Λακτόζη Inline Κρυστάλλωση – από το εργαστήριο στη βιομηχανία

Υπερήχων-υποβοηθούμενη κρυστάλλωση είναι μια αποτελεσματική τεχνική για την ενίσχυση του στερεού σχηματισμού υπό συνθήκες συνεχούς ροής. Παρακάτω σας παρουσιάζουμε μια μελέτη που επικεντρώνεται στην ενσωματωμένη κρυστάλλωση της λακτόζης από ένα τριμερές σύστημα λακτόζης / νερού / ισοπροπανόλης, χρησιμοποιώντας το θάλαμο υπερήχων Hielscher UP200St-TD-FlowCell. Η εφαρμογή των υπερήχων απέδωσε σημαντικές βελτιώσεις στη σταθερότητα του συστήματος, τη μορφολογία των κρυστάλλων και τη συνέχεια του χρόνου εκτέλεσης. Εδώ, μπορείτε να βρείτε το βελτιστοποιημένο πειραματικό πρωτόκολλο, τα βασικά αποτελέσματα απόδοσης και τη διαδρομή προς τη βιομηχανική κλιμάκωση.

Εντατικοποίηση διαδικασίας: Κρυστάλλωση λακτόζης με χρήση υπερήχων

Η κρυστάλλωση είναι απαραίτητη στη φαρμακευτική βιομηχανία και τη βιομηχανία τροφίμων για τον καθαρισμό και τη μηχανική σωματιδίων. Ωστόσο, οι παραδοσιακές διαδικασίες παρτίδας υποφέρουν από περιορισμούς στην αναπαραγωγιμότητα και τη ρύπανση, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια της κλιμάκωσης. Η συνεχής κρυστάλλωση υπό συνθήκες υπερήχων προσφέρει μια συναρπαστική εναλλακτική λύση ενισχύοντας τα ποσοστά πυρήνωσης, βελτιώνοντας την κατανομή μεγέθους και μετριάζοντας τις προκλήσεις που σχετίζονται με τη ρύπανση.

Στη μελέτη τους, ο Zettl και οι συνεργάτες του (2020) χρησιμοποιούν ένα μοντέλο υδρόφιλου συστήματος - μονοϋδρική λακτόζη σε μείγμα νερού / ισοπροπανόλης - για να διερευνήσουν τα λειτουργικά οφέλη του Hielscher UP200St-TD-FlowCell σε διαμόρφωση συνεχούς κρυστάλλωσης.

Υλικά και μέθοδοι – Υπερήχων κρυστάλλωση λακτόζης σε πάγκο-top

Υλικά

• Διαλυμένη ουσία: α-μονοϋδρική λακτόζη
• Σύστημα διαλύτη: Απιονισμένο νερό και ισοπροπανόλη σε αναλογία τριμερούς φάσης βελτιστοποιημένη για υπερκορεσμό λακτόζης
• Υπερήχων: UP200St-TD εξοπλισμένο με το κύτταρο υπερήχων ροής (TD-FlowCell)

Διαμόρφωση εξοπλισμού
Το UP200St-TD-FlowCell διαμορφώθηκε σε κύκλωμα συνεχούς κρυστάλλωσης κλειστού βρόχου. Μια περισταλτική αντλία κυκλοφόρησε το υπερκορεσμένο διάλυμα λακτόζης μέσω του θαλάμου υπερήχων, όπου ο υπέρηχος μεταδίδει ενέργεια στο σύστημα. Ο ενσωματωμένος έλεγχος θερμοκρασίας εξασφάλισε θερμική σταθερότητα κατά τη διάρκεια παρατεταμένης λειτουργίας.

