAE za 10 min; C) po ZAE za 20 min; D) po ZAE za 40 min. Ultrazvočna ekstrakcija moti celične stene in sprošča znotrajcelični material.
(©Fu et al., 2013)
Primerjava ultrazvočne in protitokovne ekstrakcije
(2013) primerjali tradicionalno ekstrakcijo protitoka z ultrazvočno ekstrakcijo saharoze iz sladkorne pese. Rezultati študije so pokazali, da je ultrazvočna obdelava povzročila večji donos vrhunske čistosti, medtem ko se je čas ekstrakcije znatno zmanjšal s 70 min (protitok) na 40 min (ultrazvočno razbijanje). Ultrazvočno podprta ekstrakcija (ZAE) povzroči nižjo koncentracijo koloidnih nečistoč (zlasti pektinov) in daje višji donos saharoze (94,0±0,15%). Ekstrahirani sok visoke čistosti (92,6±0,11%). (prim. Fu et al., 2013)
Ker so obrati za proizvodnjo sladkorja že opremljeni s konvencionalnimi stolpi za ekstrakcijo s protitokom, je na splošno naklonjena kombinacija sinergistične ultrazvočne razbijanje z obstoječo napravo. Da bi uporabili ultrazvočno ekstrakcijo saharoze na najbolj stroškovno in časovno učinkovit način, se lahko ultrazvočna ekstrakcija namesti kot sinergistična obdelava pred, med ali po običajni ekstrakciji protitokovnega toka. Ker ultrazvočna obdelava moti celice sladkorne pese in sprošča saharozo iz celic, se lahko trajanje protitokovnega zdravljenja skrajša, medtem ko se poveča donos saharoze.
- Pospešen proces
- Višji donos
- intenzifikacija procesov
- Sinergijski učinki s protitokovnimi sistemi
- enostavno naknadno opremljanje
- Enostavno testiranje
- linearna razširljivost
- nizko vzdrževanje
- Hitra donosnost naložbe
Visoko zmogljivi ultrazvočni ekstraktorji
Hielscher Ultrasonics’ extraction systems are used worldwide in food and pharma for the commercial production of high quality extracts used as food products, dietary supplements or pharmaceuticals. Wether you want to test and optimise ultrasonic processing parameters on bench-top level or install a fully-industrial ultrasonic extraction system for inline production, Hielscher Ultrasonics has the suitable ultrasonic extraction setup for you. A small foot print and flexible installation options allow for retro-fitting even in a crammed processing facility.
Standardizacija procesov s Hielscher Ultrasonics
Živilski proizvodi morajo biti proizvedeni v skladu z dobro proizvodno prakso (GMP) in standardiziranimi specifikacijami predelave. Hielscher Ultrasonics’ digitalni ekstrakcijski sistemi so opremljeni z inteligentno programsko opremo, ki omogoča natančno nastavitev in nadzor postopka sonikacije. Samodejno beleženje podatkov na vgrajeno kartico SD zapiše vse parametre ultrazvočnega procesa, kot so ultrazvočna energija (skupna in neto energija), amplituda, temperatura, tlak (če sta nameščena senzorja temperature in tlaka) z datumskim in časovnim žigom. To vam omogoča pregled vsake ultrazvočno obdelane serije. Hkrati sta zagotovljeni ponovljivost in stalno visoka kakovost izdelka.
Hielscher Ultrasonics’ Industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Ultrazvočni homogenizatorji visoke moči iz laboratorij k Pilot in industrijska lestvica.
Literatura / Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
proizvodnja sladkorja
Saharoza, znana tudi kot namizni sladkor, se proizvaja predvsem iz sladkornega trsa in sladkorne pese (Beta vulgaris). Sladkor, tj. saharoza, se ekstrahira iz pese z vročo vodo v večstopenjskem postopku, kjer se surovi sladkorni sok ekstrahira v difuziji vroče vode v sistemu protitoka. Nato se sladkorni sok koncentrira v vakuumu, sledi ciklično pranje in končno sušenje.
Po žetvi se korenine pese prepeljejo v obrat za predelavo sladkorja, kjer se pesa opere in nato mehansko razreže na tanko narezane trakove, tako imenovane cossettes. Kozete se dovajajo v sistem za odvajanje protitokovnega toka. Nasprotni sistem deluje z difuzijo in izlužuje vsebnost sladkorja iz kozet v vročo vodo.
