تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية
في العديد من عمليات الألبان ، يتم توليد كميات كبيرة من مصل اللبن - يشار إليه أيضا باسم تخلل الحليب - كمنتج ثانوي. هذه النفايات السائلة غنية باللاكتوز ، لكن التخلص منها مكلف ومرهق بيئيا. من خلال تطبيق الموجات فوق الصوتية لاستعادة اللاكتوز ، يمكن تقليل حجم النفايات بشكل كبير ، مما يؤدي إلى تحويل النفايات السائلة الإشكالية إلى مورد قيم. تعمل الموجات فوق الصوتية على تسهيل التبلور السريع والفعال ، مما ينتج عنه كمية عالية من بلورات اللاكتوز الموحدة المناسبة للاستخدام التجاري.
تصنيع اللاكتوز
يتم إنتاج اللاكتوز من محلول مركز من اللاكتوز (مكتسب من مصل اللبن). يجب تبريد ملاط اللاكتوز المركز إلى درجة حرارة منخفضة لترسيب البلورات. بعد خطوة هطول الأمطار ، يتم فصل بلورات اللاكتوز عن طريق الطرد المركزي. بعد ذلك ، يتم تجفيف البلورات إلى مسحوق.
خطوات تبلور اللاكتوز:
- تركيز
- التنوي
- نمو الكريستال
- الحصاد / الغسيل
تحسين تبلور اللاكتوز عن طريق Sonication
تشتهر الموجات فوق الصوتية بتأثيرها الإيجابي على عمليات التبلور والترسيب (التبلور الصوتي). يحسن Sonication تكوين ونمو بلورات اللاكتوز أيضا.
يساعد تبلور اللاكتوز سونو على الحصول على أقصى عائد من بلورات اللاكتوز في أقل وقت ممكن.
مفاعل زجاجي بالموجات فوق الصوتية للصوتنة المضمنة
نمو بلوري جيد كبير لضمان الحصاد الفعال وغسل اللاكتوز (استخراج & تنقية). يؤدي Sonication إلى فرط تشبع اللاكتوز ويبدأ التنوي الأولي لبلورات اللاكتوز. علاوة على ذلك ، يساهم الصوتنة المستمر في التنوي الثانوي ، والذي يضمن توزيع حجم الكريستال الصغير (CSD).
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.
فوائد الموجات فوق الصوتية:
- العائد الأقصى
- وقت عملية قصير جدا
- حجم الكريستال موحدة
- حجم الكريستال يمكن التحكم فيه
- شكل كريستال موحد
من الجدوى إلى الإنتاج المضمن: تبلور اللاكتوز بالصوت.
اقرأ المزيد عن توسيع نطاق تبلور اللاكتوز بالموجات فوق الصوتية من مقاعد البدلاء إلى الإنتاج الصناعي!
من النفايات السائلة إلى اللاكتوز
نظرا لإنتاج الألبان الكبير ، غالبا ما يكون مصل اللبن منتجا ثانويا يتم معالجته كنفايات سائلة. إن التخلص من مصل اللبن السائل كثيف التكلفة بسبب ارتفاع الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) ومحتواه المائي. عندما يتم استرداد اللاكتوز من مصل اللبن ، يتم استخدام منتج النفايات في خطوة ما بعد المعالجة لإنتاج مسحوق اللاكتوز. يقلل استرداد اللاكتوز من BOD من مصل اللبن بأكثر من 80٪ مما يجعل المنتج الثانوي مفيدا وأكثر صداقة للبيئة. تعمل عملية التبلور بمساعدة الموجات فوق الصوتية على تحسين نمو البلورات والعائد والجودة.
يستخدم اللاكتوز على نطاق واسع كمكون في صناعة الأغذية والأدوية ، كمواد خام لإنتاج اللاكتيتول أو كمواد أساسية للإنتاج الميكروبي للبوليستر القابل للتحلل.
