Ultraljud utvinning av socker från sockerbetor Cossettes
Ultraljudsextraktion förbättrar utbytet av extraherad sackaros från sockerbetor cossettes och minskar extraktionsprocessens varaktighet avsevärt. Ultraljudsbehandling är en enkel och säker teknik, som enkelt kan kombineras med den nuvarande motströmsflödesextraktionstekniken för att förbättra extraktionseffektiviteten.
Ultraljud Sockerbetor Cossette Extraktion
Ultraljudsassisterad extraktion är baserad på arbetsprincipen för akustisk eller ultraljudskavitation. De mekaniska effekterna, som genereras av ultraljudsinducerad kavitation, orsakar sono-poration och störning av cellväggar, vilket därefter ökar permeabiliteten hos molekyler som är instängda i cellens inre. Kavitationsorsakad vätskeströmning och mikroturbulens förbättrar massöverföringen i extraktionsprocessen, så att sackaros och andra molekyler överförs till lösningsmedlet, dvs. vattnet.
Ultraljudsapparat UIP4000hdT för industriell utvinning av sockerbetor.
- Ultraljudsförbehandling (före motströmstornet)
- Ultraljudsbehandling under motströmsextraktion
- Ultraljudsefterbehandling (efter motströmstornet)
Beroende på den befintliga extraktionsanläggningen, produktionsmål och tillgängligt utrymme, kan ultraljudsbehandling enkelt eftermonteras som för- eller efterbehandling samt under motströmsflödesextraktion.
Ultraljud förbehandling av sockerbetor cossettes
Ultraljudsförbehandling av sockerbetor är en processintensifierande teknik. Ultraljudsutsug kan enkelt kombineras med motströmsflödesextraktionstorn, som främst används för extraktion av sockerbetor. En kort ultraljudsbehandling av sockerbetorna innan de kommer in i motströmsutvinningssystemet hjälper till att störa och öppna cellväggarna. Ultraljud främjar massöverföring mellan lösningsmedel (dvs vatten) och betor cossettes, så att de intracellulära molekyler såsom sackaros överförs från cellens inre till lösningsmedlet. Ultraljudsförbehandlingen av sockerbetor underlättar och påskyndar sackarosextraktionen i motströmsflödeskolonnen.
SEM (200×) av sockerbetskrossetteprover sonikerade vid 400 W vid 50 °C för olika extraktionstid. A) motströmsflöde av cossettes-extraktion; B) efter Förenade Arabemiraten i 10 minuter; C) efter Förenade Arabemiraten i 20 minuter; D) efter Förenade Arabemiraten i 40 min. Ultraljudsextraktion stör cellväggarna och frigör det intracellulära materialet.
(©Fu m.fl., 2013)
Jämförelse av ultraljud vs motströmsextraktion
Fu et al. (2013) jämförde den traditionella motströmsflödesextraktionen med ultraljudsextraktion av sackaros från sockerbetskorvetten. Resultaten av studien visade att ultraljudsbehandling resulterade i högre utbyte av överlägsen renhet, medan extraktionstiden minskade avsevärt från 70 minuter (motström) till 40 minuter (ultraljudsbehandling). Ultraljudsassisterad extraktion (UAE) resulterar i en lägre kolloidal föroreningskoncentration (särskilt pektiner) och ger ett högre sackarosutbyte (94,0±0,15%). Den extraherade saften med hög renhet (92,6±0,11%). (jfr Fu et al., 2013)
Eftersom sockerproduktionsanläggningar redan är utrustade med konventionella motströmsextraktionstorn, är kombinationen av synergistisk ultraljudsbehandling med den befintliga installationen i allmänhet att föredra. För att tillämpa ultraljudssackarosextraktion på det mest kostnads- och tidseffektiva sättet kan ultraljudsextraktion installeras som synergistisk behandling före, under eller efter konventionell motströmsflödesextraktion. Eftersom ultraljudsbehandling stör sockerbetscellerna och frigör sackaros från cellerna, kan varaktigheten av motströmsflödesbehandlingen minskas, samtidigt som sackarosutbytet förbättras.
- Accelererad process
- Högre avkastning
- Intensifiering av processer
- Synergistiska effekter med motströmssystem
- Enkel eftermontering
- Enkel testning
- Linjär skalbarhet
- Lågt underhåll
- Snabb ROI
Högpresterande ultraljudsutdragare
Hielscher Ultrasonics’ Extraktionssystem används världen över inom livsmedels- och läkemedelsindustrin för kommersiell produktion av högkvalitativa extrakt som används som livsmedel, kosttillskott eller läkemedel. Oavsett om du vill testa och optimera parametrarna för ultraljudsbehandling på laboratorienivå eller installera ett fullskaligt industriellt ultraljudsextraktionssystem för kontinuerlig produktion, har Hielscher Ultrasonics den lämpliga ultraljudsextraktionslösningen för dig. Den kompakta storleken och de flexibla installationsalternativen möjliggör eftermontering även i trånga produktionslokaler.
