Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Cristalización ultrasónica de lactosa

  • En muchos procesos lácteos, el suero de leche (permeado de leche) se presenta en grandes volúmenes como un subproducto. El suero de leche tiene un alto contenido de lactosa y tiene que ser eliminado, lo cual es caro y tiene un impacto ambiental.
  • Mediante la recuperación de la lactosa con ultrasonidos, el efluente de suero puede reducirse drásticamente, mientras que la lactosa recuperada es un producto comercializable.
  • La ultrasonido promueve la cristalización rápida y eficiente que resulta en un alto rendimiento de cristales de lactosa uniformes.

Fabricación de lactosa

La lactosa se produce a partir de una solución concentrada de lactosa (obtenida del suero). La lechada de lactosa concentrada debe enfriarse a baja temperatura para precipitar los cristales. Después del paso de precipitación, los cristales de lactosa se separan por centrifugación. Después, los cristales se secan hasta convertirse en polvo.
Pasos de Cristalización de Lactosa:

  • Concentración
  • nucleación
  • crecimiento de cristales
  • Cosecha/ lavado

Cristalización de lactosa mejorada por sonicación

El ultrasonido es conocido por su impacto positivo en los procesos de cristalización y precipitación (sono-cristalización). La sonicación también mejora la formación y el crecimiento de los cristales de lactosa.
La sono-cristalización de la lactosa ayuda a obtener el máximo rendimiento de los cristales de lactosa en un tiempo mínimo.
Un buen crecimiento cristalino es sustancial para asegurar una cosecha y lavado eficiente de la lactosa (extracción & purificación). La sonicación causa una sobresaturación de la lactosa e inicia la nucleación primaria de los cristales de lactosa. Además, la sonicación continua contribuye a una nucleación secundaria, lo que asegura una pequeña distribución de tamaño de cristal (CSD).

Beneficios del ultrasonido:

  • máximo rendimiento
  • tiempo de proceso muy corto
  • tamaño de cristal uniforme
  • tamaño de cristal controlable
  • forma de cristal uniforme

Del efluente residual a la lactosa

Debido a la gran producción lechera, el suero es a menudo un subproducto que se trata como efluente residual. La eliminación del suero de leche líquido es costosa debido a su alta demanda biológica de oxígeno (DBO) y su contenido de agua. Cuando la lactosa se recupera del suero de leche, el producto de desecho se utiliza en una etapa de post-procesamiento para producir lactosa en polvo. La recuperación de lactosa reduce la DBO del suero en más de un 80%, lo que hace que el subproducto sea útil y más respetuoso con el medio ambiente. Un proceso de cristalización asistido por ultrasonidos mejora el crecimiento, rendimiento y calidad del cristal.
La lactosa se utiliza ampliamente como ingrediente en la industria alimentaria y farmacéutica, como materia prima para la producción de lactitol o como material base para la producción microbiana de poliésteres biodegradables.

Equipo ultrasónico

Hielscher Ultrasonics le ofrece equipos de ultrasonidos para procesos de sonocristalización – ya sea para la sonicación por lotes o para el procesamiento en línea en un reactor ultrasónico. Todos nuestros dispositivos ultrasónicos están diseñados para funcionar de forma continua (24 horas / 7 días / 365 días) asegurando la máxima utilización del equipo. Los equipos ultrasónicos industriales desde 0,5kW hasta 16kW por unidad son adecuados para el procesamiento comercial de grandes suspensiones de suero.

Procesamiento de alimentos

Los sistemas de ultrasonidos de Hielscher están disponibles con accesorios sanitarios. Los sonotrodos ultrasónicos (sondas/cuernos) y los reactores tienen una geometría simple para una fácil limpieza. La cavitación ultrasónica funciona como un limpiador in situ (CIP). Nuestros sonotrodos y reactores son autoclavables.
Gracias a su reducido tamaño, los sistemas de ultrasonidos de Hielscher pueden integrarse o reequiparse fácilmente en sus instalaciones actuales.
Contáctenos hoy para obtener más información! Hielscher Ultrasonics ofrece diversas soluciones estandarizadas y personalizadas para procesos lácteos y alimentarios por ultrasonidos.

El ultrasonido es una técnica fiable para preparar emulsiones de alimentos de tamaño fino (¡haga clic para ampliar!)

