การสกัดน้ำตาลจากชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยด้วยอัลตราซาวนด์
การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มผลได้ของซูโครสที่สกัดจากชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอย และลดระยะเวลาของกระบวนการสกัดลงอย่างมีนัยสำคัญ การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคที่เรียบง่ายและปลอดภัย ซึ่งสามารถผสานเข้ากับเทคโนโลยีการสกัดแบบไหลสวนทางที่ใช้อยู่ในปัจจุบันได้อย่างง่ายดาย เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสกัด
การสกัดชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยด้วยอัลตราซาวนด์
การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยอาศัยหลักการทำงานของคาวิเทชันที่เกิดจากคลื่นเสียงหรือคลื่นอัลตราซาวนด์ ผลทางกลที่เกิดจากคาวิเทชันซึ่งเหนี่ยวนำด้วยอัลตราซาวนด์ทำให้เกิดรูพรุนด้วยคลื่นเสียงและทำให้ผนังเซลล์แตก ซึ่งส่งผลให้โมเลกุลที่ถูกกักอยู่ภายในเซลล์มีความสามารถในการซึมผ่านเพิ่มขึ้น การไหลของของเหลวและความปั่นป่วนระดับจุลภาคที่เกิดจากคาวิเทชันช่วยปรับปรุงการถ่ายเทมวลในกระบวนการสกัด ทำให้ซูโครสและโมเลกุลอื่น ๆ ถ่ายเทเข้าสู่ตัวทำละลาย ซึ่งก็คือน้ำ
เครื่องอัลตราซาวนด์ UIP4000hdT สำหรับการสกัดบีตน้ำตาลในระดับอุตสาหกรรม
- การปรับสภาพเบื้องต้นด้วยอัลตราซาวนด์ (ก่อนเข้าสู่หอสกัดแบบไหลสวนทาง)
- การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ระหว่างการสกัดแบบไหลสวนทาง
- การปรับสภาพภายหลังด้วยอัลตราซาวนด์ (หลังออกจากหอสกัดแบบไหลสวนทาง)
ขึ้นอยู่กับระบบสกัดที่มีอยู่ เป้าหมายการผลิต และพื้นที่ที่มี สามารถติดตั้งระบบอัลตราซาวนด์เพิ่มเติมได้อย่างง่ายดาย เพื่อใช้ปรับสภาพก่อนหรือหลังกระบวนการสกัด รวมทั้งใช้ระหว่างการสกัดแบบไหลสวนทาง
การปรับสภาพชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยเบื้องต้นด้วยอัลตราซาวนด์
การปรับสภาพชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยเบื้องต้นด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ สามารถผสานเครื่องสกัดอัลตราโซนิกเข้ากับหอสกัดแบบไหลสวนทาง ซึ่งใช้เป็นหลักในการสกัดบีตน้ำตาลได้อย่างง่ายดาย การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กับชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยเป็นเวลาสั้น ๆ ก่อนเข้าสู่ระบบสกัดแบบไหลสวนทางช่วยให้ผนังเซลล์แตกและเปิดออก การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ส่งเสริมการถ่ายเทมวลระหว่างตัวทำละลาย (ซึ่งก็คือน้ำ) กับชิ้นบีตหั่นฝอย ทำให้โมเลกุลภายในเซลล์ เช่น ซูโครส ถ่ายเทจากภายในเซลล์เข้าสู่ตัวทำละลาย การปรับสภาพชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยเบื้องต้นด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยให้การสกัดซูโครสในคอลัมน์แบบไหลสวนทางทำได้ง่ายขึ้นและรวดเร็วขึ้น
ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด SEM (200×) ของตัวอย่างชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยที่ผ่านการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่ 400 W และ 50°C โดยใช้ระยะเวลาสกัดต่างกัน A) การสกัดชิ้นบีตหั่นฝอยแบบไหลสวนทาง; B) หลังการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) เป็นเวลา 10 min; C) หลัง UAE เป็นเวลา 20 min; D) หลัง UAE เป็นเวลา 40 min การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ทำให้ผนังเซลล์แตกและปลดปล่อยสารภายในเซลล์
(©Fu et al., 2013)
การเปรียบเทียบการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์กับการสกัดแบบไหลสวนทาง
Fu et al. (2013) เปรียบเทียบการสกัดแบบไหลสวนทางแบบดั้งเดิมกับการสกัดซูโครสจากชิ้นบีตน้ำตาลหั่นฝอยด้วยอัลตราซาวนด์ ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ให้ผลได้สูงขึ้นและมีความบริสุทธิ์สูงกว่า ขณะที่ระยะเวลาสกัดลดลงอย่างมีนัยสำคัญจาก 70 min. (แบบไหลสวนทาง) เหลือ 40 min. (การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์) การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) ทำให้ความเข้มข้นของสิ่งเจือปนชนิดคอลลอยด์ลดลง (โดยเฉพาะเพกทิน) และให้ผลได้ของซูโครสสูงขึ้น (94.0±0.15%) น้ำสกัดที่ได้มีความบริสุทธิ์สูง (92.6±0.11%) (เทียบกับ Fu et al., 2013)
