Кристаллизация сахарозы с использованием микроволнового вакуумного испарения
Кристаллизация сахарозы с использованием микроволнового вакуумного испарения
Кристаллизация сахарозы проводилась с использованием специально разработанной микроволновой вакуумной испарительной системы. Процесс был разработан для имитации непрерывной кристаллизации, начиная с концентрации свекольного сиропа до образования кристаллической суспензии. Было исследовано влияние микроволновой мощности и времени подачи на выход процесса и свойства продукта (размер частиц, цвет раствора и мутность). Было показано, что микроволновая обработка значительно влияет на морфологию кристаллов сахарозы и качественные параметры. Выход процесса значительно зависит как от мощности кристаллизации, так и от времени подачи (p< 0,05). Более длительное время подачи (15 мин) и средняя микроволновая мощность (30%) привели к самому высокому выходу процесса (∼55%). Результаты показали, что микроволновая обработка может быть многообещающей альтернативой промышленной кристаллизации.
Сахароза (сахар, C12 H22 O11) — это сладкий на вкус углевод, который естественным образом встречается в различных растительных источниках и состоит из одной единицы глюкозы и одной единицы фруктозы. В коммерческих целях его извлекают из сахарной свеклы или сахарного тростника. Товарная сахароза, как правило, белая и имеет кристаллическую структуру. Существуют и другие доступные форматы сахара, такие как жидкая сахароза, коричневый сахар, кусковой сахар и многие другие. Все другие формы сахарозы имеются в продаже, однако они используются реже, чем кристаллическая гранулированная сахароза, и стоят дороже. Кристаллическая сахароза широко используется в пищевых рецептурах из-за ее различных функций, таких как улучшение вкуса и аромата, улучшение цвета и текстуры хлебобулочных изделий, увеличение срока годности за счет снижения активности воды и многих других.
Сахарная свекла имеет немного более высокое содержание сахарозы в диапазоне 15–20%, тогда как сахарный тростник содержит 10–17% сахарозы. Несмотря на более высокое содержание, производство сахара в основном зависит от сахарного тростника. Однако сахарный тростник можно выращивать в тропических регионах, а сахарная свекла доступна в условиях умеренного климата, поэтому сахарная свекла более распространена в Европе и Азии, поэтому сахарная свекла использовалась в качестве источника сахарозы в этом исследовании.
Производство кристаллической сахарозы из сахарной свеклы состоит из ряда единичных операций. Сахарная свекла надлежащим образом очищается, а затем нарезается для повышения эффективности экстракции. В процессе экстракции почти весь сахар, присутствующий в свекле, собирается вместе с несахарными частицами в извлеченном соке. Экстракционный сок очищается с помощью карбонизации и известкования, чтобы избавиться от несахарных частиц, что является одним из важнейших этапов в производстве сахара, поскольку правильное известкование и карбонизация значительно влияют на чистоту раствора и выход сахара. Когда получен сок высокой чистоты, его выпаривают, чтобы получить надлежащую концентрацию сахарной суспензии для кристаллизации. Наиболее важной операцией в этом производстве является кристаллизация сахарозы, поскольку целью производства сахара является получение кристаллов сахарозы высокой чистоты, которые соответствуют параметрам качества, установленным для кристаллического сахара, таким как цвет и размер частиц. Качество продукта, эффективность и экономика процесса напрямую зависят от процесса кристаллизации. После образования мелких кристаллов сахарозы полуфабрикат отделяется от патоки с помощью промышленных систем центрифугирования для надлежащего удаления липких остатков патоки на поверхности кристаллов. Затем мелкие кристаллы сушатся для достижения желаемого содержания влаги, которое составляет около 0,03% в конечном продукте. Перед завершением производства и отправкой продукта на упаковочную установку кристаллы сахарозы разделяются по размеру с помощью просеивания для получения равномерного распределения размеров частиц в готовом продукте.
При коммерческом производстве сахарозы кристаллизация выполняется либо в испарителях, либо в охлаждающих кристаллизаторах. При испарительной кристаллизации свекольный сироп обычно выпаривают под вакуумом, чтобы уменьшить образование цвета и обеспечить образование кристаллов. Это известно как трудоемкая операция, которая существенно влияет на общую себестоимость производства. Поэтому для сахарной промышленности важно сократить время и эффективность кристаллизации сахарозы для значительно более рентабельного производства. Существует несколько исследований, в которых изучалась кристаллизация сахарозы различными методами. Было изучено влияние импульсного электрического поля на кристаллообразование сахарозы, и было обнаружено, что время кристаллообразования и эффективность увеличиваются при использовании высокого напряжения. Аналогичным образом было заявлено, что ультразвуковая обработка может быть альтернативой коммерческой кристаллизации, обеспечивая более высокие скорости кристаллообразования и выход. Когда проводилась кристаллизация лактозы с помощью ультразвука, было обнаружено, что ультразвуковая обработка приводит к меньшей агломерации. Более того, было обнаружено, что применение электрического поля приводит к сокращению времени кристаллообразования и повышению качества кристаллов при кристаллизации белка.
Микроволновая обработка, будучи эффективной по времени и высокопроизводительной операцией, может быть альтернативой кристаллизации сахарозы. Существует много исследований, в которых кристаллизация проводилась в микроволновых системах для технологий в области материаловедения. Кристаллизация карбоната магния проводилась в микроволновом реакторе, и было обнаружено, что полученные скорости кристаллообразования и роста значительно выше, чем при коммерческой кристаллизации. Аналогичным образом, было показано, что кристаллизация с помощью микроволн является однородной и более быстрой. Кроме того, для кристаллизации диоксида титана с помощью микроволн процесс оказался более эффективным, а характеристики кристалла были улучшены. Микроволновые вакуумные системы в основном используются для испарения в пищевой промышленности. Испарение происходит при гораздо более низких температурах в вакуумном испарении, что является основным отличием между коммерческой микроволновой системой и микроволновой вакуумной системой. Обработка при более низких температурах приводит к более высокому качеству продукта, а в коммерческих микроволновых системах температура кипения материала может быть достигнута за несколько минут, что приводит к высоким средним температурам во время процесса. Во многих исследованиях было обнаружено, что микроволновое вакууммирование оказывает положительное влияние на качество продукта и время процесса.
Насколько нам известно, существует только одно исследование, в котором кристаллизация сахарозы проводилась с помощью микроволновой вакуумной системы. В этом исследовании кристаллизация растворов при фиксированных концентрациях сахара достигалась с помощью вакуумной микроволновой установки, а экспериментальные результаты анализировались с помощью кинетического моделирования и рентгеновской дифракции. Было отмечено, что взаимодействие с микроволнами на этапе кристаллизации увеличивало скорость роста кристалла и вызывало различные изменения его структурных свойств. Однако экспериментальная установка, использованная в упомянутом исследовании, не была совместима с коммерческой кристаллизацией сахарозы, которая применяется в промышленном производстве.
Целью данного исследования является разработка нового метода обработки для кристаллизации сахарозы с использованием метода микроволнового вакуумного испарения , который будет сопоставим с промышленной кристаллизацией. Предполагается, что микроволновое вакуумное испарение может обеспечить более быструю операцию, увеличивая при этом выход процесса и сохраняя качество кристаллов на желаемом уровне. Кристалличность, морфология кристаллов и несколько показателей качества были определены как для обработанных микроволнами, так и для коммерческих образцов сахарозы.
Статьи на подобную тему:
2025. НПП "Вакуумная техника", ИП Шумиловский А.В. - капитальный ремонт вакуумных насосов.
При копировании текста статьи, ссылка на сайт https://mskvac.ru/ обязательна!