Ultralyd laktosekrystallisation

I mange mejeriprocesser genereres store mængder valle - også kaldet mælkepermeat - som et biprodukt. Dette spildevand er rig på laktose, men bortskaffelsen er både dyrt og miljømæssigt belastende. Ved at anvende ultralyd til at genvinde laktosen kan mængden af affald reduceres betydeligt, hvilket omdanner et problematisk spildevand til en værdifuld ressource. Ultralydbehandling letter hurtig og effektiv krystallisation, hvilket giver en høj mængde ensartede laktosekrystaller, der er egnede til kommerciel brug.

Fremstilling af laktose

Laktose fremstilles af en koncentreret opløsning af lactose (opnået fra valle). Den koncentrerede laktoseopslæmning skal afkøles til en lav temperatur for at udfælde krystaller. Efter nedbørstrinnet adskilles laktosekrystallerne ved centrifugering. Derefter tørres krystallerne til et pulver.
Trin til laktosekrystallisation:

koncentration
Kimdannelse
Krystal vækst
Høst/vask

Forbedret laktosekrystallisation ved sonikering

Ultralyd er kendt for sin positive indvirkning på krystallisations- og udfældningsprocesser (sono-krystallisation). Sonikering forbedrer også dannelsen og væksten af laktosekrystaller.
Sono-krystallisering af laktose hjælper med at opnå det maksimale udbytte af laktosekrystaller på et minimum af tid.

Ultralydsflowcelle til dispergering, opløsning og udfældning / krystallisation

Ultralydsglasreaktor til inline sonikering

En god krystalvækst er væsentlig for at sikre en effektiv høst og vask af laktosen (ekstraktion & rensning). Sonikering forårsager en overmætning af lactose og initierer den primære kimdannelse af lactosekrystaller. Desuden bidrager kontinuerlig sonikering til en sekundær kimdannelse, som sikrer en lille krystalstørrelsesdistibution (CSD).

Ultralydkrystalliseret laktose: Ultralyd laktosekrystallisation kan påvirkes ved tilsætning af carrageenan eller valle (WPC).

Ultralyd laktosekrystallisation: Laktose krystalliseret under forskellige forhold: ultralydsenergiinput, tilsat carrageenan eller valle (WPC) påvirker laktosekrystalstørrelsen
undersøgelse og billede: ©Sanchez-García et al., 2018.

Fordele ved ultralyd:

Maksimalt udbytte
meget kort procestid
ensartet krystalstørrelse
kontrollerbar krystalstørrelse
ensartet krystalform

Fra gennemførlighed til inline-produktion: Sono-krystallisation af laktose
Læs mere om opskalering af ultralydslaktosekrystallisation fra bordplade til industriel produktion!

Fra spildevand til laktose

På grund af den store mælkeproduktion er valle ofte et biprodukt, der behandles som spildevand. Bortskaffelsen af flydende valle er omkostningskrævende på grund af dets høje biologiske iltbehov (BOD) og vandindhold. Når laktosen genvindes fra vallen, udnyttes affaldsproduktet i et efterbehandlingstrin til at producere laktosepulver. Laktosegenvindingen reducerer valle med mere end 80 %, hvilket gør biproduktet nyttigt og mere miljøvenligt. En ultralydassisteret krystallisationsproces forbedrer krystalvæksten, udbyttet og kvaliteten.
Laktose anvendes i vid udstrækning som ingrediens i fødevare- og medicinalindustrien, som råmateriale til produktion af lactitol eller som basismateriale til mikrobiel produktion af biologisk nedbrydelige polyestere.

UIP2000hdt er en 2000 watt kraftig soniker med flowcelle til industriel krystallisering af laktose ved høj gennemstrømning.

UIP2000hdT, en 2000 watt kraftig soniker med flowcelle til industriel inline-krystallisering

Ultralyd udstyr

Hielscher Ultrasonics tilbyder ultralydsudstyr til sono-krystallisationsprocesser – enten til batch-sonikering eller til inline-behandling i en ultralydsreaktor. Alle Hielscher sonikere er designet til at køre kontinuerligt (24 timer / 7d / 365d), hvilket sikrer maksimal udnyttelse af udstyret. Industrielle ultralydsenheder fra 0,5 kW op til 16 kW pr. Enhed er velegnede til kommerciel behandling af store mængder overmættede suspensioner.

Laktoseforarbejdning af fødevarekvalitet

Hielscher sonicatorer er yderst effektive til at fremme og kontrollere laktosekrystallisation fra overmættede opløsninger. Ved at anvende intens ultralydskavitation forbedrer disse systemer kimdannelseshastigheder, reducerer induktionstider og muliggør dannelse af ensartede, veldefinerede krystaller. Dette resulterer i hurtigere krystallisationskinetik og forbedret kontrol over krystalstørrelse og morfologi. Hielscher sonikere er ideelle til både batch- og kontinuerlige inline-processer og tilbyder skalerbare løsninger fra R&D til industriproduktion. Deres robuste tyske teknik og kompatibilitet med farmaceutiske standarder gør dem særligt velegnede til krævende anvendelser inden for laktoserensning, formulering og forarbejdning.
Hielscher ultralydapparater er velegnede til fødevare- og farmaceutisk produktion, der overholder cGMP-standarder. Hielscher sonikere fås med sanitære fittings, der sikrer fuld overholdelse af hygiejniske behandlingsstandarder. Ultralydssonotroderne (også kaldet sonder eller horn) og gennemstrømningsreaktorer er designet med strømlinede, nemme at rengøre geometrier, hvilket letter effektiv vedligeholdelse og minimerer nedetid. Især fungerer ultralydkavitation i sig selv som en clean-in-place (CIP) mekanisme, der understøtter intern overfladerengøring under drift. I aseptiske miljøer er alle sonotroder og reaktorer fuldt autoklaverbare. Takket være deres kompakte fodaftryk kan Hielscher-systemer nemt integreres eller eftermonteres i eksisterende produktionslinjer - hvilket gør dem ideelle til opgraderinger i farmaceutiske og fødevaregodkendte krystalliseringsfaciliteter.
Kontakt os i dag for at få mere information! Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige standardiserede såvel som tilpassede løsninger til ultralydsmejeri og fødevareforarbejdning!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om sonikere til laktosekrystallisation, applikationsdetaljer og priser. Vi vil med glæde diskutere din laktosebehandling med dig og tilbyde dig det bedste ultralydssystem, der opfylder alle dine behov!