Υπερήχων κρυστάλλωση λακτόζης σε συνεχή λειτουργία
(Μελέτη και εικόνα: ©Zettl et al., 2020)

Διαλυτότητα στη λακτόζη
Η συγκέντρωση κορεσμού της λακτόζης, η οποία είναι ένας δισακχαρίτης που αποτελείται από γλυκόζη και γαλακτόζη, σε νερό σε θερμοκρασία δωματίου (συνήθως ορίζεται ως 20-25 °C) είναι περίπου 18,9 wt% στους 25°C.
Η διαλυτότητα στη λακτόζη αυξάνεται με τη θερμοκρασία, αλλά όχι γραμμικά. Στους 50 ° C, αυξάνεται σε περίπου 31 wt%, και στους 70 ° C, είναι περίπου 45 wt%.

Πρωτόκολλο Συνεχούς Κρυστάλλωσης Λακτόζης

Στόχος: Ελαχιστοποίηση της ρύπανσης του συστήματος και μεγιστοποίηση του χρόνου εκτέλεσης υπό συνεχή υπερήχηση.

Πρωτόκολλο βήμα προς βήμα:

1. Παρασκευή διαλύματος τροφοδοσίας
   • Διαλύεται η μονοϋδρική α-λακτόζη σε απιονισμένο νερό στους 50°C για να ληφθεί κορεσμένο διάλυμα.
   • Για το υδατικό εναιώρημα λακτόζης, προστίθενται 233 g α-λακτόζης ανά 1000 g νερού
   • Ανακατέψτε το μείγμα μέχρι να διαλυθεί πλήρως το υλικό.
   • Στη συνέχεια, αφήστε το διάλυμα να κρυώσει στους 25°C για να ληφθεί κορεσμένο διάλυμα.
2. Ρύθμιση συστήματος
   • Προετοιμάστε το κύκλωμα ροής με το διάλυμα τροφοδοσίας.
   • Ρυθμίστε το ρυθμό ροής σε 60 ml / min (βέλτιστο για χρόνο παραμονής ~ 30 δευτερόλεπτα στο θάλαμο υπερήχων).
   • Το εναιώρημα τροφοδοσίας και ο αντιδιαλύτης τροφοδοτούνται μέσω δύο θυρών τροφοδοσίας στο θάλαμο διαδικασίας του κυττάρου ροής υπερήχων.
   • Ρυθμίζεται ο ρυθμός ροής 27g/min εναιωρήματος λακτόζης 15 wt %. Επάγεται η καθίζηση προσθέτοντας 27g/min προψυγμένης ισοπροπανόλης (12°C), με αποτέλεσμα συνολικό ρυθμό ροής μάζας 54g/min. (Ο ρυθμός ροής μάζας 54g/min αντιστοιχεί σε ρυθμό ροής όγκου στα 60 mL/min)
   • Ξεκινήστε υπερήχηση σε πλάτος 100%. Διατηρήστε τη θερμοκρασία λειτουργίας μεταξύ 25-30°C.
3. Φάση κρυστάλλωσης
   • Διατηρήστε συνεχή υπερήχηση χωρίς διακοπή. Hielscher υπερήχων είναι κατασκευασμένα για 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία.
   • Συλλέξτε κρυσταλλική λακτόζη από μια κατάντη μονάδα φίλτρου κάθε 60 λεπτά.
4. Χαρακτηρισμός μετά τη διαδικασία
   • Αναλύστε τη μορφολογία των κρυστάλλων μέσω SEM.
   • Ποσοτικοποιήστε την κατανομή μεγέθους κρυστάλλου χρησιμοποιώντας περίθλαση λέιζερ (στόχος D50: 80–100 μm).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Σύνθεση εναιωρημάτων λακτόζης με αιωρούμενο κλάσμα στερεάς μάζας στη ζωοτροφή (w s,f), αιωρούμενο κλάσμα στερεάς μάζας στο προϊόν (w s,p), κλάσμα διαλυμένης στερεάς μάζας στο προϊόν (w d,p), κλάσμα μάζας νερού στο προϊόν (w H2O,p), κλάσμα μάζας ισοπροπανόλης στο προϊόν (w IA,p) και κλάσμα μάζας αιθανόλης στο προϊόν (w EtOH, p) που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη των Zettl et al., 2020.

