Ултразвучна екстракција шећера из козета шећерне репе
Ултразвучна екстракција повећава принос екстраховане сахарозе из косета шећерне репе и значајно смањује трајање процеса екстракције. Соникација је једноставна и безбедна техника, која се лако може комбиновати са тренутном технологијом екстракције противструјног тока како би се побољшала ефикасност екстракције.
Ултразвучна екстракција козете шећерне репе
Екстракција уз помоћ ултразвука заснива се на принципу рада акустичне или ултразвучне кавитације. Механички ефекти, који настају ултразвучно индукованом кавитацијом, изазивају сонопорацију и нарушавање ћелијских зидова, што последично повећава пропустљивост молекула заробљених у унутрашњости ћелије. Кавитационо изазвано струјање течности и микротурбуленције побољшавају пренос масе процеса екстракције, тако да се сахароза и други молекули преносе у растварач, односно воду.
Ултрасоницатор УИП4000хдТ за индустријску екстракцију шећерне репе.
- Ултразвучни предтретман (пре противструјног торња)
- Соникација током противструјне екстракције
- Ултразвучни накнадни третман (након контраструјног торња)
У зависности од постојећег постројења за екстракцију, производних циљева и расположивог простора, соникација се може лако накнадно уградити као пре- или накнадни третман, као и током екстракције противструјног тока.
Ултразвучни предтретман косета од шећерне репе
Ултразвучна предтретман козета шећерне репе је техника која интензивира процес. Ултразвучни екстрактори се лако могу комбиновати са кулама за екстракцију противструјног тока, који се углавном користе за екстракцију шећерне репе. Кратка соникација косета шећерне репе пре него што уђу у систем за екстракцију против струје помаже да се поремете и отворе ћелијски зидови. Ултразвучна обрада промовише пренос масе између растварача (тј. воде) и козета репе, тако да се интрацелуларни молекули као што је сахароза преносе из унутрашњости ћелије у растварач. Ултразвучна предтретман косета шећерне репе олакшава и убрзава екстракцију сахарозе у колони противструјног протока.
СЕМ (200×) узорака козета шећерне репе соникираних на 400 В на 50°Ц за различито време екстракције. А) противструјни ток екстракције косета; Б) после УАЕ 10 мин; Ц) после УАЕ 20 мин; Д) после УАЕ 40 мин. Ултразвучна екстракција ремети ћелијске зидове и ослобађа интрацелуларни материјал.
(©Лу ет ал., 2013)
Поређење ултразвучне и контраструјне екстракције
Фу ет ал. (2013) упоредили су традиционалну екстракцијску струју са ултразвучном екстракцијом сахарозе из козете шећерне репе. Резултати студије су показали да је соникација резултирала већим приносом врхунске чистоће, док је време екстракције значајно смањено са 70 мин. (противструја) до 40 мин. (сонификација). Ултразвучно потпомогнута екстракција (УАЕ) резултира нижом концентрацијом колоидних нечистоћа (нарочито пектина) и даје већи принос сахарозе (94,0±0,15%). Екстраховани сок високе чистоће (92,6±0,11%). (уп. Фу ет ал., 2013)
Пошто су погони за производњу шећера већ опремљени конвенционалним контраструјним торњевима за екстракцију, генерално се фаворизује комбинација синергистичке соникације са постојећом инсталацијом. Да би се ултразвучна екстракција сахарозе применила на најефикаснији и временски најефикаснији начин, ултразвучна екстракција се може инсталирати као синергистички третман пре, током или после конвенционалне екстракције противструјног тока. Како ултразвук омета ћелије шећерне репе и ослобађа сахарозу из ћелија, трајање третмана противструјним протоком може се смањити, док је принос сахарозе повећан.
- Убрзани процес
- већи приноси
- интензивирање процеса
- Синергетски ефекти са противструјним системима
- лако накнадно монтирање
- Једноставно тестирање
- линеарна скалабилност
- минимално одржавање
- Брзи РОИ
Ултразвучни екстрактори високих перформанси
Системи за екстракцију компаније Хиелсцхер Ултрасоницс се користе широм света у храни и фармацији за комерцијалну производњу висококвалитетних екстраката који се користе као прехрамбени производи, дијететски суплементи или фармацеутски производи. Без обзира да ли желите да тестирате и оптимизујете параметре ултразвучне обраде на врхунском нивоу или да инсталирате потпуно индустријски ултразвучни систем екстракције за инлине производњу, Хиелсцхер Ултрасоницс има одговарајуће подешавање ултразвучне екстракције за вас. Мали отисак и флексибилне опције инсталације омогућавају накнадну монтажу чак и у претрпаном објекту за обраду.
