Laktozanın axın xəttində kristallaşdırılması – laboratoriyadan sənayeyə

Ultrasəslə dəstəklənən kristallaşdırma fasiləsiz axın şəraitində bərk maddələrin əmələ gəlməsini artırmaq üçün səmərəli üsuldur. Aşağıda Hielscher UP200St-TD-FlowCell ultrasəslə emal kamerasından istifadə etməklə laktoza/su/izopropanol üçkomponentli sistemindən laktozanın axın xəttində kristallaşdırılmasına yönəlmiş bir tədqiqatı təqdim edirik. Ultrasəsin tətbiqi sistemin sabitliyində, kristal morfologiyasında və işləmə müddətinin fasiləsizliyində əhəmiyyətli yaxşılaşmalar təmin etmişdir. Burada optimallaşdırılmış eksperimental protokolu, əsas performans nəticələrini və sənaye miqyasına keçid yolunu tapa bilərsiniz.

Prosesin intensivləşdirilməsi: ultrasəslə emaldan istifadə etməklə laktozanın kristallaşdırılması

Kristallaşdırma əczaçılıq və qida sənayesində təmizləmə və hissəciklərin xüsusiyyətlərinin məqsədyönlü formalaşdırılması üçün vacibdir. Lakin ənənəvi partiyalarla aparılan proseslərdə, xüsusilə miqyasın böyüdülməsi zamanı, təkrarlana bilən nəticələr və çöküntü ilə çirklənmə baxımından məhdudiyyətlər mövcuddur. Ultrasəs şəraitində fasiləsiz kristallaşdırma kristallaşma nüvələrinin yaranma sürətini artırmaqla, ölçü paylanmasını yaxşılaşdırmaqla və çöküntü ilə çirklənmədən yaranan çətinlikləri azaltmaqla cəlbedici alternativ təqdim edir.

Zettl və həmkarları (2020) öz tədqiqatlarında fasiləsiz kristallaşdırma konfiqurasiyasında Hielscher UP200St-TD-FlowCell cihazının istismar üstünlüklərini araşdırmaq üçün model hidrofil sistemdən – su/izopropanol qarışığında laktoza monohidratdan – istifadə edirlər.

Materiallar və üsullar – masaüstü miqyasda laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılması

Materiallar

• Həll olunan maddə: α-laktoza monohidrat
• Həlledici sistemi: laktozanın ifrat doyması üçün optimallaşdırılmış üçkomponentli faza nisbətində deionlaşdırılmış su və izopropanol
• Sonikator: axınlı ultrasəslə emal hüceyrəsi (TD-FlowCell) ilə təchiz olunmuş UP200St-TD

Avadanlığın konfiqurasiyası
UP200St-TD-FlowCell qapalı dövrəli fasiləsiz kristallaşdırma konturunda quraşdırılmışdır. Peristaltik nasos ifrat doymuş laktoza məhlulunu ultrasəslə emal kamerasından dövr etdirirdi; burada ultrasəs vasitəsilə sistemə enerji ötürülürdü. Axın xəttində temperatur nəzarəti uzunmüddətli iş zamanı istilik sabitliyini təmin edirdi.

Fasiləsiz rejimdə laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılması
(Tədqiqat və şəkil: ©Zettl et al., 2020)

Laktozanın həllolma qabiliyyəti
Qlükoza və qalaktozadan ibarət disaxarid olan laktozanın otaq temperaturunda (adətən 20–25 °C kimi müəyyən edilir) suda doyma konsentrasiyası 25°C-də təxminən 18,9 wt% təşkil edir.
Laktozanın həllolma qabiliyyəti temperatur artdıqca artır, lakin bu artım xətti deyil. 50°C-də təxminən 31 wt%-ə yüksəlir, 70°C-də isə təxminən 45 wt% təşkil edir.

Laktozanın fasiləsiz kristallaşdırılması üçün protokol

Məqsəd: fasiləsiz ultrasəslə emal zamanı sistemin çöküntü ilə çirklənməsini minimuma endirmək və işləmə müddətini maksimuma çatdırmaq.

Addım-addım protokol:

1. Sistemə verilən məhlulun hazırlanması
   • Doymuş məhlul əldə etmək üçün α-laktoza monohidratı 50°C-də deionlaşdırılmış suda həll edin.
   • Laktozanın sulu suspenziyasını hazırlamaq üçün hər 1000 g suya 233 g a-laktoza əlavə edin
   • Maddə tam həll olana qədər qarışığı qarışdırın.
   • Daha sonra doymuş məhlul əldə etmək üçün məhlulun 25°C-yə qədər soyumasına imkan verin.
2. Sistemin qurulması
   • Axın konturunu sistemə verilən məhlulla doldurun.
   • Axın sürətini 60 mL/min olaraq təyin edin (ultrasəs kamerasında ~30 saniyə qalma müddəti üçün optimaldır).
   • Giriş suspenziyası və antihəlledici iki giriş portu vasitəsilə ultrasəs axın hüceyrəsinin proses kamerasına verilir.
   • 15 wt % laktoza suspenziyasının axın sürətini 27g/ min olaraq təyin edin. Əvvəlcədən soyudulmuş izopropanolu (12°C) 27g/min sürətlə əlavə edərək çökməni başladın; nəticədə ümumi kütlə axını sürəti 54g/min olur. (54g/min kütlə axını sürəti 60 mL/min həcm axını sürətinə uyğun gəlir)
   • Ultrasəslə emalı 100% amplitudada başladın. İş temperaturunu 25–30°C arasında saxlayın.
3. Kristallaşdırma mərhələsi
   • Ultrasəslə emalı fasiləsiz davam etdirin. Hielscher sonikatorları 24/7 iş rejimi üçün hazırlanmışdır.
   • Kristallaşmış laktozanı axın istiqamətində sonrakı filtr modulundan hər 60 dəqiqədən bir toplayın.
4. Prosesdən sonrakı xarakterizasiya
   • Kristal morfologiyasını SEM vasitəsilə təhlil edin.
   • Lazer difraksiyasından istifadə edərək kristal ölçüsü paylanmasını kəmiyyətcə müəyyən edin (D50 hədəfi: 80–100 µm).
   • Saflığı HPLC vasitəsilə müəyyən edin (laktoza monohidrat >98%).

Zettl et al., 2020 tədqiqatında istifadə olunmuş laktoza suspenziyalarının tərkibi: girişdə asılı bərk maddənin kütlə payı (w s,f), məhsulda asılı bərk maddənin kütlə payı (w s,p), məhsulda həll olmuş bərk maddənin kütlə payı (w d,p), məhsulda suyun kütlə payı (w H2O,p), məhsulda izopropanolun kütlə payı (w IA,p) və məhsulda etanolun kütlə payı (w EtOH,p).

Laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılmasının nəticələri və üstünlükləri

• Aqlomerasiyanın azaldılması:
  Axın xəttində ultrasəslə emal kristalların aqlomerasiyasını effektiv şəkildə zəiflədərək bir-birindən yaxşı ayrılmış prizmatik laktoza kristalları əmələ gətirmişdir.
• Köpüyün azaldılması:
  Xüsusilə, ultrasəs səthdə köpük əmələ gəlməsini – spirtlərin iştirak etdiyi antihəlledici ilə kristallaşdırma prosesində yayılmış bir problemi – azaldaraq həcm üzrə emal məhsuldarlığını yaxşılaşdırmışdır.
• Tıxanmanın qarşısının alınması:
  Uzunmüddətli iş zamanı çöküntü ilə çirklənmə və ya tıxanma müşahidə olunmamışdır; bu, səthlərin təmiz saxlanmasında və axın hüceyrəsində bərk maddələrin çökməsinin qarşısının alınmasında akustik kavitasiyanın rolunu təsdiqləyir.
• Fasiləsiz işləmə müddəti:
  Proses fasiləsiz iş rejimində davam etdirilə bilər və kristalların keyfiyyəti müxtəlif zaman nöqtələrində sabit qalır.

Laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılması: müxtəlif şəraitlərdə kristallaşdırılmış laktoza: ultrasəs enerjisinin verilməsi, əlavə edilmiş karragenan və ya süd zərdabı (WPC) laktoza kristallarının ölçüsünə təsir edir
tədqiqat və şəkil: © Sanchez-García et al., 2018.

Laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılmasının miqyasının böyüdülməsi

Almaniyada ən yüksək sənaye standartlarına uyğun layihələndirilmiş Hielscher axın xətti sonikatorları ifrat doymuş məhlullardan laktozanın və digər bərk maddələrin fasiləsiz kristallaşdırılması üçün etibarlı həll təqdim edir. Əczaçılıq səviyyəli tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş bu sistemlər kristallaşma nüvələrinin yaranmasına və kristal böyüməsinə dəqiq nəzarəti dəstəkləyərək təkrarlana bilən hissəcik ölçüsü paylanmalarını və prosesin sabitliyini təmin edir. Laboratoriyadan istehsal miqyasına xətti miqyaslandırma imkanı ilə Hielscher ultrasəs reaktorları prosesin problemsiz köçürülməsinə imkan verir, işlənib hazırlanma müddətini və xərclərini minimuma endirir. Hərtərəfli texniki məsləhət xidmətləri ilə birlikdə bu sonikatorlar cGMP tələblərinə uyğun kristallaşdırma iş axınlarına asanlıqla inteqrasiya olunan fərdi həllər təqdim edir – bu da onları əczaçılıq, biotexnologiya və qida sənayesi üçün ideal edir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istismar ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitlərdə və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə asanlıqla işləyir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya və istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərini ödəyir.