Αποτελέσματα και οφέλη της κρυστάλλωσης λακτόζης υπερήχων

• Μετριασμός οικισμού:
  Inline υπερήχους καταστέλλει αποτελεσματικά συσσωμάτωση κρυστάλλων, αποδίδοντας καλά διαχωρισμένους, πρισματικούς κρυστάλλους λακτόζης.
• Μείωση αφρού:
  Συγκεκριμένα, ο υπέρηχος μείωσε τον σχηματισμό επιφανειακού αφρού - ένα κοινό ζήτημα στις κρυσταλλώσεις αντιδιαλυτών που περιλαμβάνουν αλκοόλες - βελτιώνοντας έτσι την ογκομετρική απόδοση.
• Πρόληψη απόφραξης:
  Δεν παρατηρήθηκε ρύπανση ή απόφραξη κατά τη διάρκεια εκτεταμένης λειτουργίας, επιβεβαιώνοντας το ρόλο της ακουστικής σπηλαίωσης στη διατήρηση καθαρών επιφανειών και στην πρόληψη στερεών εναποθέσεων εντός της κυψέλης ροής.
• Συνεχής χρόνος εκτέλεσης:
  Η διαδικασία μπορεί να διατηρηθεί σε συνεχή λειτουργία, με την ποιότητα των κρυστάλλων να παραμένει σταθερή σε όλα τα χρονικά σημεία.

Υπερήχων κρυστάλλωση λακτόζης: Λακτόζη κρυσταλλωμένη υπό διαφορετικές συνθήκες: υπερήχων εισροή ενέργειας, προστιθέμενη καραγενάνη ή ορός γάλακτος (WPC) επηρεάζει το μέγεθος κρυστάλλου λακτόζης
μελέτη και εικόνα: © Sanchez-García et al., 2018.

Κλιμάκωση της κρυστάλλωσης λακτόζης υπερήχων

Hielscher inline υπερήχων, κατασκευασμένο στη Γερμανία σύμφωνα με τα υψηλότερα βιομηχανικά πρότυπα, προσφέρουν μια ισχυρή λύση για συνεχή κρυστάλλωση της λακτόζης και άλλων στερεών από υπερκορεσμένα διαλύματα. Σχεδιασμένα για εφαρμογές φαρμακευτικού επιπέδου, αυτά τα συστήματα υποστηρίζουν ακριβή έλεγχο της πυρήνωσης και της ανάπτυξης κρυστάλλων, εξασφαλίζοντας αναπαραγώγιμες κατανομές μεγέθους σωματιδίων και συνέπεια διεργασίας. Με γραμμική επεκτασιμότητα από το εργαστήριο στην κλίμακα παραγωγής, Hielscher υπερήχων αντιδραστήρες επιτρέπουν την απρόσκοπτη μεταφορά διαδικασία, ελαχιστοποιώντας το χρόνο ανάπτυξης και το κόστος. Σε συνδυασμό με ολοκληρωμένες τεχνικές συμβουλές, αυτοί οι υπερήχων παρέχουν προσαρμοσμένες λύσεις που ενσωματώνονται εύκολα σε ροές εργασίας κρυστάλλωσης συμβατές με cGMP - καθιστώντας τους ιδανικούς για τις βιομηχανίες φαρμάκων, βιοτεχνολογίας και τροφίμων.

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:

Σχεδιασμός, Κατασκευή και Συμβουλευτική – Ποιότητα Made in Germany

Hielscher υπερήχων είναι γνωστή για την υψηλότερη ποιότητα και τα πρότυπα σχεδιασμού τους. Η ευρωστία και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι σκληρές συνθήκες και τα απαιτητικά περιβάλλοντα αντιμετωπίζονται εύκολα από τους υπερήχους Hielscher.

Hielscher Υπέρηχοι είναι μια πιστοποιημένη εταιρεία ISO και δίνουν ιδιαίτερη έμφαση σε υψηλής απόδοσης υπερήχων που διαθέτουν state-of-the-art τεχνολογία και φιλικότητα προς το χρήστη. Φυσικά, Hielscher υπερήχων είναι CE συμβατό και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.