Ультразвукова екстракція цукру з косет цукрових буряків
Ультразвукова екстракція підвищує вихід екстрагованої сахарози з косет цукрових буряків і значно скорочує тривалість процесу екстракції. Ультразвук – це проста та безпечна техніка, яку можна легко поєднати з сучасною технологією екстракції проти течії з метою підвищення ефективності екстракції.
Ультразвукова екстракція козетти цукрових буряків
Екстракція за допомогою ультразвуку заснована на робочому принципі акустичної або ультразвукової кавітації. Механічні ефекти, які генеруються ультразвуково індукованою кавітацією, викликають сонопорацію і руйнування клітинних стінок, що згодом збільшує проникність молекул, захоплених всередині клітини. Кавітаційно викликані потоки рідини і мікротурбулентності покращують масообмін процесу екстракції, завдяки чому сахароза та інші молекули переносяться в розчинник, тобто воду.
Ультразвуковий апарат UIP4000HDT для промислової екстракції цукрових буряків.
- Ультразвукова попередня обробка (перед протитечійною вежею)
- Ультразвукове випромінювання при протитечійної екстракції
- Ультразвукова дообробка (після протитечійної вишки)
Залежно від існуючого екстракційного об'єкта, виробничих цілей і доступного простору, ультразвук може бути легко модернізований як до або після обробки, так і під час екстракції протитечійним потоком.
Ультразвукова попередня обробка косет цукрових буряків
Ультразвукова попередня обробка косет цукрових буряків є методикою, що інтенсифікує процес. Ультразвукові екстрактори легко поєднуються з протиточними витяжними вежами, які в основному використовуються для екстракції цукрових буряків. Коротке ультразвукове дослідження косет цукрових буряків перед тим, як вони потраплять у протитечійну систему екстракції, сприяє руйнуванню та розкриттю клітинних стінок. Ультразвук сприяє перенесенню маси між розчинником (тобто водою) і буряковими косетами, завдяки чому внутрішньоклітинні молекули, такі як сахароза, переносяться з внутрішньої частини клітини в розчинник. Ультразвукова попередня обробка косет цукрових буряків полегшує і прискорює екстракцію сахарози в колоні протиточного потоку.
SEM (200×) зразків косет цукрових буряків ультразвукували при 400 Вт при 50 ° C протягом різного часу екстракції. А) протитечійний потік вилучення косет; Б) після ОАЕ протягом 10 хв; В) після ОАЕ протягом 20 хв; Г) після ОАЕ протягом 40 хв. Ультразвукова екстракція порушує роботу клітинних стінок і вивільняє внутрішньоклітинний матеріал.
(©Fu et al., 2013)
Порівняння ультразвукової та протиточної екстракції
Fu et al. (2013) порівняли традиційну екстракцію протитечійним потоком з ультразвуковою екстракцією сахарози з коссети цукрових буряків. Результати дослідження показали, що ультразвукова діагностика призвела до більш високого виходу вищої чистоти, в той час як час екстракції значно скоротився з 70 хв (протитечія) до 40 хв (ультразвукова хвороба). Ультразвукова екстракція (ОАЕ) призводить до нижчої концентрації колоїдних домішок (особливо пектинів) і дає вищий вихід сахарози (94,0±0,15%). Екстрагований сік високої чистоти (92,6±0,11%). (пор. Фу та ін., 2013)
Оскільки потужності з виробництва цукру вже оснащені звичайними протиточними витяжними вежами, зазвичай перевага віддається поєднанню синергетичного звуку з існуючою установкою. Для того, щоб застосувати ультразвукову екстракцію сахарози найбільш економічно та за часом способом, ультразвукова екстракція може бути встановлена як синергетична обробка до, під час або після звичайної екстракції протитечійним потоком. Оскільки ультразвук руйнує клітини цукрових буряків і вивільняє сахарозу з клітин, тривалість обробки протитечією може бути зменшена, а вихід сахарози підвищується.
- Прискорений процес
- вищі врожаї,
- інтенсифікація процесів,
- Синергетичні ефекти з протитечією систем
- Легке модернізоване встановлення
- Просте тестування
- Лінійна масштабованість
- низькі експлуатаційні витрати
- Швидка рентабельність інвестицій
Високоефективні ультразвукові екстрактори
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.
