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.
(©Fu et al., 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
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.
Стандардизација процеса са Хиелсцхер Ултрасоницс
Prehrambeni proizvodi treba da budu proizvedeni u skladu sa dobrim proizvodnim praksama (GMP) i pod standardizovanim specifikacijama za preradu. Hielscher ultrazvuk’ Digitalni sistemi za ekstrakciju dolaze sa inteligentnim softverom, što olakšava precizno podešavanje i kontrolu procesa ultrazvuka. Automatsko snimanje podataka zapisuje sve ultrazvučne procesne parametre kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura, pritisak (kada su montirani senzori temperature i pritiska) sa datumom i vremenom na ugrađenoj SD kartici. To vam omogućava da revidirate svaku ultrazvučno obrađenu partiju. Istovremeno, obezbeđena je ponovljivost i kontinuirano visok kvalitet proizvoda.
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.
- 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.
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”. 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.