เนื่องจากโรงงานผลิตน้ำตาลมีหอสกัดแบบไหลสวนทางแบบดั้งเดิมติดตั้งอยู่แล้ว โดยทั่วไปจึงนิยมผสานการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่ให้ผลเสริมฤทธิ์เข้ากับระบบที่มีอยู่ เพื่อใช้การสกัดซูโครสด้วยอัลตราซาวนด์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุดทั้งด้านต้นทุนและเวลา สามารถติดตั้งระบบสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เพื่อเป็นกระบวนการเสริมฤทธิ์ก่อน ระหว่าง หรือหลังการสกัดแบบไหลสวนทางแบบดั้งเดิมได้ เนื่องจากการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ทำให้เซลล์บีตน้ำตาลแตกและปลดปล่อยซูโครสออกจากเซลล์ จึงสามารถลดระยะเวลาของกระบวนการแบบไหลสวนทาง พร้อมกับเพิ่มผลได้ของซูโครส
- กระบวนการรวดเร็วขึ้น
- ผลได้สูงขึ้น
- การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ
- ผลเสริมฤทธิ์ร่วมกับระบบไหลสวนทาง
- ติดตั้งเพิ่มเติมในระบบเดิมได้ง่าย
- ทดสอบได้ง่าย
- ขยายขนาดได้แบบเชิงเส้น
- ต้องการการบำรุงรักษาน้อย
- คืนทุนรวดเร็ว
เครื่องสกัดอัลตราโซนิกสมรรถนะสูง
ระบบสกัดของ Hielscher Ultrasonics ใช้กันทั่วโลกในอุตสาหกรรมอาหารและยา เพื่อผลิตสารสกัดคุณภาพสูงในเชิงพาณิชย์สำหรับใช้เป็นผลิตภัณฑ์อาหาร ผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร หรือยา ไม่ว่าคุณต้องการทดสอบและปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราซาวนด์ให้เหมาะสมที่สุดในระดับเครื่องตั้งโต๊ะ หรือติดตั้งระบบสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบสำหรับการผลิตแบบอินไลน์ Hielscher Ultrasonics มีชุดระบบสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ที่เหมาะกับคุณ ด้วยพื้นที่ติดตั้งขนาดเล็กและทางเลือกในการติดตั้งที่ยืดหยุ่น จึงสามารถติดตั้งเพิ่มเติมได้แม้ในโรงงานแปรรูปที่มีพื้นที่คับแคบ
การกำหนดมาตรฐานกระบวนการด้วย Hielscher Ultrasonics
ผลิตภัณฑ์เกรดอาหารควรผลิตตามหลักเกณฑ์วิธีการที่ดีในการผลิต (GMP) และตามข้อกำหนดกระบวนการที่เป็นมาตรฐาน ระบบสกัดดิจิทัลของ Hielscher Ultrasonics มาพร้อมซอฟต์แวร์อัจฉริยะที่ช่วยให้ตั้งค่าและควบคุมกระบวนการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำและง่ายดาย ระบบบันทึกข้อมูลอัตโนมัติบันทึกพารามิเตอร์ทั้งหมดของกระบวนการอัลตราซาวนด์ เช่น พลังงานอัลตราซาวนด์ (พลังงานรวมและพลังงานสุทธิ) แอมพลิจูด อุณหภูมิ และความดัน (เมื่อติดตั้งเซนเซอร์อุณหภูมิและความดัน) พร้อมวันที่และเวลาไว้ในการ์ด SD ที่ติดตั้งในเครื่อง ทำให้คุณสามารถตรวจสอบทบทวนผลิตภัณฑ์แต่ละล็อตที่ผ่านกระบวนการอัลตราซาวนด์ได้ ขณะเดียวกันก็รับประกันความสามารถในการทำซ้ำและคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่สูงอย่างต่อเนื่อง
เครื่องอัลตราซาวนด์ระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher Ultrasonics สามารถให้แอมพลิจูดสูงมาก สามารถทำงานต่อเนื่องที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างง่ายดายในการใช้งาน 24/7 สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งขึ้น มีหัวโซโนโทรดอัลตราโซนิกที่ผลิตตามความต้องการให้เลือกใช้ ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ของ Hielscher ทำให้สามารถใช้งาน 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดเข้มงวดได้
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราซาวนด์ของเรา:
| ปริมาตรต่อชุด | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่านี้ | ชุดเครื่อง UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกกำลังสูง ตั้งแต่ระดับ ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงระดับ นำร่อง และระดับ อุตสาหกรรม .
