بلورة اللاكتوز المضمنة – من المختبر إلى الصناعة
التبلور بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو تقنية فعالة لتعزيز التكوين الصلب في ظل ظروف التدفق المستمر. نقدم لك أدناه دراسة تركز على التبلور المضمن للاكتوز من نظام ثلاثي اللاكتوز / الماء / الأيزوبروبانول ، باستخدام غرفة صوتنة Hielscher UP200St-TD-FlowCell. أسفر تطبيق الموجات فوق الصوتية عن تحسينات كبيرة في استقرار النظام ، ومورفولوجيا البلورات ، واستمرارية وقت التشغيل. هنا ، يمكنك العثور على البروتوكول التجريبي المحسن ، ونتائج الأداء الرئيسية ، والطريق إلى التوسع الصناعي.
تكثيف العملية: تبلور اللاكتوز باستخدام الصوتنة
التبلور ضروري في الصناعات الدوائية والغذائية للتنقية وهندسة الجسيمات. ومع ذلك ، تعاني عمليات الدفعات التقليدية من قيود في قابلية التكاثر والقاذورات ، خاصة أثناء التوسع. يوفر التبلور المستمر في ظل ظروف الموجات فوق الصوتية بديلا مقنعا من خلال تعزيز معدلات التنوي ، وتحسين توزيع الحجم ، والتخفيف من التحديات المتعلقة بالقاذورات.
في دراستهم ، يستخدم Zettl وزملاؤه (2020) نظاما نموذجيا محبا للماء - أحادي هيدرات اللاكتوز في خليط ماء / إيزوبروبانول - للتحقيق في الفوائد التشغيلية ل Hielscher UP200St-TD-FlowCell في تكوين بلورة مستمرة.
UP200St_TD
المواد والأساليب – تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية على مقاعد البدلاء الأعلى
المواد
- المذاب: أحادي الهيدرات α-اللاكتوز
- نظام المذيبات: الماء منزوع الأيونات والأيزوبروبانول في نسبة الطور الثلاثي المحسنة لتشبع اللاكتوز الفائق
- سونيكاتور : UP200St-TD مجهزة بخلية صوتنة التدفق (TD-FlowCell)
تكوين المعدات
تم تكوين UP200St-TD-FlowCell في دائرة بلورة مستمرة مغلقة الحلقة. قامت المضخة التمعجية بتدوير محلول اللاكتوز الفائق التشبع من خلال غرفة الصوتنة ، حيث يتم نقل الموجات فوق الصوتية للطاقة إلى النظام. يضمن التحكم في درجة الحرارة المضمنة الاستقرار الحراري أثناء التشغيل المطول.
تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية في الوضع المستمر
(الدراسة والصورة: ©Zettl et al. ، 2020)
ذوبان اللاكتوز
يبلغ تركيز تشبع اللاكتوز ، وهو ثنائي السكاريد المكون من الجلوكوز والجالاكتوز ، في الماء في درجة حرارة الغرفة (يعرف عادة بأنه 20-25 درجة مئوية) حوالي 18.9٪ بالوزن عند 25 درجة مئوية.
تزداد قابلية ذوبان اللاكتوز مع درجة الحرارة ، ولكن ليس خطيا. عند 50 درجة مئوية، ترتفع إلى حوالي 31٪ بالوزن، وعند 70 درجة مئوية، تكون حوالي 45٪ بالوزن.
بروتوكول تبلور اللاكتوز المستمر
الهدف: تقليل تلوث النظام وزيادة وقت التشغيل إلى أقصى حد في ظل صوتنة مستمرة.
بروتوكول خطوة بخطوة:
- تحضير محلول الأعلاف
- قم بإذابة أحادي الهيدرات α-اللاكتوز في ماء منزوع الأيونات عند 50 درجة مئوية للحصول على محلول مشبع.
- لتعليق اللاكتوز المائي ، أضف 233 جم من اللاكتوز لكل 1000 غرام من الماء
- قلب الخليط حتى تذوب المادة تماما.
