Ultralyd laktosekrystallisation
- I mange mejeriprocesser forekommer valle (mælkepermeat) i store mængder som et biprodukt. Valle har et højt laktoseindhold og skal bortskaffes, hvilket er dyrt og har miljøpåvirkninger.
- Ved at genvinde laktosen med ultralyd kan valleudløbet reduceres drastisk, mens den genvundne laktose er et salgbart produkt.
- Ultralydbehandling fremmer den hurtige og effektive krystallisation, hvilket resulterer i et højt udbytte af ensartede laktosekrystaller.
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.
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).
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 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.
Ultralyd udstyr
Hielscher Ultrasonics tilbyder dig ultralydsudstyr til sonokrystallisationsprocesser – enten til batch-sonikering eller til inline-behandling i en ultralydsreaktor. Alle vores ultralydsenheder er designet til at køre kontinuerligt (24 timer / 7d / 365d), hvilket sikrer den maksimale udnyttelse af udstyret. Industrielle ultralydsenheder fra 0,5 kW op til 16 kW pr. Enhed er velegnede til kommerciel behandling af store valleophæng.
Forarbejdning af fødevarekvalitet
Hielscher ultralydssystemer fås med sanitære armaturer. Ultralydssonotroderne (sonder / horn) og reaktorer har en enkel geometri for nem rengøring. Ultralydskavitationen fungerer som renere på stedet (CIP). Vores sonotroder og reaktorer er autoklaverbare.
På grund af et lille fodaftryk kan Hielschers ultralydssystemer nemt integreres eller eftermonteres i dit eksisterende anlæg.
Kontakt os i dag for at få mere information! Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige standardiserede såvel som tilpassede løsninger til ultralydsmejeri- og fødevareprocesser!
Litteratur/Referencer
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultralyd til forbedret krystallisering i fødevareforarbejdning. Anmeldelser af fødevareteknik 5/1, 2013. 36-44.
- Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Weeks, M. (2014): Sonokrystallisation af lactose i et vandig system. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Laktosepartikelteknik: indflydelse af ultralyd og anti-opløsningsmiddel på krystalvane og partikelstørrelse. J Cryst Vækst 312(23):3509-20.
- Martini, Silvana (2013): Sonokrystallisering af fedtstoffer. Springer Briefs inden for mad, sundhed og ernæring. 2013.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultralydsassisteret krystallisation af laktose i nærvær af valleproteiner og κ-carrageenan. Ultralyd sonokemi, bind 42, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Avanceret mejerikemi. Bind 3. Laktose, vand, salte og vitaminer. New York: Springer Science + Business Media. 759 sider.
- Patel, S.R.; Murthy, ZV (2011): Effekt af procesparametre på krystalstørrelse og morfologi af laktose ved ultralydsassisteret krystallisation. Krystal Forskningsteknologi 46/3. 2011. 243-248.
- Wong, S.Y.; Hartel, RW (2014): Krystallisation i laktoseraffinering – En anmeldelse. Tidsskrift for Fødevarevidenskab 79/3, 2014. 257-272.
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
bioaktive forbindelser Ekstraktion Mad nano Pharma fytokemikalier Intensivering af processer ekstraktion af opløsningsmiddel Sonokemi UIP2000hdT UIP4000hdT ultralydbehandling ultralyd ekstraktion ultralyd ekstraktor UP400St