Стандардизација процеса са Хиелсцхер Ултрасоницс
Прехрамбени производи треба да се производе у складу са добром произвођачком праксом (ГМП) и према стандардизованим спецификацијама за прераду. Дигитални системи за екстракцију компаније Хиелсцхер Ултрасоницс долазе са интелигентним софтвером, који олакшава прецизно подешавање и контролу процеса соникације. Аутоматско снимање података записује све ултразвучне параметре процеса као што су ултразвучна енергија (укупна и нето енергија), амплитуда, температура, притисак (када су сензори температуре и притиска монтирани) са датумом и временском ознаком на уграђеној СД картици. Ово вам омогућава да ревидирате сваку ултразвучно обрађену серију. Истовремено се обезбеђује поновљивост и континуирано висок квалитет производа.
Hielscher Ultrasonics’ индустријски ултразвучни процесори могу да испоруче веома велике амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде. Робусност Хиелсцхерове ултразвучне опреме омогућава 24/7 рад у тешким условима иу захтевним окружењима.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
| Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
| 10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
| на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
| на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Ултразвучни хомогенизатори велике снаге из лаб до пилот и индустријским Скала.
Литература / Референце
- 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.
Чињенице које вреди знати
Производња шећера
Сахароза, позната и као стони шећер, углавном се производи од шећерне трске и шећерне репе (Бета вулгарис). Шећер, тј. сахароза, екстрахује се из цвекле коришћењем топле воде у процесу у више корака, где се сирови сок од шећера екстрахује дифузијом топле воде у систему противструјног тока. Након тога, шећерни сок се концентрише под вакуумом, након чега следи циклично прање и на крају сушење.
После жетве, корен репе се транспортује у постројење за прераду шећера, где се репа опере и затим механички сече на танко исечене траке, такозване козете. Козете се убацују у систем за екстракцију противструјног тока. Противструјни систем ради дифузијом и испира садржај шећера из косета у топлу воду.
Противструјни дифузиони системи су дуги реактори или високи торњеви/стубови од неколико метара у којима козете теку у једном правцу (нагоре), док топла вода тече у супротном смеру (низводно). Модерна постројења за екстракцију у торњу имају капацитет прераде до 17.000 метричких тона дневно. Типично време задржавања козета у противструјном торњу је прибл. 90 мин., док вода остаје само 45 мин. у колони дифузора. Главна предност система противструјног протока је смањена употреба воде у поређењу са мацерацијом шећерне репе у реактору са топлом водом. Раствор шећерног сока који се производи у систему противструјне дифузије назива се сирови сок. Боја сировог сока може да варира између црне до тамно црвене у зависности од нивоа оксидације.
Потрошена козета излази из дифузионог система као пулпа са цца. 95% влаге, али низак садржај сахарозе.
Влажна пулпа се притисне вијчаном пресом до прибл. 75% влаге за опоравак преостале сахарозе из пулпе.
Преостала пулпа се суши и користи углавном као сточна храна.
Карбонација се примењује да би се уклониле нечистоће из сировог сока пре него што се исталожи до кристала шећера. Због тога се сирови сок помеша са врелим млеком креча, односно суспензијом калцијум хидроксида у води. Током карбонатације долази до таложења нечистоћа као што су сулфати, фосфати, цитрати и оксалати. Они се таложе у облику калцијумових соли и већих органских молекула, нпр. протеина, пектина и сапонина. Поред тога, алкална пХ вредност претвара једноставне шећере глукозу и фруктозу заједно са аминокиселином глутамином у хемијски стабилне карбоксилне киселине, које се касније могу уклонити филтрацијом, јер би ти молекули ометали кристализацију.
У следећем кораку процеса, угљен-диоксид се пропушта кроз алкални раствор шећера, преципитирајући креч као калцијум карбонат. Честице калцијум карбоната везују неке нечистоће. Тешке честице се таложе у резервоару и могу се уклонити филтрацијом. Након ових корака пречишћавања и чишћења добија се такозвани ретки сок. Танки сок се може третирати сода пепелом да би се подесила пХ вредност, као и једињењем на бази сумпора да би се смањило бојење, које може настати услед термичке разградње моносахарида.
Испаравање се користи за концентрисање танког сока коришћењем система за испаравање са вишеструким дејством, тако да се ретки сок претвара у густ сок. Густи сок има прибл. 60% сахарозе по тежини.
У завршном кораку, густи сок се третира у кристализаторима. Додавањем и растварањем рециклираног шећера настаје такозвана матична течност. Матична течност се даље концентрише кључањем под вакуумом у великим посудама, познатим као вакум тигањи, а као место засијавања додају се врло фини кристали шећера. Ови кристали расту како се око њих формира шећер из матичне течности. Добијена мешавина кристала шећера/сирупа назива се масецуит, што француски израз значи “кувана маса”. Масекут се убацује у центрифугу, где се центрифугалном силом уклања "Хигх Греен сируп" из масецуита. Након центрифугирања, вода се затим распршује у центрифугу да се исперу кристали шећера, чиме се производи такозвани „Лов Греен сируп“. Центрифуга се затим окреће веома великом брзином да би делимично осушила кристале. Када се центрифуга успори, шећер се струже са зидова центрифуге на систем транспортера да би се шећер транспортовао у ротациони гранулатор где се суши топлим ваздухом. Суви, чисти кристали шећера спремни су за продају рафинеријама или произвођачима хране за даљу обраду или употребу.