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรทราบ
การผลิตน้ำตาล
ซูโครส หรือที่เรียกว่าน้ำตาลทราย ผลิตเป็นหลักจากอ้อยและบีตน้ำตาล (Beta vulgaris) น้ำตาล ซึ่งก็คือซูโครส สกัดจากบีตโดยใช้น้ำร้อนในกระบวนการหลายขั้นตอน โดยสกัดน้ำหวานดิบด้วยการแพร่ในน้ำร้อนภายในระบบไหลสวนทาง จากนั้นทำให้น้ำหวานเข้มข้นภายใต้สุญญากาศ ตามด้วยการล้างเป็นรอบ ๆ และสุดท้ายทำให้แห้ง
หลังการเก็บเกี่ยว รากบีตจะถูกขนส่งไปยังโรงงานแปรรูปน้ำตาล ซึ่งจะล้างบีตแล้วใช้เครื่องจักรหั่นเป็นเส้นบาง ๆ ที่เรียกว่าชิ้นบีตหั่นฝอย ชิ้นบีตหั่นฝอยจะถูกป้อนเข้าสู่ระบบสกัดแบบไหลสวนทาง ระบบไหลสวนทางทำงานโดยอาศัยการแพร่ และชะน้ำตาลจากชิ้นบีตหั่นฝอยเข้าสู่น้ำร้อน
ระบบแพร่แบบไหลสวนทางเป็นเครื่องปฏิกรณ์แนวยาวหรือหอ / คอลัมน์สูงหลายเมตร ซึ่งชิ้นบีตหั่นฝอยไหลในทิศทางหนึ่ง (ขึ้นด้านบน) ขณะที่น้ำร้อนไหลในทิศทางตรงกันข้าม (ลงด้านล่าง) โรงงานสกัดแบบหอสมัยใหม่มีกำลังการแปรรูปสูงถึง 17,000 เมตริกตันต่อวัน ระยะเวลาพำนักโดยทั่วไปของชิ้นบีตหั่นฝอยในหอสกัดแบบไหลสวนทางอยู่ที่ประมาณ 90 min. ขณะที่น้ำพำนักอยู่ในคอลัมน์แพร่เพียง 45 min. ข้อดีหลักของระบบไหลสวนทางคือใช้น้ำน้อยลงเมื่อเทียบกับการแช่บีตน้ำตาลในเครื่องปฏิกรณ์น้ำร้อน สารละลายน้ำหวานที่ได้จากระบบแพร่แบบไหลสวนทางเรียกว่าน้ำหวานดิบ สีของน้ำหวานดิบอาจแตกต่างกันตั้งแต่สีดำถึงสีแดงเข้ม ขึ้นอยู่กับระดับการเกิดออกซิเดชัน
ชิ้นบีตหั่นฝอยที่ผ่านการสกัดแล้วออกจากระบบแพร่ในรูปของกากที่มีความชื้นประมาณ 95% แต่มีปริมาณซูโครสต่ำ
กากเปียกจะถูกอัดด้วยเครื่องอัดแบบสกรูให้มีความชื้นประมาณ 75% เพื่อกู้คืนซูโครสที่เหลืออยู่ในกาก
กากที่เหลือจะถูกทำให้แห้งและใช้เป็นอาหารสัตว์เป็นหลัก
ใช้กระบวนการคาร์บอเนเทชันเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนออกจากน้ำหวานดิบ ก่อนที่จะทำให้น้ำหวานตกตะกอนเป็นผลึกน้ำตาล ดังนั้นจึงผสมน้ำหวานดิบกับน้ำนมปูนร้อน ซึ่งก็คือสารแขวนลอยของแคลเซียมไฮดรอกไซด์ในน้ำ ในระหว่างกระบวนการคาร์บอเนเทชัน สิ่งเจือปน เช่น ซัลเฟต ฟอสเฟต ซิเตรต และออกซาเลต จะตกตะกอน โดยตกตะกอนในรูปของเกลือแคลเซียมและโมเลกุลอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เช่น โปรตีน เพกทิน และซาโปนิน นอกจากนี้ ค่า pH ที่เป็นด่างจะเปลี่ยนน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว ได้แก่ กลูโคสและฟรักโทส รวมทั้งกรดอะมิโนกลูตามีน ให้เป็นกรดคาร์บอกซิลิกที่มีเสถียรภาพทางเคมี ซึ่งสามารถกำจัดออกภายหลังด้วยการกรอง เนื่องจากโมเลกุลเหล่านั้นจะรบกวนการตกผลึก
