Ултразвукова кристализация на лактоза

В много млечни процеси големи количества суроватка - наричана още млечен пермеат - се генерират като страничен продукт. Тези отпадъчни води са богати на лактоза, но изхвърлянето им е скъпо и екологично обременяващо. Чрез прилагане на ултразвук за възстановяване на лактозата, обемът на отпадъците може да бъде значително намален, превръщайки проблемните отпадъчни води в ценен ресурс. Ултразвукът улеснява бързата и ефективна кристализация, като дава голямо количество еднородни кристали на лактоза, подходящи за търговска употреба.

Производство на лактоза

Лактозата се произвежда от концентриран разтвор на лактоза (получен от суроватка). Концентрираната лактоза суспензия трябва да се охлади до ниска температура, за да се утаят кристали. След етапа на утаяване кристалите на лактозата се отделят чрез центрофугиране. След това кристалите се изсушават на прах.
Етапи на кристализация на лактоза:

концентрация
Нуклеация
Растеж на кристали
Прибиране на реколтата/ измиване

Подобрена кристализация на лактоза чрез соникиране

Ултразвукът е добре известен с положителното си въздействие върху процесите на кристализация и утаяване (сонокристализация). Сонирането също подобрява образуването и растежа на кристали на лактоза.
Сонокристализацията на лактозата помага да се постигне максимален добив на кристали лактоза за минимално време.

Ултразвукова проточна клетка за диспергиране, разтваряне и утаяване/кристализация

Ултразвуков стъклен реактор за вградена ултразвук

Добрият растеж на кристалите е значителен, за да се осигури ефективно събиране и измиване на лактозата (екстракция & пречистване). Соникацията причинява пренасищане на лактозата и инициира първичното заяждане на кристали на лактоза. Освен това, непрекъснатото ултразвук допринася за вторично нуклеиране, което осигурява дистибуция с малък размер на кристала (CSD).

Ултразвуково кристализирана лактоза: Ултразвуковата кристализация на лактоза може да бъде повлияна от добавянето на карагенан или суроватка (WPC).

Ултразвукова кристализация на лактоза: Лактозата кристализира при различни условия: ултразвукова входяща енергия, добавен карагенан или суроватка (WPC) влияе върху размера на лактозните кристали
проучване и снимка: ©Sanchez-García et al., 2018.

Предимства на ултразвука:

Максимален добив
много кратко време за процес
Еднакъв размер на кристала
Контролируем размер на кристала
Еднаква кристална форма

От осъществимост до поточно производство: сонокристализация на лактоза
Прочетете повече за мащабирането на ултразвуковата кристализация на лактоза от настолно до промишлено производство!

От отпадъчни води до лактоза

Поради голямото производство на млечни продукти, суроватката често е страничен продукт, който се третира като отпадъчни води. Изхвърлянето на течна суроватка е скъпо поради високата биологична нужда от кислород (BOD) и водното съдържание. Когато лактозата се възстанови от суроватката, отпадъчният продукт се използва в етап на последваща обработка за производство на лактоза на прах. Възстановяването на лактозата намалява БПК на суроватката с повече от 80%, което прави страничния продукт полезен и по-екологичен. Ултразвуковият процес на кристализация подобрява растежа, добива и качеството на кристалите.
Лактозата се използва широко като съставка в хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост, като суровина за производството на лактитол или като основен материал за микробното производство на биоразградими полиестери.

UIP2000hdt е мощен ултразвуков уред с мощност 2000 вата с проточна клетка за промишлена кристализация на лактоза при висока производителност.

UIP2000hdT, мощен звуков уред с мощност 2000 вата с проточна клетка за промишлена вградена кристализация

Ултразвуково оборудване

Hielscher Ultrasonics предлага ултразвуково оборудване за процеси на сонокристализация – или за партидно ултразвуково озвучаване, или за поточна обработка в ултразвуков реактор. Всички ултразвукови уреди Hielscher са проектирани да работят непрекъснато (24 часа/ 7d/ 365d), осигурявайки максимално използване на оборудването. Индустриалните ултразвукови устройства от 0,5kW до 16kW на единица са подходящи за търговска обработка на големи обеми пренаситени суспензии.

Преработка на лактоза за хранителни цели

Ултразвуковите апарати на Hielscher са високоефективни за насърчаване и контролиране на кристализацията на лактоза от пренаситени разтвори. Чрез прилагане на интензивна ултразвукова кавитация, тези системи подобряват скоростта на нуклеация, намаляват времето за индукция и позволяват образуването на равномерни, добре дефинирани кристали. Това води до по-бърза кинетика на кристализацията и подобрен контрол върху размера и морфологията на кристалите. Идеални както за партидни, така и за непрекъснати поточни процеси, ултразвуковите уреди на Hielscher предлагат мащабируеми решения от R&D към промишленото производство. Тяхното стабилно немско инженерство и съвместимост с фармацевтичните стандарти ги правят особено подходящи за взискателни приложения в пречистването, формулирането и преработката на лактоза.
Ултразвуковите апарати Hielscher са подходящи за производство на храни и фармацевтични продукти, отговарящи на стандартите cGMP. Ултразвуковите уреди Hielscher се предлагат със санитарни фитинги, осигуряващи пълно съответствие с хигиенните стандарти за обработка. Ултразвуковите сонотроди (наричани още сонди или клаксони) и проточните реактори са проектирани с рационализирана, лесна за почистване геометрия, улесняваща ефективната поддръжка и минимизираща времето за престой. По-специално, ултразвуковата кавитация сама по себе си действа като механизъм за почистване на място (CIP), подпомагащ почистването на вътрешната повърхност по време на работа. За асептична среда всички сонотроди и реактори са напълно автоклавируеми. Благодарение на компактния си отпечатък, системите на Hielscher лесно се интегрират или преоборудват в съществуващи производствени линии, което ги прави идеални за надграждане във фармацевтични и хранителни съоръжения за кристализация.
Свържете се с нас днес, за да получите повече информация! Hielscher Ultrasonics предлага различни стандартизирани и персонализирани решения за ултразвукова преработка на млечни продукти и храни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукообразователите за кристализация на лактоза, подробности за приложението и цени. Ще се радваме да обсъдим с вас вашата обработка на лактоза и да ви предложим най-добрата ултразвукова система, отговаряща на всички ваши нужди!