UIP2000hdT ، صوتي قوي بقوة 2000 واط مع خلية التدفق للبلورة الصناعية المضمنة
معدات الموجات فوق الصوتية
تقدم Hielscher Ultrasonics معدات الموجات فوق الصوتية لعمليات التبلور بالموجات فوق الصوتية – إما للصوتنة دفعة أو للمعالجة المضمنة في مفاعل بالموجات فوق الصوتية. تم تصميم جميع أجهزة الصوت Hielscher لتعمل بشكل مستمر (24 ساعة / 7 د / 365 د) مما يضمن أقصى استفادة من المعدات. أجهزة الموجات فوق الصوتية الصناعية من 0.5 كيلو واط إلى 16 كيلو واط لكل وحدة مناسبة للمعالجة التجارية لكميات كبيرة من المعلقات فائقة التشبع.
معالجة اللاكتوز الغذائي
تعتبر أجهزة الصوتنة Hielscher فعالة للغاية في تعزيز والتحكم في تبلور اللاكتوز من المحاليل فائقة التشبع. من خلال تطبيق التجويف بالموجات فوق الصوتية المكثفة ، تعمل هذه الأنظمة على تحسين معدلات التنوي ، وتقليل أوقات الحث ، وتمكين تكوين بلورات موحدة ومحددة جيدا. ينتج عن هذا حركية تبلور أسرع وتحكم محسن في حجم البلورات والتشكل. مثالية لكل من العمليات المضمنة المجمعة والمستمرة ، تقدم أجهزة الصوت Hielscher حلولا قابلة للتطوير من R&د للإنتاج الصناعي. إن هندستها الألمانية القوية وتوافقها مع معايير الدرجة الصيدلانية تجعلها مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الصعبة في تنقية اللاكتوز وتركيبه ومعالجته.
الموجات فوق الصوتية Hielscher مناسبة للإنتاج الغذائي والصيدلانية المتوافقة مع معايير cGMP. تتوفر أجهزة الصوتنة Hielscher مع تركيبات صحية ، مما يضمن الامتثال الكامل لمعايير المعالجة الصحية. تم تصميم sonotrodes بالموجات فوق الصوتية (يشار إليها أيضا باسم المجسات أو الأبواق) ومفاعلات التدفق بأشكال هندسية مبسطة وسهلة التنظيف ، مما يسهل الصيانة الفعالة ويقلل من وقت التوقف عن العمل. والجدير بالذكر أن التجويف بالموجات فوق الصوتية نفسه يعمل كآلية تنظيف في المكان (CIP) ، مما يدعم تنظيف السطح الداخلي أثناء التشغيل. بالنسبة للبيئات المعقمة ، فإن جميع sonotrodes والمفاعلات قابلة للتعقيم بالكامل. بفضل بصمتها المدمجة ، يمكن دمج أنظمة Hielscher بسهولة أو تعديلها في خطوط الإنتاج الحالية - مما يجعلها مثالية للترقيات في مرافق البلورة الصيدلانية والغذائية.
اتصل بنا اليوم للحصول على مزيد من المعلومات! تقدم Hielscher Ultrasonics العديد من الحلول الموحدة والمخصصة لمنتجات الألبان بالموجات فوق الصوتية وتجهيز الأغذية!
الموجات فوق الصوتية UIP6000hdT مع خلية تدفق قابلة للضغط. تسمح سترة التدفئة / التبريد بصوتنة في درجات حرارة مرتفعة أو منخفضة.
حول سونوبلورليشن
عندما يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة للحث على عمليات التبلور وتحسينها ، يعرف باسم التبلور الصوتي. ويستند Sonocrystallization على تطبيق “الموجات الصوتية للحث على التغيرات الفيزيائية والكيميائية في المادة. تتضمن بعض التطبيقات الشائعة للموجات فوق الصوتية القوية استخدامها للحث على التفاعلات الكيميائية (سونوكيمياء) ولتعزيز التبلور (التبلور الصوتي). وقد حظيت هذه التقنيات باهتمام العديد من الصناعات بما في ذلك الصناعات الدوائية والكيميائية والغذائية نظرا للميزة التي تقدمها. تقنيات الموجات فوق الصوتية مجدية اقتصاديا وسهلة نسبيا لدمجها في التشغيل الصناعي. يمكن استخدام هذه التقنيات لتحسين كل من قابلية التكاثر وإنتاجية الإنتاج ؛ فهي غير حرارية ونظيفة بيئيا”. [مارتيني 2013، 4]
التنوي ونمو البلورات
يتم تحديد التبلور على أنه عملية التكوين ، حيث تترسب البلورات الصلبة من محلول مفرط التشبع أو ذوبان أو غاز.