Processstandardisering med Hielscher Ultrasonics
Produkter av livsmedelskvalitet bör produceras i enlighet med god tillverkningssed (GMP) och enligt standardiserade bearbetningsspecifikationer. Hielscher Ultraljud’ digitala extraktionssystem levereras med intelligent programvara, vilket gör det enkelt att ställa in och styra ultraljudsprocessen exakt. Automatisk datainspelning skriver alla ultraljudsprocessparametrar som ultraljudsenergi (total och nettoenergi), amplitud, temperatur, tryck (när temp- och trycksensorer är monterade) med datum- och tidsstämpel på det inbyggda SD-kortet. Detta gör att du kan revidera varje ultraljudsbehandlat parti. Samtidigt säkerställs reproducerbarhet och kontinuerligt hög produktkvalitet.
Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
| Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
| 10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
| N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudshomogenisatorer med hög effekt från labb till pilot och industriell skala.
Litteratur / Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Produktion av socker
Sackaros, även känt som bordssocker, framställs huvudsakligen av sockerrör och sockerbetor (Beta vulgaris). Socker, d.v.s. sackaros, utvinns ur rödbetor med hjälp av varmt vatten i en process i flera steg, där råsockersaft extraheras i en varmvattendiffusion i ett motströmsflödessystem. Därefter koncentreras sockersaften under vakuum, följt av cyklisk tvätt och slutligen torkning.
Efter skörden transporteras betorna till sockerbearbetningsanläggningen, där betorna tvättas och sedan skärs mekaniskt i tunt skivade strimlor, så kallade cossettes. Kuddarna matas in i utsugssystemet för motströmsflöde. Motströmssystemet fungerar genom diffusion och lakar ut sockerhalten från cossetterna i varmt vatten.
Motströmsdiffusionssystemen är långa reaktorer eller höga torn / pelare på flera meter där cossetterna flyter i en riktning (uppåt) medan varmvatten strömmar i motsatt riktning (nedströms). Moderna tornutvinningsanläggningar har en bearbetningskapacitet på upp till 17 000 ton per dag. Den typiska retentionstiden för cossettes i motströmstornet är ca 90 min., medan vattnet bara stannar 45 min i diffusorkolonnen. Den största fördelen med motströmsflödessystem är den minskade vattenanvändningen jämfört med maceration av sockerbetor i en varmvattenreaktor. Sockerjuicelösningen som produceras i motströmsdiffusionssystemet kallas råjuice. Råsaftens färg kan variera från svart till mörkröd beroende på oxidationsnivån.
De förbrukade cossetterna lämnar diffusionssystemet som massa med ca 95 % fukthalt, men låg sackaroshalt.
Det fuktiga fruktköttet pressas med en skruvpress till ca 75 % fukt för att återvinna kvarvarande sackaros från fruktköttet.
Det återstående fruktköttet torkas och används främst som djurfoder.
Karbonatisering används för att avlägsna föroreningar från råsaft innan den kan fällas ut till sockerkristaller. Därför blandas råsaften med varm mjölk av kalk, dvs. en suspension av kalciumhydroxid i vatten. Under karbonatiseringen fälls föroreningar som sulfater, fosfater, citrat och oxalater ut. De fälls ut i form av kalciumsalter och större organiska molekyler, t.ex. proteiner, pektiner och saponiner. Dessutom omvandlar det alkaliska pH-värdet de enkla sockerarterna glukos och fruktos tillsammans med aminosyran glutamin till kemiskt stabila karboxylsyror, som senare kan avlägsnas via filtrering, eftersom dessa molekyler skulle störa kristalliseringen.
I följande processteg bubblas koldioxid genom den alkaliska sockerlösningen och fäller ut kalken som kalciumkarbonat. Partiklarna av kalciumkarbonat binder vissa föroreningar. De tunga partiklarna lägger sig i tanken och kan avlägsnas via filtrering. Efter dessa renings- och rengöringssteg erhålls den så kallade tunna saften. Den tunna saften kan behandlas med soda för att justera pH-värdet samt med en svavelbaserad förening för att minska färgning, vilket kan uppstå på grund av termisk nedbrytning av monosackarider.
Avdunstning används för att koncentrera den tunna saften med hjälp av avdunstningssystem med flera effekter, så att den tunna saften förvandlas till en tjock juice. Den tjocka saften har ca 60 viktprocent sackaros.
I det sista steget behandlas den tjocka saften i kristallisatorer. Genom att tillsätta och lösa upp återvunnet socker bildas en så kallad moderlut. Moderluten koncentreras ytterligare genom att kokas under vakuum i stora kärl, så kallade vakuumpannor, och mycket fin sockerkristall tillsätts som såpunkter. Dessa kristaller växer när socker från moderluten bildas runt dem. Den resulterande sockerkristall/sirapsblandningen kallas en massecuite, en fransk term som betyder “Kokt massa”. Massecuiten matas in i en centrifug, där “High Green-sirap” avlägsnas från massecuiten genom centrifugalkraft. Efter centrifugeringen sprutas vatten in i centrifugen för att skölja sockerkristallerna, vilket ger upphov till en så kallad “Låggrön sirap”. Centrifugen roterar sedan med mycket höga hastigheter för att delvis torka kristallerna. När centrifugen saktar ner skrapas sockret bort från centrifugväggarna och över på ett transportbandsystem som för det vidare till en rotationsgranulator, där det torkas med varm luft. De torra, rena sockerkristallerna är nu färdiga att säljas till raffinaderier eller livsmedelsproducenter för vidare bearbetning eller användning.