Laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılması
Bir çox süd emalı prosesində əlavə məhsul kimi böyük həcmdə süd zərdabı – süd permeatı da adlandırılan maye – yaranır. Bu tullantı maye laktoza ilə zəngindir, lakin onun utilizasiyası həm baha başa gəlir, həm də ətraf mühitə yük yaradır. Laktozanı bərpa etmək üçün ultrasəs tətbiq etməklə tullantıların həcmini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq və problemli tullantı mayeni qiymətli resursa çevirmək mümkündür. Ultrasəslə emal sürətli və səmərəli kristallaşmanı asanlaşdıraraq kommersiya istifadəsinə yararlı, eyni ölçülü laktoza kristallarının böyük miqdarda əldə edilməsini təmin edir.
Laktoza istehsalı
Laktoza qatılaşdırılmış laktoza məhlulundan (süd zərdabından əldə edilən) istehsal olunur. Kristalların çökməsi üçün qatılaşdırılmış laktoza suspenziyası aşağı temperatura qədər soyudulmalıdır. Çökdürmə mərhələsindən sonra laktoza kristalları sentrifuqalama ilə ayrılır. Daha sonra kristallar qurudularaq toz halına gətirilir.
Laktozanın kristallaşdırılması mərhələləri:
- Qatılaşdırma
- Kristallaşma nüvələrinin yaranması
- Kristalların böyüməsi
- Toplama/ yuma
Ultrasəslə emal vasitəsilə laktozanın kristallaşmasının yaxşılaşdırılması
Ultrasəs kristallaşma və çökdürmə proseslərinə müsbət təsiri ilə yaxşı tanınır (sonokristallaşma). Ultrasəslə emal laktoza kristallarının yaranmasını və böyüməsini də yaxşılaşdırır.
Laktozanın sonokristallaşdırılması minimum vaxt ərzində laktoza kristallarının maksimum çıxımını əldə etməyə kömək edir.
Axın xəttində ultrasəslə emal üçün ultrasəs şüşə reaktoru
Kristalların yaxşı böyüməsi laktozanın səmərəli toplanmasını və yuyulmasını (ekstraksiya və təmizləmə) təmin etmək üçün vacibdir. Ultrasəslə emal laktozanın ifrat doymasına səbəb olur və laktoza kristallarının ilkin nüvələnməsini başladır. Bundan əlavə, fasiləsiz ultrasəslə emal ikincili nüvələnməyə kömək edir və bu, kiçik kristal ölçüsü paylanmasını (CSD) təmin edir.
Laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılması: müxtəlif şəraitlərdə kristallaşdırılmış laktoza: daxil edilən ultrasəs enerjisi, əlavə edilmiş karragenan və ya süd zərdabı (WPC) laktoza kristallarının ölçüsünə təsir edir
tədqiqat və şəkil: ©Sanchez-García et al., 2018.
Ultrasəsin üstünlükləri:
- maksimum çıxım
- çox qısa proses müddəti
- eyni kristal ölçüsü
- idarə oluna bilən kristal ölçüsü
- eyni kristal forması
Mümkünlüyün qiymətləndirilməsindən axın xəttində istehsala qədər: laktozanın sonokristallaşdırılması
Laktozanın ultrasəslə kristallaşdırılmasının masaüstü miqyasdan sənaye istehsalına qədər miqyaslandırılması haqqında daha çox oxuyun!
Tullantı mayedən laktozaya
Süd məhsulları istehsalının böyük həcminə görə süd zərdabı çox vaxt tullantı maye kimi qəbul edilən əlavə məhsuldur. Maye süd zərdabının utilizasiyası onun yüksək bioloji oksigen tələbatı (BOD) və su tərkibi səbəbindən baha başa gəlir. Laktoza süd zərdabından bərpa edildikdə bu tullantı məhsul sonrakı emal mərhələsində laktoza tozu istehsalı üçün istifadə olunur. Laktozanın bərpası süd zərdabının BOD göstəricisini 80%-dən çox azaldaraq əlavə məhsulu faydalı və ətraf mühit üçün daha əlverişli edir. Ultrasəsin köməyi ilə aparılan kristallaşdırma prosesi kristalların böyüməsini, çıxımını və keyfiyyətini yaxşılaşdırır.
Laktoza qida və əczaçılıq sənayesində inqrediyent kimi, laktitol istehsalı üçün xammal kimi və ya bioloji parçalana bilən poliefirlərin mikroorqanizmlər vasitəsilə istehsalı üçün əsas material kimi geniş istifadə olunur.