تتكون عملية التبلور من مرحلتين رئيسيتين: التنوي ونمو البلورة.
أثناء التنوي ، تبدأ الجزيئات الذائبة في المحلول في تكوين مجموعات ، والتي يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتكون مستقرة في ظل ظروف التشغيل. مثل هذه الكتلة المستقرة تشكل نواة. بعد الوصول إلى الحجم الحرج لتشكيل نواة مستقرة ، تبدأ مرحلة نمو البلورة.
في مرحلة نمو البلورات ، تصبح النوى المشكلة أكبر مع ارتباط المزيد من الجزيئات بالعنقود. تعتمد عملية النمو على درجة التشبع والمعلمات الأخرى مثل الخلط الموحد ودرجة الحرارة وما إلى ذلك.
تعتمد نظرية التبلور الكلاسيكية على المفهوم الديناميكي الحراري القائل بأن النظام المعزول مستقر تماما عندما تكون إنتروبيته ثابتة.
حقائق عن اللاكتوز
اللاكتوز (سكر الحليب) هو ثنائي السكاريد مبني من الجلوكوز والجالاكتوز متصل برابطة جليكوسيدية β (1→4).
بسبب وجود الكربون chiral ، يمكن أن يحدث اللاكتوز في شكل أنواع الأيزومرات 2 التالية: α أو β اللاكتوز. غالبا ما يوجد اللاكتوز على شكل بلورة أحادية الهيدرات α اللاكتوز. أما الأشكال المتعددة الأخرى، وهي اللامائية β-اللاكتوز، فهي أقل شيوعا وتتبلور فوق 93.5 درجة مئوية. α و β-anomers لهما خواص مختلفة تماما. يمكن تمييز الأشكال المتعددة من خلال الدوران النوعي (+89 درجة مئوية و + 35 درجة مئوية ل α و β اللاكتوز ، على التوالي) والذوبان (70 و 500 جم / لتر (عند 20 درجة مئوية) ل α و β اللاكتوز ، على التوالي). [مكسويني وآخرون 2009]
هذا هو الكربوهيدرات الرئيسية للحليب ويوجد بتركيزات 2-8 بالوزن. اللاكتوز عديم النكهة وله حلاوة منخفضة. يعمل اللاكتوز كمختزل للسكر ويعزز تفاعلات ميلارد وستيكر. وبالتالي ، يتم استخدام اللاكتوز لتعزيز لون ونكهة المنتجات الغذائية مثل منتجات المخابز والمعجنات والحلويات.
اللاكتوز هو مادة مضافة غذائية مستخدمة على نطاق واسع تعمل كحامل وحشو ومثبت ومخفف للأقراص في المنتجات الغذائية والصيدلانية.
α-اللاكتوز هو أنقى شكل ، والذي يستخدم للمنتجات الصيدلانية.
اللاكتوز عنصر مهم عندما يتعلق الأمر بالنكهة والرائحة وتفاعلات التحمير.
الصيغة: C12H22O11
معرف IUPAC: β-D-غالاكتوبيرانوسيل-(1→4)-D- الجلوكوز
الكتلة المولية: 342.3 جم / مول
نقطة الانصهار: 202.8 °C
الكثافة: 1.53 جم / سم3
تصنيف: فودماب
قابل للذوبان في: الماء والإيثانول
الأدب / المراجع
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews 5/1, 2013. 36-44.
- Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Weeks, M. (2014): Sonocrystallisation of lactose in an aqueous system. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
- 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.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Lactose particle engineering: influence of ultrasound and anti-solvent on crystal habit and particle size. J Cryst Growth 312(23):3509–20.
- 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.
- Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Effect of process parameters on crystal size and morphology of lactose in ultrasound-assisted crystallization. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.