Имейл адрес (задължително)

Телефонен номер

Интерес

Индустриален ултразвуков ултразвуков уред UIP6000hdT (6kW ултразвукова мощност, 20kHz ултразвукова честота) с реактор с проточна клетка за непрекъсната ултразвукова обработка на пренаситени разтвори за кристализация и утаяване при висока производителност.

Ултразвуков уред UIP6000hdT с проточна клетка под налягане. Нагревателно-охлаждащото яке позволява ултразвук при повишени или понижени температури.

Свързани теми

Относно сонокристализацията

Когато се прилага мощен ултразвук за индуциране и подобряване на процесите на кристализация, това е известно като сонокристализация. Сонокристализацията се основава на прилагането на “акустични вълни, за да предизвикат физикохимични промени в материала. Някои често срещани приложения на силовия ултразвук включват използването му за индуциране на химични реакции (сонохимия) и за насърчаване на кристализацията (сонокристализация). Тези техники са привлекли вниманието на няколко индустрии, включително фармацевтичната, химическата и хранително-вкусовата промишленост, като се има предвид предимството, което предлагат. Ултразвуковите техники са икономически жизнеспособни и сравнително лесни за включване в промишлената експлоатация. Тези техники могат да се използват за подобряване както на възпроизводимостта, така и на добива на продукцията; те са нетермични и екологични чисти”. [Мартини 2013, 4]

Нуклеация и растеж на кристали

Кристализацията се определя като процес на образуване, при който твърдите кристали се утаяват от пренаситен разтвор, стопилка или газ.
Процесът на кристализация се състои от два основни етапа: нуклеация и растеж на кристалите.
По време на нуклеацията разтворените молекули в разтвора започват да образуват клъстери, които трябва да са достатъчно големи, за да бъдат стабилни при работните условия. Такъв стабилен клъстер образува ядро. След достигане на критичния размер за образуване на стабилно ядро започва етапът на растеж на кристалите.
Във фазата на растеж на кристалите образуваните ядра стават по-големи, тъй като повече молекули са свързани с клъстера. Процесът на растеж зависи от степента на насищане и други параметри като равномерно смесване, температура и др.
Класическата теория за кристализацията се основава на термодинамичната концепция, че изолираната система е абсолютно стабилна, когато нейната ентропия е неизменна.

Факти за лактозата

Лактозата (млечната захар) е дизахарид, изграден от глюкоза и галактоза, свързани с β(1→4) гликозидна връзка.
Поради наличието на хирален въглерод, лактозата може да се появи под формата на следните 2 типа изомери: α- или β-лактоза. Лактозата най-често се среща като хидратиран кристал α-лактоза монохидрат. Другият полиморф, безводен β-лактозен, е по-рядко срещан и кристализира над 93,5°C. α- и β-аномерите имат много различни свойства. Полиморфите могат да бъдат разграничени по специфичното въртене (+89°C и +35°C съответно за α- и β-лактоза) и разтворимостта (70 и 500 g/L (при 20°C) съответно за α- и β-лактоза). [McSweeney et al. 2009]
Той е основният въглехидрат на млякото и се намира в концентрации от 2-8 тегловни цента. Лактозата е без вкус и има ниска сладост. Лактозата действа като редуцираща захар и насърчава реакциите на Майар и Щекер. По този начин лактозата се използва за подобряване на цвета и вкуса на хранителни продукти като хлебни изделия, сладкиши и сладкарски изделия.
Лактозата е широко използвана хранителна добавка, която функционира като носител, пълнител, стабилизатор и разредител на таблетки в хранителни и фармацевтични продукти.
α-лактозата е най-чистата форма, която се използва за фармацевтични продукти.
Лактозата е важна съставка, когато става въпрос за вкус, аромат и реакции на покафеняване.
Формула: C₁₂H₂₂O₁₁
IUPAC ID: β-D-галактопиранозил-(1→4)-D-глюкоза
Моларна маса: 342,3 g/mol
Точка на топене: 202,8°C
Плътност: 1,53 г/см³
Класификация: FODMAP
Разтворим в: вода, етанол

Литература / Препратки

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.

Високоефективна ултразвук! Продуктовата гама на Hielscher обхваща пълния спектър от компактни лабораторни ултразвукови уреди до напълно индустриални ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.