Ultrazvučna kristalizacija laktoze
U mnogim mljekarskim procesima, velike količine surutke – koja se također naziva mliječni permeat – nastaju kao nusproizvod. Ova efluentna voda je bogata laktozom, ali je njeno odlaganje skupo i opterećujuće po okoliš. Primjenom ultrazvuka za obnavljanje laktoze, količina otpada može se značajno smanjiti, pretvarajući problematičan efluent u vrijedan resurs. Ultrasonication olakšava brzu i efikasnu kristalizaciju, dajući veliku količinu ujednačenih kristala laktoze pogodnih za komercijalnu upotrebu.
Lactose Manufacturing
Laktoza se proizvodi iz koncentrirane otopine laktoze (dobivene iz surutke). Koncentrovana kaša laktoze mora se ohladiti na nisku temperaturu da bi se istaložili kristali. Nakon koraka taloženja, kristali laktoze se odvajaju centrifugiranjem. Zatim se kristali suše u prah.
Koraci kristalizacije laktoze:
- koncentracija
- nukleacija
- Rast kristala
- Berba/pranje
Poboljšana kristalizacija laktoze ultrazvukom
Ultrazvuk je poznat po svom pozitivnom uticaju na procese kristalizacije i taloženja (sonokristalizacija). Sonikacija također poboljšava formiranje i rast kristala laktoze.
Sono-kristalizacija laktoze pomaže da se dobije maksimalni prinos laktoznih kristala u minimalnom vremenu.
Ultrazvučni stakleni reaktor za inline ultrazvučnu obradu
Dobar rast kristala je značajan kako bi se osigurala efikasna žetva i pranje laktoze (ekstrakcija & pročišćavanje). Sonikacija uzrokuje prezasićenje laktoze i pokreće primarnu nukleaciju kristala laktoze. Nadalje, kontinuirana sonikacija doprinosi sekundarnoj nukleaciji, koja osigurava distribuciju male veličine kristala (CSD).
Ultrazvučna kristalizacija laktoze: Laktoza kristalizira pod različitim uvjetima: ultrazvučni unos energije, dodani karagenan ili whey (WPC) utječu na veličinu kristala laktoze
studija i slika: ©Sanchez-García et al., 2018.
Prednosti ultrazvuka:
- maksimalni prinos
- veoma kratko vreme procesa
- ujednačena veličina kristala
- kontrolisana veličina kristala
- ujednačenog oblika kristala
Od izvodljivosti do inline proizvodnje: Sono-kristalizacija laktoze
Pročitajte više o povećanju ultrazvučne kristalizacije laktoze od stola do industrijske proizvodnje!
Od otpadnih voda do laktoze
Zbog velike proizvodnje mliječnih proizvoda, surutka je često nusproizvod koji se tretira kao otpadni efluent. Odlaganje tekuće sirutke je skupo zbog visoke biološke potražnje za kiseonikom (BPK) i sadržaja vode. Kada se laktoza dobije iz sirutke, otpadni proizvod se koristi u koraku naknadne obrade za proizvodnju laktoze u prahu. Obnavljanje laktoze smanjuje BPK surutke za više od 80%, čineći nusproizvod korisnim i ekološki prihvatljivijim. Ultrazvučno potpomognuti proces kristalizacije poboljšava rast kristala, prinos i kvalitet.
Laktoza se široko koristi kao sastojak u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji, kao sirovina za proizvodnju laktitola ili kao osnovni materijal za mikrobnu proizvodnju biorazgradivih poliestera.
UIP2000hdT, moćni sonikator od 2000 vati sa protočnom ćelijom za industrijsku inline kristalizaciju
ultrazvučna oprema
Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučnu opremu za procese sonokristalizacije – bilo za serijsku ultrazvučnu obradu ili za inline obradu u ultrazvučnom reaktoru. Svi Hielscher sonicatori su dizajnirani da rade kontinuirano (24 sata / 7d / 365d) osiguravajući maksimalno korištenje opreme. Industrijski ultrazvučni uređaji od 0,5 kW do 16 kW po jedinici su pogodni za komercijalnu obradu velikih količina prezasićenih suspenzija.
Prerada laktoze za hranu
Hielscher sonikatori su vrlo efikasni za promociju i kontrolu kristalizacije laktoze iz prezasićenih rastvora. Primjenom intenzivne ultrazvučne kavitacije, ovi sistemi povećavaju stope nukleacije, smanjuju vrijeme indukcije i omogućavaju formiranje uniformnih, dobro definiranih kristala. To rezultira bržom kinetikom kristalizacije i poboljšanom kontrolom nad veličinom i morfologijom kristala. Idealni za serijske i kontinuirane inline procese, Hielscher sonicatori nude skalabilna rješenja iz R-a&D za industrijsku proizvodnju. Njihov robustan njemački inženjering i kompatibilnost sa farmaceutskim standardima čine ih posebno pogodnim za zahtjevne aplikacije u pročišćavanju, formulaciji i preradi laktoze.