Reactor de flujo ultrasónico en UIP1000hdT

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Cristalización de lactosa por ultrasonido

Molécula de lactosa

Literatura/Referencias

  • Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasonido para mejorar la cristalización en el procesamiento de alimentos. 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): Sonocristalización de la lactosa en un sistema acuoso. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
  • Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Ingeniería de partículas de lactosa: influencia del ultrasonido y del antisolvente en el hábito cristalino y el tamaño de las partículas. J Cryst Growth 312(23):3509-20.
  • Martini, Silvana (2013): Sonocristalización de Grasas. Springer Briefs in Food, Health, and Nutrition. 2013.
  • McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Química láctea avanzada. Vol. 3. Lactosa, agua, sales y vitaminas. Nueva York: Springer Science + Business Media. 759p.
  • Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Efecto de los parámetros del proceso sobre el tamaño del cristal y la morfología de la lactosa en la cristalización asistida por ultrasonidos. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.
  • Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Cristalización en el refinado de la lactosa – Una revisión. Journal of Food Science 79/3, 2014. 257-272.

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Acerca de la Sonocristalización

Cuando el ultrasonido de potencia se aplica para inducir y mejorar los procesos de cristalización, se conoce como sonocristalización. La sonocristalización se basa en la aplicación de “ondas acústicas para inducir cambios físico-químicos en el material. Algunas aplicaciones comunes del ultrasonido de potencia incluyen su uso para inducir reacciones químicas (ecoquímica) y para promover la cristalización (sonocristalización). Estas técnicas han recibido la atención de varias industrias, incluyendo la farmacéutica, química y alimentaria, dada la ventaja que ofrecen. Las técnicas de ultrasonido son económicamente viables y relativamente fáciles de incorporar a la operación industrial. Estas técnicas pueden utilizarse para mejorar tanto la reproducibilidad como el rendimiento de la producción; no son térmicas y son respetuosas con el medio ambiente.”. [Martini 2013, 4]

Nucleación y crecimiento de cristales

La cristalización se determina como el proceso de formación, donde los cristales sólidos se precipitan a partir de una solución sobresaturada, fundido o gas.
El proceso de cristalización consiste en dos etapas principales: la nucleación y el crecimiento del cristal.
Durante la nucleación, las moléculas disueltas en la solución comienzan a formar grupos, que deben ser lo suficientemente grandes para ser estables en las condiciones de funcionamiento. Un cúmulo tan estable forma un núcleo. Después de alcanzar el tamaño crítico para formar un núcleo estable, comienza la etapa de crecimiento del cristal.
En la fase de crecimiento del cristal, los núcleos formados se vuelven más grandes a medida que más moléculas se unen al cúmulo. El proceso de crecimiento depende del grado de saturación y de otros parámetros como la mezcla uniforme, la temperatura, etc.
La teoría clásica de la cristalización se basa en la concepción termodinámica de que un sistema aislado es absolutamente estable cuando su entropía es invariable.

Datos sobre la lactosa

La lactosa (azúcar de la leche) es un disacárido construido a partir de glucosa y galactosa conectado por un enlace glucosídico β(1→4).
Debido a la presencia de un carbono quiral, la lactosa puede presentarse en forma de los siguientes dos tipos de isómeros: α- o β-lactosa. La lactosa se encuentra más frecuentemente como cristal monohidratado de lactosa α-lactosa. El otro polimorfo, la anhidra β-lactosa, es menos común y cristaliza por encima de los 93,5°C. Los anómeros α- y β- tienen propiedades muy diferentes. Los polimorfos se distinguen por la rotación específica (+89°C y +35°C para α- y β-lactosa, respectivamente) y la solubilidad (70 y 500g/L (a 20°C) para α- y β-lactosa, respectivamente). [McSweeney et al. 2009]
Es el principal carbohidrato de la leche y se encuentra en concentraciones de 2-8% en peso. La lactosa es insípida y tiene un bajo grado de dulzura. La lactosa actúa como un azúcar reductor y promueve las reacciones de Maillard y Stecker. Por lo tanto, la lactosa se utiliza para mejorar el color y el sabor de los productos alimenticios, tales como productos de panadería, pastelería y confitería.
La lactosa es un aditivo alimentario ampliamente utilizado que funciona como portador, relleno, estabilizador y diluyente en tabletas en alimentos y productos farmacéuticos.
α-lactosa es la forma más pura, que se utiliza para los productos farmacéuticos.
La lactosa es un ingrediente importante cuando se trata del sabor, el aroma y las reacciones de dorado.
Fórmula: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
Masa molar: 342,3 g/mol
Punto de fusión: 202,8°C
Densidad: 1,53 g/cm3
Clasificación: MAPA FORESTAL
Soluble en: agua, etanol


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