Ultraschallgestützte Lactosekristallisation

Bei vielen Prozessen in der Milchverarbeitung fallen große Mengen Molke – auch als Milchpermeat bezeichnet – als Nebenprodukt an. Dieses Abwasser ist reich an Lactose, doch seine Entsorgung ist sowohl kostspielig als auch umweltbelastend. Durch den Einsatz von Ultraschall zur Rückgewinnung der Lactose lässt sich das Abfallvolumen erheblich reduzieren und ein problematisches Abwasser in eine wertvolle Ressource verwandeln. Die Ultraschallbehandlung ermöglicht eine schnelle und effiziente Kristallisation mit einer hohen Ausbeute an gleichmäßigen Lactosekristallen, die sich für die kommerzielle Nutzung eignen.

Herstellung von Lactose

Lactose wird aus einer konzentrierten Lactoselösung hergestellt, die aus Molke gewonnen wird. Die konzentrierte Lactosesuspension muss auf eine niedrige Temperatur abgekühlt werden, damit Kristalle ausfallen. Nach dem Fällungsschritt werden die Lactosekristalle durch Zentrifugation abgetrennt. Anschließend werden die Kristalle zu einem Pulver getrocknet.
Schritte der Lactosekristallisation:

• Aufkonzentrierung
• Keimbildung
• Kristallwachstum
• Abtrennung/Waschen

Verbesserte Lactosekristallisation durch Beschallung

Ultraschall ist für seine positiven Auswirkungen auf Kristallisations- und Fällungsprozesse bekannt (Sonokristallisation). Die Beschallung verbessert auch die Bildung und das Wachstum von Lactosekristallen.
Die Sonokristallisation von Lactose hilft, in kürzester Zeit eine maximale Ausbeute an Lactosekristallen zu erzielen.

Ein gutes Kristallwachstum ist wesentlich, um eine effiziente Abtrennung und Wäsche der Lactose zu gewährleisten (Extraktion und Reinigung). Die Beschallung bewirkt eine Übersättigung der Lactose und leitet die primäre Keimbildung von Lactosekristallen ein. Darüber hinaus trägt eine kontinuierliche Beschallung zur sekundären Keimbildung bei, die eine geringe Kristallgrößenverteilung (CSD) gewährleistet.

Ultraschallgestützte Lactosekristallisation: Lactose, die unter unterschiedlichen Bedingungen kristallisiert wurde: Der Ultraschallenergieeintrag sowie die Zugabe von Carrageen oder Molke (WPC) beeinflussen die Größe der Lactosekristalle
Studie und Bild: ©Sanchez-García et al., 2018.

Vorteile von Ultraschall:

• maximale Ausbeute
• sehr kurze Prozesszeit
• gleichmäßige Kristallgröße
• steuerbare Kristallgröße
• gleichmäßige Kristallform

Von der Machbarkeitsprüfung zur Inline-Produktion: Sonokristallisation von Lactose
Erfahren Sie mehr über die Maßstabsvergrößerung der ultraschallgestützten Lactosekristallisation vom Tischgerät bis zur industriellen Produktion!

Vom Abwasser zur Lactose

Aufgrund der umfangreichen Milchproduktion fällt Molke häufig als Nebenprodukt an, das als Abwasser behandelt wird. Die Entsorgung flüssiger Molke ist wegen ihres hohen biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) und Wassergehalts kostenintensiv. Bei der Rückgewinnung von Lactose aus Molke wird das Abfallprodukt in einem nachgeschalteten Verarbeitungsschritt zur Herstellung von Lactosepulver genutzt. Die Lactoserückgewinnung reduziert den BSB der Molke um mehr als 80% und macht das Nebenprodukt nutzbar und umweltfreundlicher. Ein ultraschallgestützter Kristallisationsprozess verbessert das Kristallwachstum, die Ausbeute und die Qualität.
Lactose wird häufig als Zutat in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, als Rohstoff für die Herstellung von Lactitol oder als Ausgangsmaterial für die mikrobielle Herstellung biologisch abbaubarer Polyester verwendet.

Ultraschallgeräte

Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschallgeräte für Sonokristallisationsprozesse an – sowohl zur chargenweisen Beschallung als auch zur Inline-Verarbeitung in einem Ultraschallreaktor. Alle Ultraschallgeräte von Hielscher sind für den Dauerbetrieb (24hrs/ 7d/ 365d) ausgelegt und gewährleisten so eine maximale Geräteauslastung. Industrielle Ultraschallgeräte mit 0,5kW bis 16kW pro Einheit eignen sich für die kommerzielle Verarbeitung großer Volumina übersättigter Suspensionen.

Lactoseverarbeitung in Lebensmittelqualität

Ultraschallgeräte von Hielscher sind äußerst wirksam bei der Förderung und Steuerung der Lactosekristallisation aus übersättigten Lösungen. Durch intensive Ultraschallkavitation erhöhen diese Systeme die Keimbildungsraten, verkürzen die Induktionszeiten und ermöglichen die Bildung gleichmäßiger, wohldefinierter Kristalle. Dies führt zu einer schnelleren Kristallisationskinetik und einer besseren Kontrolle über Kristallgröße und Morphologie. Ultraschallgeräte von Hielscher eignen sich ideal sowohl für Chargenprozesse als auch für kontinuierliche Inline-Prozesse und bieten skalierbare Lösungen von Forschung und Entwicklung bis zur industriellen Produktion. Ihre robuste deutsche Technik und ihre Kompatibilität mit pharmazeutischen Qualitätsstandards machen sie besonders geeignet für anspruchsvolle Anwendungen bei der Aufreinigung, Formulierung und Verarbeitung von Lactose.
Ultraschallgeräte von Hielscher eignen sich für die Herstellung in Lebensmittel- und Pharmaqualität gemäß cGMP-Standards. Ultraschallgeräte von Hielscher sind mit hygienegerechten Anschlüssen erhältlich und gewährleisten damit die vollständige Einhaltung hygienischer Verarbeitungsstandards. Die Ultraschallsonotroden (auch als Ultraschallsonden oder Hörner bezeichnet) und Durchflussreaktoren verfügen über strömungsgünstige, leicht zu reinigende Geometrien, die eine effiziente Wartung erleichtern und Stillstandszeiten minimieren. Insbesondere wirkt die Ultraschallkavitation selbst als Clean-in-Place-Mechanismus (CIP) und unterstützt die Reinigung der Innenflächen während des Betriebs. Für aseptische Umgebungen sind alle Sonotroden und Reaktoren vollständig autoklavierbar. Dank ihrer kompakten Bauweise lassen sich Systeme von Hielscher problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren oder nachrüsten – damit eignen sie sich ideal für die Modernisierung von Kristallisationsanlagen für die Herstellung in Pharma- und Lebensmittelqualität.
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