Navn

Firma

E-mailadresse (påkrævet)

Telefonnummer

Adresse

By, stat, postnummer

Land

Interesse

Bemærk venligst vores Politik om beskyttelse af personlige oplysninger.

Jeg accepterer privatlivspolitikken

Industriel sonde-type ultralydsapparat UIP6000hdT (6kW ultralydseffekt, 20kHz ultralydsfrekvens) med flowcellereaktor til kontinuerlig ultralydsbehandling af overmættede opløsninger til krystallisation og udfældning ved høj gennemstrømning.

Ultralydsapparat UIP6000hdT med tryksat flowcelle. En varme-/ kølejakke gør det muligt at sonikere ved forhøjede eller sænkede temperaturer.

Relaterede emner

Om sonokrystallisation

Når ultralyd anvendes til at inducere og forbedre krystallisationsprocesser, er det kendt som sonokrystallisation. Sonokrystallisation er baseret på anvendelsen af “akustiske bølger for at inducere fysisk-kemiske ændringer i materialet. Nogle almindelige anvendelser af ultralyd inkluderer dens anvendelse til at inducere kemiske reaktioner (sonokemi) og til at fremme krystallisation (sonokrystallisation). Disse teknikker har fået opmærksomhed fra flere industrier, herunder farmaceutisk, kemisk og fødevareindustri på grund af den fordel, de tilbyder. Ultralydsteknikker er økonomisk levedygtige og relativt nemme at inkorporere i industriel drift. Disse teknikker kan bruges til at forbedre både reproducerbarhed og udbytte af produktionen; de er ikke-termiske og miljøvenlige rene”. [Martini 2013, 4]

Kimdannelse og krystalvækst

Krystallisation bestemmes som dannelsesprocessen, hvor faste krystaller udfældes fra en overmættet opløsning, smelte eller gas.
Krystallisationsprocessen består af to hovedfaser: kimdannelsen og krystalvæksten.
Under kimdannelsen begynder de opløste molekyler i opløsningen at danne klynger, som skal være store nok til at være stabile under driftsforholdene. En sådan stabil klynge danner en kerne. Efter at have nået den kritiske størrelse for at danne en stabil kerne, begynder stadiet med krystalvækst.
I fasen af krystalvækst bliver de dannede kerner større, efterhånden som flere molekyler er bundet til klyngen. Vækstprocessen afhænger af mætningsgraden og andre parametre såsom ensartet blanding, temperatur osv.
Den klassiske krystallisationsteori er baseret på den termodynamiske opfattelse, at et isoleret system er absolut stabilt, når dets entropi er uforanderlig.

Fakta om laktose

Laktose (mælkesukker) er et disaccharid bygget af glukose og galactose forbundet med en β(1→4) glykosidbinding.
På grund af tilstedeværelsen af et chiralt kulstof kan laktose forekomme i form af følgende 2 isomertyper: α- eller β-lactose. Laktose findes oftest som hydreret α-laktosemonohydratkrystal. Den anden polymorfe, vandfri β-laktose, er mindre almindelig, og den krystalliserer over 93,5°C. α- og β-anomerer har meget forskellige egenskaber. Polymorferne kan skelnes ved den specifikke rotation (+89 °C og +35 °C for henholdsvis α- og β-laktose) og opløselighed (70 og 500 g/L (ved 20 °C) for henholdsvis α- og β-laktose). [McSweeney et al. 2009]
Det er det vigtigste kulhydrat i mælk og findes i koncentrationer på 2-8 vægt%. Laktose er smagsløs og har en lav sødme. Laktose fungerer som et reducerende sukker og fremmer Maillard- og Stecker-reaktionerne. Derved bruges laktose til at forbedre farve og smag af fødevarer såsom bagværk, kager og konfekture.
Laktose er et meget anvendt fødevaretilsætningsstof, der fungerer som bærer, fyldstof, stabilisator og tabletfortyndingsmiddel i fødevarer og farmaceutiske produkter.
α-laktose er den reneste form, der bruges til farmaceutiske produkter.
Laktose er en vigtig ingrediens, når det kommer til smag, aroma og bruningsreaktioner.
Formel: C₁₂H₂₂O₁₁
IUPAC ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
Molær masse: 342,3 g/mol
Smeltepunkt: 202,8 °C
Massefylde: 1,53 g/cm³
Klassifikation: FODMAP
Opløselig i: vand, ethanol

Litteratur / Referencer

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.

Højtydende ultralyd! Hielscher-produktsortimentet dækker hele spektret fra den kompakte laboratorieultralydsapparat over bordenheder til fuldindustrielle ultralydssystemer.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.