- بعد ذلك ، اترك المحلول يبرد إلى 25 درجة مئوية للحصول على محلول مشبع.
- إعداد النظام
- قم بتجهيز دائرة التدفق بمحلول التغذية.
- اضبط معدل التدفق على 60 مل / دقيقة (مثالي لوقت الإقامة ~ 30 ثانية في غرفة الموجات فوق الصوتية).
- يتم تغذية تعليق التغذية ومضاد الإذابات عبر منفذي تغذية في غرفة العملية لخلية التدفق بالموجات فوق الصوتية.
- اضبط معدل التدفق 27 جم / دقيقة من 15 بالوزن ٪ تعليق اللاكتوز. تحفيز هطول الأمطار عن طريق إضافة 27 جم / دقيقة من الأيزوبروبانول المبرد مسبقا (12 درجة مئوية) ، مما ينتج عنه معدل تدفق كتلة إجمالي يبلغ 54 جم / دقيقة.
- بدء صوتنة في 100٪ السعة. الحفاظ على درجة حرارة التشغيل بين 25-30 درجة مئوية.
- مرحلة التبلور
- الحفاظ على صوتنة مستمرة دون انقطاع. تم تصميم أجهزة صوتنة Hielscher لتشغيل 24/7.
- اجمع اللاكتوز المتبلور من وحدة مرشح المصب كل 60 دقيقة.
- توصيف ما بعد العملية
- تحليل مورفولوجيا البلورات عبر SEM.
- تحديد توزيع حجم البلورات باستخدام حيود الليزر (هدف D50: 80-100 ميكرومتر).
- Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).
تكوين معلقات اللاكتوز مع جزء الكتلة الصلبة المعلقة في التغذية (w s ، f) ، جزء الكتلة الصلبة المعلقة في المنتج (w s ، p) ، جزء الكتلة الصلبة المذاب في المنتج (w d ، p) ، جزء كتلة الماء في المنتج (w H2O ، p) ، جزء كتلة الأيزوبروبانول في المنتج (w IA ، p) ، وجزء كتلة الإيثانول في المنتج (w etOH ، ع) المستخدمة في الدراسة التي أجراها Zettl et al. ، 2020.
نتائج وفوائد تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية
- التخفيف من التكتل:
قمعت الموجات فوق الصوتية المضمنة بشكل فعال التكتل البلوري ، مما ينتج عنه بلورات اللاكتوز المنشورية المنفصلة جيدا. - الحد من الرغوة:
والجدير بالذكر أن الموجات فوق الصوتية قللت من تكوين الرغوة السطحية - وهي مشكلة شائعة في التبلور المضاد للمذيبات التي تنطوي على الكحول - وبالتالي تحسين الإنتاجية الحجمية. - منع الانسداد:
لم يلاحظ أي قاذورات أو انسداد أثناء التشغيل الممتد ، مما يؤكد دور التجويف الصوتي في الحفاظ على الأسطح النظيفة ومنع الترسب الصلب داخل خلية التدفق. - وقت التشغيل المستمر:
يمكن الحفاظ على العملية في التشغيل المستمر ، مع بقاء جودة الكريستال متسقة عبر النقاط الزمنية.
تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية: يتبلور اللاكتوز في ظل ظروف مختلفة: مدخلات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، الكاراجينان المضاف أو مصل اللبن (WPC) يؤثر على حجم بلورة اللاكتوز
الدراسة والصورة: © سانشيز غارسيا وآخرون ، 2018.
الموجات فوق الصوتية UIP6000hdT مع خلية تدفق قابلة للضغط. تسمح سترة التدفئة / التبريد بصوتنة في درجات حرارة مرتفعة أو منخفضة.