UIP2000hdT, 2000 vatt gücündə ultrasəs cihazı, sənayedə axın xəttində kristallaşdırma üçün axın hüceyrəsi ilə təchiz edilmişdir.
Ultrasəs avadanlığı
Hielscher Ultrasonics sonokristallaşdırma prosesləri üçün ultrasəs avadanlığı təklif edir – həm partiyalar üzrə ultrasəslə emal, həm də ultrasəs reaktorunda axın xəttində emal üçün. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları fasiləsiz işləmək üçün (24hrs/ 7d/ 365d) layihələndirilmişdir və avadanlıqdan maksimum istifadəni təmin edir. Hər qurğu üzrə 0,5kW-dan 16kW-a qədər gücə malik sənaye ultrasəs cihazları böyük həcmdə ifrat doymuş suspenziyaların kommersiya məqsədli emalı üçün uyğundur.
Qida keyfiyyəti tələblərinə uyğun laktoza emalı
Hielscher ultrasəs cihazları ifrat doymuş məhlullardan laktozanın kristallaşmasını təşviq etmək və idarə etmək üçün yüksək dərəcədə effektivdir. İntensiv ultrasəs kavitasiyası tətbiq etməklə bu sistemlər nüvələnmə sürətini artırır, induksiya müddətlərini azaldır və eyni ölçülü, dəqiq formalaşmış kristalların yaranmasına imkan verir. Bu, kristallaşma kinetikasının sürətlənməsinə və kristal ölçüsünə və morfologiyasına nəzarətin yaxşılaşmasına gətirib çıxarır. Həm partiyalar üzrə, həm də axın xəttində fasiləsiz proseslər üçün ideal olan Hielscher ultrasəs cihazları tədqiqat və işləmələrdən sənaye istehsalına qədər miqyaslandırıla bilən həllər təklif edir. Onların möhkəm alman mühəndislik konstruksiyası və əczaçılıq keyfiyyəti standartlarına uyğunluğu onları laktozanın təmizlənməsi, formulasiya hazırlanması və emalında yüksək tələblər qoyulan tətbiqlər üçün xüsusilə uyğun edir.
Hielscher ultrasəs cihazları cGMP standartlarına uyğun qida və əczaçılıq keyfiyyətli istehsal üçün yararlıdır. Hielscher ultrasəs cihazları sanitariya tələblərinə uyğun birləşdirici fitinqlərlə təklif olunur və gigiyenik emal standartlarına tam uyğunluğu təmin edir. Ultrasəs sonotrodları (zondlar və ya hornlar da adlandırılır) və axınlı reaktorlar axın üçün əlverişli, asan təmizlənən həndəsi formalarda layihələndirilmişdir; bu, səmərəli texniki xidməti asanlaşdırır və dayanma müddətini minimuma endirir. Xüsusilə, ultrasəs kavitasiyasının özü yerində təmizləmə (CIP) mexanizmi kimi fəaliyyət göstərərək iş zamanı daxili səthlərin təmizlənməsini dəstəkləyir. Aseptik mühitlər üçün bütün sonotrodlar və reaktorlar tam şəkildə avtoklavda sterilizasiya edilə bilər. Az yer tutduqları üçün Hielscher sistemləri mövcud istehsal xətlərinə asanlıqla inteqrasiya olunur və ya sonradan quraşdırılır – bu da onları əczaçılıq və qida keyfiyyəti tələblərinə uyğun kristallaşdırma müəssisələrinin modernləşdirilməsi üçün ideal edir.
Daha ətraflı məlumat almaq üçün bu gün bizimlə əlaqə saxlayın! Hielscher Ultrasonics süd və qida məhsullarının ultrasəslə emalı üçün müxtəlif standartlaşdırılmış və fərdi tələblərə uyğunlaşdırılmış həllər təklif edir!
UIP6000hdT ultrasəs cihazı təzyiq altında işləyə bilən axın hüceyrəsi ilə təchiz edilmişdir. Qızdırma/ soyutma köynəyi yüksəldilmiş və ya aşağı salınmış temperaturlarda ultrasəslə emala imkan verir.