ในขั้นตอนถัดไปของกระบวนการ จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นฟองผ่านสารละลายน้ำตาลที่เป็นด่าง ทำให้ปูนตกตะกอนเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต อนุภาคแคลเซียมคาร์บอเนตจับสิ่งเจือปนบางส่วนไว้ อนุภาคหนักจะตกลงสู่ก้นถังและสามารถกำจัดออกด้วยการกรอง หลังขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์และการทำความสะอาดเหล่านี้ จะได้น้ำหวานที่เรียกว่าน้ำหวานใส อาจใช้น้ำหวานใสผ่านการปรับสภาพด้วยโซดาแอชเพื่อปรับค่า pH รวมทั้งใช้สารประกอบที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบเพื่อลดการเกิดสี ซึ่งอาจเกิดจากการสลายตัวของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวด้วยความร้อน
ใช้การระเหยเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของน้ำหวานใสด้วยระบบระเหยแบบหลายขั้น ทำให้น้ำหวานใสเปลี่ยนเป็นน้ำหวานข้น น้ำหวานข้นมีซูโครสประมาณ 60% โดยน้ำหนัก
ในขั้นตอนสุดท้าย น้ำหวานข้นจะผ่านกระบวนการในเครื่องตกผลึก การเติมและละลายน้ำตาลที่นำกลับมาใช้จะทำให้เกิดสารละลายที่เรียกว่าสารละลายแม่ จากนั้นเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายแม่ต่อไปโดยต้มภายใต้สุญญากาศในภาชนะขนาดใหญ่ที่เรียกว่าหม้อเคี่ยวสุญญากาศ และเติมผลึกน้ำตาลที่ละเอียดมากเพื่อเป็นจุดเริ่มต้นของการตกผลึก ผลึกเหล่านี้จะเติบโตเมื่อน้ำตาลจากสารละลายแม่ก่อตัวล้อมรอบ ส่วนผสมของผลึกน้ำตาล / น้ำเชื่อมที่ได้เรียกว่าแมสคิวต์ ซึ่งเป็นคำภาษาฝรั่งเศสที่หมายถึง “มวลที่ผ่านการเคี่ยว” แมสคิวต์จะถูกป้อนเข้าเครื่องหมุนเหวี่ยง ซึ่งจะแยก “น้ำเชื่อม High Green” ออกจากแมสคิวต์ด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง หลังการหมุนเหวี่ยง จะฉีดน้ำเข้าไปในเครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อล้างผลึกน้ำตาล ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า “น้ำเชื่อม Low Green” จากนั้นเครื่องหมุนเหวี่ยงจะหมุนด้วยความเร็วสูงมากเพื่อทำให้ผลึกแห้งบางส่วน เมื่อเครื่องหมุนเหวี่ยงชะลอความเร็ว น้ำตาลจะถูกขูดออกจากผนังเครื่องลงสู่ระบบสายพานลำเลียง เพื่อขนส่งไปยังเครื่องทำเม็ดแบบหมุนซึ่งทำให้น้ำตาลแห้งด้วยอากาศอุ่น ผลึกน้ำตาลที่แห้งและสะอาดพร้อมจำหน่ายให้แก่โรงงานกลั่นน้ำตาลหรือผู้ผลิตอาหาร เพื่อนำไปผ่านกระบวนการเพิ่มเติมหรือใช้งาน