Hielscher ultrazvučni uređaji su pogodni za proizvodnju hrane i farmaceutske industrije u skladu sa cGMP standardima. Hielscher sonicatori su dostupni sa sanitarnim priključcima, osiguravajući potpunu usklađenost sa higijenskim standardima obrade. Ultrazvučne sonotrode (koje se nazivaju i sonde ili rogovi) i protočni reaktori su dizajnirani sa pojednostavljenom geometrijom koja se lako čisti, olakšavajući efikasno održavanje i minimizirajući vrijeme zastoja. Naime, ultrazvučna kavitacija sama po sebi djeluje kao mehanizam za čišćenje na mjestu (CIP), podržavajući unutrašnje čišćenje površine tokom rada. Za aseptična okruženja, sve sonotrode i reaktori su u potpunosti autoklavni. Zahvaljujući svom kompaktnom otisku, Hielscher sistemi se lako integriraju ili naknadno ugrađuju u postojeće proizvodne linije - što ih čini idealnim za nadogradnju u farmaceutskim i prehrambenim postrojenjima za kristalizaciju.
Kontaktirajte nas danas za više informacija! Hielscher Ultrasonics nudi različita standardizirana, kao i prilagođena rješenja za ultrazvučnu obradu mlijeka i hrane!
Ultrasonicator UIP6000hdT sa protočnom ćelijom pod pritiskom. Obloga za grijanje/hlađenje omogućava sonikaciju na povišenim ili sniženim temperaturama.
O sonokristalizaciji
Kada se ultrazvuk snage primjenjuje kako bi se inducirali i poboljšali procesi kristalizacije, to je poznato kao sonokristalizacija. Sonokristalizacija se zasniva na primeni “akustičkih valova koji izazivaju fizičko-hemijske promjene u materijalu. Neke uobičajene primjene snažnog ultrazvuka uključuju njegovu upotrebu za induciranje kemijskih reakcija (sonohemija) i promoviranje kristalizacije (sonokristalizacija). Ove tehnike su privukle pažnju nekoliko industrija uključujući farmaceutsku, hemijsku i prehrambenu industriju s obzirom na prednost koju nude. Ultrazvučne tehnike su ekonomski isplative i relativno ih je lako ugraditi u industrijski rad. Ove tehnike se mogu koristiti za poboljšanje i ponovljivosti i prinosa proizvodnje; nisu termički i ekološki čisti”. [Martini 2013, 4]
Nukleacija i rast kristala
Kristalizacija se određuje kao proces formiranja, gdje se čvrsti kristali talože iz prezasićene otopine, taline ili plina.
Proces kristalizacije sastoji se od dvije glavne faze: nukleacije i rasta kristala.
Tokom nukleacije, rastvoreni molekuli u rastvoru počinju da formiraju klastere, koji moraju biti dovoljno veliki da budu stabilni u radnim uslovima. Takav stabilan klaster formira jezgro. Nakon dostizanja kritične veličine za formiranje stabilnog jezgra, počinje faza rasta kristala.
U fazi rasta kristala, formirane jezgre postaju veće kako je više molekula vezano za klaster. Proces rasta ovisi o stupnju zasićenja i drugim parametrima kao što su jednolično miješanje, temperatura itd.
Klasična teorija kristalizacije zasniva se na termodinamičkoj koncepciji da je izolovani sistem apsolutno stabilan kada je njegova entropija nepromenljiva.
Činjenice o laktozi
Laktoza (mliječni šećer) je disaharid izgrađen od glukoze i galaktoze povezanih β(1→4) glikozidnom vezom.
Zbog prisustva kiralnog ugljika, laktoza se može pojaviti u obliku sljedeća 2 tipa izomera: α- ili β-laktoza. Laktoza se najčešće nalazi kao hidratizirani kristal α-laktoze monohidrata. Drugi polimorf, bezvodna β-laktoza, je rjeđi i kristalizira iznad 93,5°C. α- i β-anomeri imaju vrlo različita svojstva. Polimorfi se mogu razlikovati po specifičnoj rotaciji (+89°C i +35°C za α- i β-laktozu, respektivno) i rastvorljivosti (70 i 500 g/L (na 20°C) za α- i β-laktozu , odnosno). [McSweeney et al. 2009]
To je glavni ugljikohidrat mlijeka i nalazi se u koncentracijama od 2-8 tež.%. Laktoza je bez ukusa i niske slatkoće. Laktoza djeluje kao redukcijski šećer i potiče Maillardove i Steckerove reakcije. Tako se laktoza koristi za poboljšanje boje i okusa prehrambenih proizvoda kao što su pekarski proizvodi, peciva i konditorski proizvodi.
Laktoza je široko korišteni aditiv za hranu koji funkcionira kao nosač, punilo, stabilizator i razrjeđivač tableta u prehrambenim i farmaceutskim proizvodima.
α-laktoza je najčistiji oblik koji se koristi za farmaceutske proizvode.
Laktoza je važan sastojak kada su u pitanju okus, aroma i reakcije posmeđivanja.
Formula: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galaktopiranozil-(1→4)-D-glukoza
Molarna masa: 342,3 g/mol
Tačka topljenja: 202,8°C
Gustina: 1,53 g/cm3
Klasifikacija: FODMAP
Rastvorljivo u: vodi, etanolu
Literatura / Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.