Protitočni difuzijski sistemi so dolgi reaktorji ali visoki stolpi / stebri več metrov, v katerih kozete tečejo v eno smer (navzgor), medtem ko vroča voda teče v nasprotni smeri (navzdol). Sodobne stolpne ekstrakcijske naprave imajo predelovalno zmogljivost do 17.000 ton na dan. Tipičen retencijski čas kozet v protitokovnem stolpu je približno 90 min., medtem ko voda ostane le 45 min. v difuzorskem stolpu. Glavna prednost sistemov protitoka je zmanjšana poraba vode v primerjavi z maceracijo sladkorne pese v vročovodnem reaktorju. Raztopina sladkornega soka, ki nastaja v protitokovnem difuzijskem sistemu, se imenuje surovi sok. Barva surovega soka se lahko spreminja od črne do temno rdeče, odvisno od stopnje oksidacije.
Izrabljene kosete izstopijo iz difuzijskega sistema kot celuloza s približno 95% vlage, vendar nizko vsebnostjo saharoze.
Vlažna celuloza se stisne z vijačno stiskalnico na približno 75% vlage, da se iz celuloze povrne preostala saharoza.
Preostala celuloza se posuši in uporablja predvsem kot živalska krma.
Karbonatacija se uporablja za odstranjevanje nečistoč iz surovega soka, preden se lahko obori v kristale sladkorja. Zato se surovi sok zmeša z vročim apnenim mlekom, tj. Suspenzijo kalcijevega hidroksida v vodi. Med karbonatacijo se oborijo nečistoče, kot so sulfati, fosfati, citrat in oksalati. Oborijo se v obliki kalcijevih soli in večjih organskih molekul, npr. beljakovin, pektinov in saponinov. Poleg tega alkalna pH vrednost pretvori preproste sladkorje glukozo in fruktozo skupaj z aminokislino glutaminom v kemično stabilne karboksilne kisline, ki jih je mogoče kasneje odstraniti s filtracijo, saj bi te molekule ovirale kristalizacijo.
V naslednjem koraku postopka se ogljikov dioksid mehurčka skozi alkalno raztopino sladkorja, pri čemer se apno obori kot kalcijev karbonat. Delci kalcijevega karbonata vežejo nekaj nečistoč. Težki delci se usedejo v rezervoar in jih je mogoče odstraniti s filtracijo. Po teh korakih čiščenja in čiščenja dobimo tako imenovani tanek sok. Tanek sok lahko obdelamo s natrijevim karbonatom, da se prilagodi pH vrednost, kot tudi s spojino na osnovi žvepla, da se zmanjša obarvanost, ki se lahko pojavi zaradi toplotne razgradnje monosaharidov.
Izhlapevanje se uporablja za koncentriranje tankega soka z uporabo sistemov za izhlapevanje z večkratnim učinkom, tako da se tanek sok spremeni v gost sok. Gost sok ima približno 60% saharoze po teži.
V zadnjem koraku se gost sok obdela v kristalizatorjih. Z dodajanjem in raztapljanjem recikliranega sladkorja nastane tako imenovana matična lužnica. Matična lužnica se nadalje koncentrira z vrenjem v vakuumu v velikih posodah, znanih kot vakuumske posode, in kot sejalna mesta se dodajo zelo fini kristali sladkorja. Ti kristali rastejo, ko se okoli njih oblikuje sladkor iz matične lužnice. Nastala mešanica kristalov sladkorja / sirupa se imenuje masekuit, francoski izraz, ki pomeni “kuhana masa”. The massecuite is fed into a centrifuge, where the “High Green syrup” is removed from the massecuite by centrifugal force. After a centrifucagtion, water is then sprayed into the centrifuge to wash the sugar crystals, which produces a so-called “Low Green syrup”. The centrifuge then spins at very high speeds to partially dry the crystals. When the centrifuge slows down, the sugar is scraped from centrifuge walls onto a conveyer system to transport the sugar into a rotation granulator where it is dried by warm air. The dry, clean sugar crystals are ready to be sold to refineries or food manufacturers for further treatment or use.