توسيع نطاق تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية
توفر أجهزة الصوتنة المضمنة Hielscher ، التي تم تصميمها في ألمانيا وفقا لأعلى المعايير الصناعية ، حلا قويا للتبلور المستمر للاكتوز والمواد الصلبة الأخرى من المحاليل فائقة التشبع. تدعم هذه الأنظمة المصممة للتطبيقات الدوائية التحكم الدقيق في التنوي ونمو البلورات ، مما يضمن توزيعات حجم الجسيمات القابلة للتكرار واتساق العملية. مع قابلية التوسع الخطي من المختبر إلى نطاق الإنتاج ، تتيح مفاعلات الموجات فوق الصوتية Hielscher النقل السلس للعملية ، مما يقلل من وقت التطوير والتكلفة. إلى جانب الاستشارات الفنية الشاملة ، توفر أجهزة الصوتنة هذه حلولا مصممة خصيصا تتكامل بسهولة في تدفقات عمل البلورة المتوافقة مع cGMP - مما يجعلها مثالية للصناعات الدوائية والتكنولوجيا الحيوية والصناعات الغذائية.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 10 إلى 50 مل | 10 إلى 300 مل / دقيقة | UP200St_TD |
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000hdT |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000hdT |
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
UIP2000hdT ، صوتي قوي بقوة 2000 واط مع خلية التدفق للبلورة الصناعية المضمنة
الأدب / المراجع
- Zettl, M., Kreimer, M., Aigner, I., Mannschott, T., van der Wel, P., Khinast, J., Krumme, M. (2020): Runtime Maximization of Continuous Precipitation in an Ultrasonic Process Chamber. Organic Process Research & Development, 24(4), 2020. 508–519.
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2027): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 2017, 7, 40.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultrasound-assisted crystallization of lactose in the presence of whey proteins and κ-carrageenan. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 42, 2018. 714-722.
أسئلة مكررة
ما هو اللاكتوز؟
اللاكتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من جزيء واحد من كل من الجلوكوز والجالاكتوز. إنه الكربوهيدرات الأساسية في الحليب ومنتجات الألبان. كيميائيا ، يوجد في أشكال α و β الشاذ ، مع كون أحادي الهيدرات α اللاكتوز هو الشكل البلوري السائد في ظل الظروف المحيطة.
ما هو اللاكتوز المستخدم؟
يستخدم اللاكتوز على نطاق واسع كمكون وظيفي في الصناعات الدوائية والغذائية والتكنولوجيا الحيوية. في المستحضرات الصيدلانية ، يعمل في المقام الأول كحشو أو سواغ في أشكال الجرعات الصلبة عن طريق الفم. كما أنها ركيزة في عمليات التخمير ومحلي في التركيبات الغذائية.
ما هو تبلور اللاكتوز؟
يشير تبلور اللاكتوز إلى عملية تحويل اللاكتوز المذاب من محلول مفرط التشبع إلى بلورات صلبة. يحدث هذا من خلال التنوي ونمو البلورات اللاحق ، ويتأثر بدرجة الحرارة والتركيز ودرجة الحموضة وتكوين المذيبات. التبلور المتحكم فيه ضروري لإنتاج اللاكتوز بحجم جسيمات محدد ونقاء متعدد الأشكال.
ما هي 4 خطوات للتبلور؟
أثناء التبلور ، يمكن ملاحظة 4 مراحل من تكوين البلورات:
- التشبع الفائق: توليد قوة دافعة ديناميكية حرارية من خلال تجاوز الذوبان.
- التنوي: تكوين نوى الطور الصلب الأولية من المحلول.
- نمو الكريستال: تراكم الجزيئات المذابة على النوى لتشكيل بلورات أكبر.
- التكتل أو النضج: العمليات الثانوية حيث تتجمع البلورات أو تذوب وتنمو مرة أخرى ، مما يؤثر على توزيع الحجم النهائي.
اقرأ هنا كيف تؤثر الصوتنة على عملية التبلور!
ما هو السواغ؟
السواغ هو مادة خاملة يتم تركيبها جنبا إلى جنب مع المكون الصيدلاني النشط (API) في المنتجات الدوائية. يعزز قابلية التصنيع أو الاستقرار أو التوافر البيولوجي أو قبول المريض ، دون ممارسة تأثيرات علاجية. تشمل السواغات الشائعة المخففات ، والمجلدات ، والمواد المتفككة ، ومواد التشحيم - اللاكتوز هو أحد أكثر المخففات استخداما.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.