Ултразвучна екстракција шећера из резанаца шећерне репе
Ултразвучна екстракција повећава принос сахарозе екстраховане из резанаца шећерне репе и значајно скраћује трајање процеса екстракције. Соникација је једноставна и безбедна техника која се лако може комбиновати са постојећом технологијом екстракције у противструјном току ради побољшања ефикасности екстракције.
Ултразвучна екстракција из резанаца шећерне репе
Екстракција потпомогнута ултразвуком заснива се на принципу деловања акустичне или ултразвучне кавитације. Механички ефекти настали услед кавитације изазване ултразвуком доводе до сонопорације и разарања ћелијских зидова, што затим повећава њихову пропустљивост за молекуле заробљене у унутрашњости ћелије. Струјање течности и микротурбуленције изазвани кавитацијом побољшавају пренос масе у процесу екстракције, тако да сахароза и други молекули прелазе у растварач, тј. воду.
Ултразвучни уређај UIP4000hdT за индустријску екстракцију из шећерне репе.
- Ултразвучни предтретман (пре противструјног торња)
- Соникација током противструјне екстракције
- Ултразвучни накнадни третман (после противструјног торња)
У зависности од постојећег постројења за екстракцију, производних циљева и расположивог простора, соникација се лако може накнадно интегрисати као предтретман или накнадни третман, као и током екстракције у противструјном току.
Ултразвучни предтретман резанаца шећерне репе
Ултразвучни предтретман резанаца шећерне репе представља технику интензификације процеса. Ултразвучни екстрактори могу се лако комбиновати са торњевима за екстракцију у противструјном току, који се углавном користе за екстракцију из шећерне репе. Кратка соникација резанаца шећерне репе пре њиховог уласка у систем за противструјну екстракцију помаже у разарању и отварању ћелијских зидова. Ултразвучни третман подстиче пренос масе између растварача (тј. воде) и резанаца репе, тако да унутарћелијски молекули, попут сахарозе, прелазе из унутрашњости ћелије у растварач. Ултразвучни предтретман резанаца шећерне репе олакшава и убрзава екстракцију сахарозе у колони са противструјним током.
Снимци скенирајућим електронским микроскопом (SEM, 200×) узорака резанаца шећерне репе соницираних при 400 W и 50°C током различитих времена екстракције. A) екстракција резанаца у противструјном току; B) после 10 min екстракције потпомогнуте ултразвуком (UAE); C) после 20 min UAE; D) после 40 min UAE. Ултразвучна екстракција разара ћелијске зидове и ослобађа унутарћелијски материјал.
(©Fu et al., 2013)
Поређење ултразвучне и противструјне екстракције
Fu и сарадници (2013) упоредили су традиционалну екстракцију у противструјном току са ултразвучном екстракцијом сахарозе из резанаца шећерне репе. Резултати истраживања показали су да је соникација довела до већег приноса и веће чистоће, док је време екстракције значајно скраћено са 70 min. (противструјна екстракција) на 40 min. (соникација). Екстракција потпомогнута ултразвуком (UAE) доводи до ниже концентрације колоидних нечистоћа (нарочито пектина) и даје већи принос сахарозе (94,0±0,15%). Екстраховани сок је високе чистоће (92,6±0,11%). (уп. Fu и сарадници, 2013)
Пошто су постројења за производњу шећера већ опремљена конвенционалним торњевима за противструјну екстракцију, углавном се предност даје комбиновању синергистичке соникације са постојећом инсталацијом. Да би се ултразвучна екстракција сахарозе применила на најисплативији и временски најефикаснији начин, она се може интегрисати као синергистички третман пре, током или после конвенционалне екстракције у противструјном току. Пошто соникација разара ћелије шећерне репе и ослобађа сахарозу из њих, трајање третмана у противструјном току може се скратити, уз истовремено повећање приноса сахарозе.
- Убрзан процес
- Већи приноси
- Интензификација процеса
- Синергистички ефекти са противструјним системима
- Лака накнадна уградња
- Једноставно испитивање
- Линеарно повећање размера процеса
- Мали захтеви за одржавање
- Брз повраћај инвестиције
Ултразвучни екстрактори високих перформанси
Системи за екстракцију компаније Hielscher Ultrasonics користе се широм света у прехрамбеној и фармацеутској индустрији за комерцијалну производњу висококвалитетних екстраката који се користе као прехрамбени производи, додаци исхрани или фармацеутски производи. Било да желите да испитате и оптимизујете параметре ултразвучне обраде на лабораторијском столу или да инсталирате потпуно индустријски систем за ултразвучну екстракцију за производњу у протоку, Hielscher Ultrasonics има одговарајућу конфигурацију за ултразвучну екстракцију за вас. Мала површина коју опрема заузима и флексибилне могућности уградње омогућавају накнадну уградњу чак и у скученом производном погону.