Sonokristallaşma haqqında
Kristallaşma proseslərini başlatmaq və yaxşılaşdırmaq üçün güclü ultrasəs tətbiq edildikdə bu, sonokristallaşma adlanır. Sonokristallaşma “materialda fiziki-kimyəvi dəyişikliklər yaratmaq üçün akustik dalğaların tətbiqinə əsaslanır. Güclü ultrasəsin bəzi geniş yayılmış tətbiqlərinə kimyəvi reaksiyaları başlatmaq (sonokimya) və kristallaşmanı təşviq etmək (sonokristallaşma) üçün istifadə daxildir. Təqdim etdikləri üstünlüklərə görə bu üsullar əczaçılıq, kimya və qida sənayesi də daxil olmaqla bir sıra sənaye sahələrinin diqqətini cəlb etmişdir. Ultrasəs üsulları iqtisadi cəhətdən əlverişlidir və onların sənaye əməliyyatlarına inteqrasiyası nisbətən asandır. Bu üsullardan istehsalın həm təkrarlana bilməsini, həm də çıxımını yaxşılaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər; onlar qeyri-termikdir və ekoloji cəhətdən təmizdir”. [Martini 2013, 4]
Nüvələnmə və kristalların böyüməsi
Kristallaşma bərk kristalların ifrat doymuş məhluldan, ərintidən və ya qazdan çökərək əmələ gəldiyi proses kimi müəyyən edilir.
Kristallaşma prosesi iki əsas mərhələdən ibarətdir: nüvələnmə və kristalların böyüməsi.
Nüvələnmə zamanı məhlulda həll olmuş molekullar qruplar yaratmağa başlayır; bu qruplar iş şəraitində sabit qalmaq üçün kifayət qədər böyük olmalıdır. Belə sabit qrup nüvə yaradır. Sabit nüvə yaratmaq üçün kritik ölçüyə çatdıqdan sonra kristalın böyümə mərhələsi başlayır.
Kristalın böyümə mərhələsində qrupa daha çox molekul birləşdikcə yaranmış nüvələr böyüyür. Böyümə prosesi doyma dərəcəsindən və bərabər qarışdırma, temperatur və s. kimi digər parametrlərdən asılıdır.
Klassik kristallaşma nəzəriyyəsi təcrid olunmuş sistemin entropiyası dəyişmədikdə onun mütləq sabit olması haqqında termodinamik təsəvvürə əsaslanır.
Laktoza haqqında faktlar
Laktoza (süd şəkəri) β(1→4) qlikozid rabitəsi ilə birləşmiş qlükoza və qalaktozadan ibarət disaxariddir.
Xiral karbon atomunun mövcudluğuna görə laktoza aşağıdakı 2 izomer növü şəklində mövcud ola bilər: α- və ya β-laktoza. Laktoza ən çox hidratlaşmış α-laktoza monohidrat kristalı şəklində rast gəlinir. Digər polimorf olan susuz β-laktoza daha az yayılmışdır və 93,5°C-dən yuxarı temperaturda kristallaşır. α- və β-anomerlər çox fərqli xassələrə malikdir. Polimorfları xüsusi fırlanma (α- və β-laktoza üçün müvafiq olaraq +89°C və +35°C) və həllolma qabiliyyəti (α- və β-laktoza üçün müvafiq olaraq 70 və 500g/L (20°C-də)) ilə fərqləndirmək mümkündür. [McSweeney et al. 2009]
O, südün əsas karbohidratıdır və 2–8 wt% qatılıqlarda mövcuddur. Laktoza dadsızdır və şirinliyi azdır. Laktoza reduksiyaedici şəkər kimi fəaliyyət göstərir və Maillard və Stecker reaksiyalarını təşviq edir. Buna görə laktoza çörək-bulka məhsulları, şirniyyat məmulatları və qənnadı məhsulları kimi qidaların rəngini və dadını gücləndirmək üçün istifadə olunur.
Laktoza qida və əczaçılıq məhsullarında daşıyıcı, doldurucu, stabilizator və tablet durulaşdırıcısı funksiyalarını yerinə yetirən, geniş istifadə olunan qida əlavəsidir.
α-laktoza əczaçılıq məhsulları üçün istifadə edilən ən təmiz formadır.
Laktoza dad, aroma və qəhvəyi rəngin yaranması reaksiyaları baxımından mühüm inqrediyentdir.
Formula: C12H22O11
IUPAC identifikatoru: β-D-qalaktopiranozil-(1→4)-D-qlükoza
Molyar kütlə: 342,3 g/mol
Ərimə temperaturu: 202,8°C
Sıxlıq: 1,53 g/cm3
Təsnifat: FODMAP
Həll olduğu maddələr: su, etanol
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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 Ultrasonics yüksək performanslı ultrasəs homogenizatorlarını laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünədək istehsal edir.