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.
(©Lu 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
Ekstrakcijski sistemi Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo v živilski in farmacevtski industriji za komercialno proizvodnjo visokokakovostnih izvlečkov, ki se uporabljajo kot živila, prehranska dopolnila ali farmacevtski izdelki. Ne glede na to, ali želite preizkusiti in optimizirati parametre ultrazvočne obdelave na ravni ali namestiti popolnoma industrijski ultrazvočni ekstrakcijski sistem za inline proizvodnjo, ima Hielscher Ultrasonics za vas ustrezno nastavitev ultrazvočne ekstrakcije. Majhen odtis stopala in prilagodljive možnosti namestitve omogočajo naknadno opremljanje tudi v natrpanem predelovalnem obratu.
Standardizacija procesov s Hielscher Ultrasonics
Živilski proizvodi morajo biti proizvedeni v skladu z dobro proizvodno prakso in standardiziranimi specifikacijami predelave. Digitalni sistemi za ekstrakcijo Hielscher Ultrasonics so opremljeni z inteligentno programsko opremo, ki omogoča enostavno nastavitev in natančno krmiljenje postopka ultrazvočnega razbijanja. Samodejno snemanje podatkov zapiše vse ultrazvočne procesne parametre, kot so ultrazvočna energija (skupna in neto energija), amplituda, temperatura, tlak (ko so nameščeni senzorji temperature in tlaka) z datumom in časovnim žigom na vgrajeni SD kartici. To vam omogoča, da pregledate vsako ultrazvočno obdelano serijo . Hkrati je zagotovljena ponovljivost in stalno visoka kakovost izdelkov.
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.
- 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.
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”. Masekuit se dotakne v centrifugo, kjer se "High Green sirup" odstrani iz masekuita s centrifugalno silo. Po centrifikaciji se voda nato razprši v centrifugo, da se sperejo kristali sladkorja, pri čemer nastane tako imenovani "nizko zeleni sirup". Centrifuga se nato vrti z zelo visokimi hitrostmi, da delno posuši kristale. Ko se centrifuga upočasni, se sladkor strgajo s sten centrifuge na transportni sistem, da se sladkor prenese v rotacijski granulator, kjer se posuši s toplim zrakom. Suhi, čisti kristali sladkorja so pripravljeni za prodajo rafinerijam ali proizvajalcem hrane za nadaljnjo obdelavo ali uporabo.