Стандардизација процеса уз Hielscher Ultrasonics
Производи прехрамбеног квалитета треба да се производе у складу са добром произвођачком праксом (GMP) и према стандардизованим спецификацијама обраде. Дигитални системи за екстракцију компаније Hielscher Ultrasonics испоручују се са интелигентним софтвером који олакшава прецизно подешавање и контролу процеса соникације. Аутоматско бележење података уписује све параметре ултразвучног процеса, као што су ултразвучна енергија (укупна и нето енергија), амплитуда, температура и притисак (када су уграђени сензори температуре и притиска), са датумском и временском ознаком на уграђену SD картицу. То вам омогућава да проверите сваку ултразвучно обрађену шаржу. Истовремено су обезбеђени поновљивост и стално висок квалитет производа.
Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома високе амплитуде. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7. За још веће амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Ултразвучни хомогенизатори велике снаге од лабораторијског до пилотског и индустријског обима.
Литература / Референце
- 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.
Корисне чињенице
Производња шећера
Сахароза, позната и као стони шећер, углавном се производи од шећерне трске и шећерне репе (Beta vulgaris). Шећер, тј. сахароза, екстрахује се из репе топлом водом у вишестепеном процесу, при чему се сирови шећерни сок добија дифузијом у топлој води у систему са противструјним током. Након тога, шећерни сок се концентрише под вакуумом, а затим следе циклично испирање и, на крају, сушење.
Након вађења, коренови репе транспортују се у фабрику за прераду шећера, где се репа пере, а затим механички сече на танке траке, такозване резанце. Резанци се уводе у систем за противструјну екстракцију. Противструјни систем ради на принципу дифузије и излужује шећер из резанаца у топлу воду.
Противструјни дифузиони системи су дугачки реактори или високи торњеви / колоне висине неколико метара у којима се резанци крећу у једном смеру (навише), док топла вода тече у супротном смеру (наниже). Савремена постројења за екстракцију у торњевима имају капацитет прераде до 17.000 метричких тона дневно. Типично време задржавања резанаца у противструјном торњу износи приближно 90 мин., док вода остаје само 45 мин. у дифузионој колони. Главна предност система са противструјним током је смањена потрошња воде у поређењу са мацерацијом шећерне репе у реактору са топлом водом. Раствор шећерног сока који се добија у противструјном дифузионом систему назива се сирови сок. Боја сировог сока може варирати од црне до тамноцрвене, у зависности од степена оксидације.
Излужени резанци напуштају дифузиони систем као пулпа са приближно 95% влаге, али ниским садржајем сахарозе.
Влажна пулпа се пресује пужном пресом до приближно 75% влаге како би се из ње издвојила преостала сахароза.
Преостала пулпа се суши и користи углавном као сточна храна.
Сатурација се примењује за уклањање нечистоћа из сировог сока пре него што се из њега исталоже кристали шећера. У ту сврху, сирови сок се меша са топлим кречним млеком, тј. суспензијом калцијум-хидроксида у води. Током сатурације таложе се нечистоће као што су сулфати, фосфати, цитрат и оксалати. Оне се таложе у облику калцијумових соли и већих органских молекула, нпр. протеина, пектина и сапонина. Поред тога, алкална pH вредност доводи до претварања простих шећера глукозе и фруктозе, 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 уводи у облику мехурића кроз алкални раствор шећера, при чему се креч таложи 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. Ретки сок се може третирати калцинисаном содом ради подешавања pH вредности, као и једињењем на бази сумпора ради смањења обојења које може настати услед термичког разлагања моносахарида.
Испаравање се користи за концентрисање ретког сока у вишестепеним испаривачким системима, тако да се ретки сок претвара у густи сок. Густи сок садржи приближно 60% сахарозе по маси.
У завршном кораку, густи сок се обрађује у кристализаторима. Додавањем и растварањем шећера враћеног у процес добија се такозвани матични раствор. Матични раствор се даље концентрише кључањем под вакуумом у великим судовима, познатим као вакуум-апарати, а веома ситни кристали шећера додају се као језгра кристализације. Ови кристали расту док се шећер из матичног раствора формира око њих. Добијена смеша кристала шећера / сирупа назива се шећеровина, односно massecuite, што је француски израз који значи „кувана маса“. Шећеровина се уводи у центрифугу, где се „високи зелени сируп“ уклања из шећеровине центрифугалном силом. Након центрифугирања, у центрифугу се распршује вода ради испирања кристала шећера, чиме настаје такозвани „ниски зелени сируп“. Центрифуга се затим окреће веома великом брзином како би се кристали делимично осушили. Када центрифуга успори, шећер се саструже са њених зидова на транспортни систем који га преноси у ротациони гранулатор, где се суши топлим ваздухом. Суви, чисти кристали шећера спремни су за продају рафинеријама или произвођачима хране ради даље обраде или употребе.