Стандартизація процесів за допомогою Hielscher Ultrasonics
Харчові продукти повинні вироблятися відповідно до належної виробничої практики (GMP) і відповідно до стандартних специфікацій обробки. Hielscher Ultrasonics’ цифрові системи видобутку поставляються з інтелектуальним програмним забезпеченням, що дозволяє легко встановлювати і точно контролювати процес обробки ультразвуком. Автоматичний запис даних записує всі параметри ультразвукового процесу, такі як енергія ультразвуку (загальна і чиста енергія), амплітуда, температура, тиск (коли встановлені датчики температури і тиску) з відміткою дати і часу на вбудовану SD-карту. Це дозволяє переглянути кожну партію, оброблену ультразвуком. При цьому забезпечується відтворюваність і стабільно висока якість продукції.
Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Потужні ультразвукові гомогенізатори від Лабораторії до Пілот і індастріал розмір.
Література / Список літератури
- 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.
Факти, які варто знати
Виробництво цукру
Сахарозу, також відому як столовий цукор, в основному виробляють з цукрової тростини і з цукрових буряків (Beta vulgaris). Цукор, тобто сахароза, витягується з буряків за допомогою гарячої води в багатоступінчастому процесі, де сирий цукровий сік екстрагується в гарячій дифузії води в системі протиточного потоку. Після цього цукровий сік концентрується під вакуумом з подальшим циклічним промиванням і, нарешті, сушінням.
Після збору врожаю коренеплоди буряка транспортують на цукровий завод, де буряк промивають, а потім механічно нарізають тонко нарізаними смужками, так званими косетами. Коссети подаються в систему відведення протитечійного потоку. Протиточна система працює шляхом дифузії і вимиває вміст цукру з козет у гарячу воду.
Протитечійні дифузійні системи являють собою довгі реактори або високі вежі / колони в кілька метрів, в яких коссети течуть в одному напрямку (вгору), а гаряча вода тече в протилежному напрямку (вниз за течією). Сучасні баштові екстракційні заводи мають потужність переробки до 17 000 метричних тонн на добу. Типовий час утримання коссет у вежі протитечії становить приблизно 90 хв., тоді як у колонці дифузора вода залишається лише 45 хв. Основною перевагою систем протиточного потоку є зменшення використання води в порівнянні з мацерацією цукрових буряків в реакторі з гарячою водою. Розчин цукрового соку, який утворюється в протиточній дифузійній системі, називається соком-сирцем. Колір сирого соку може варіюватися від чорного до темно-червоного в залежності від ступеня окислення.
Відпрацьовані косети виходять з дифузійної системи у вигляді целюлози з приблизно 95% вологості, але низьким вмістом сахарози.
Вологу м'якоть пресують за допомогою шнекового преса до вологості приблизно 75% для відновлення залишків сахарози з м'якоті.
Частину, що залишилася м'якоть сушать і використовують в основному як корм для тварин.
Карбонатація застосовується для видалення домішок із сирого соку до того, як він може бути осаджений до кристалів цукру. Тому сирий сік змішують з гарячим липовим молоком, т. Е. Суспензією гідроксиду кальцію у воді. Під час карбонатації випадають в осад такі домішки, як сульфати, фосфати, цитрати і оксалати. Вони випадають в осад у вигляді солей кальцію і більших органічних молекул, наприклад, білків, пектинів і сапонінів. Крім того, лужне значення рН перетворює прості цукри глюкозу та фруктозу разом з амінокислотою глутаміном у хімічно стабільні карбонові кислоти, які пізніше можна видалити за допомогою фільтрації, оскільки ці молекули перешкоджатимуть кристалізації.
На наступному етапі процесу вуглекислий газ пропускається через лужний цукровий розчин, осаджуючи вапно у вигляді карбонату кальцію. Частинки карбонату кальцію пов'язують деякі домішки. Важкі частинки осідають в резервуарі і можуть бути видалені за допомогою фільтрації. Після цих етапів очищення та очищення виходить так званий рідкий сік. Рідкий сік можна обробити кальцинованою содою для регулювання значення рН, а також сумішшю на основі сірки для зменшення забарвлення, яке може виникнути внаслідок термічного розкладання моносахаридів.
Випаровування використовується для концентрації рідкого соку за допомогою систем випаровування з кількома ефектами, завдяки чому рідкий сік перетворюється на густий сік. Густий сік містить приблизно 60% сахарози за масою.
На заключному етапі густий сік обробляється в кристалізаторах. Шляхом додавання і розчинення переробленого цукру виробляють так званий маточний розчин. Маточний розчин далі концентрується шляхом уварювання під вакуумом у великих посудинах, відомих як вакуум-каструлі, а в якості точок посіву додають дуже дрібні кристали цукру. Ці кристали ростуть у міру того, як навколо них утворюється цукор з маточного розчину. Отримана суміш кристалів цукру і сиропу називається утсекюїтом, французький термін, що означає “приготовленої маси”. 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.