Laktoosi sisemine kristalliseerumine – laborist tööstuseni

Ultraheli abil kristalliseerimine on tõhus tehnika tahke aine moodustumise suurendamiseks pideva voolu tingimustes. Allpool tutvustame teile uuringut, mis keskendub laktoosi sisemisele kristalliseerimisele laktoosi / vee / isopropanooli kolmekomponentsest süsteemist, kasutades Hielscher UP200St-TD-FlowCell ultrahelitöötluskambrit. Ultraheli rakendamine parandas oluliselt süsteemi stabiilsust, kristallide morfoloogiat ja tööaja järjepidevust. Siit leiate optimeeritud eksperimentaalse protokolli, peamised jõudlustulemused ja tee tööstusliku laienemiseni.

Protsessi intensiivistamine: laktoosi kristalliseerimine ultrahelitöötluse abil

Kristalliseerumine on farmaatsia- ja toiduainetööstuses puhastamiseks ja osakeste projekteerimiseks hädavajalik. Traditsioonilised partiiprotsessid kannatavad aga reprodutseeritavuse ja saastumise piirangute all, eriti laiendamise ajal. Pidev kristalliseerumine ultraheli tingimustes pakub veenvat alternatiivi, suurendades tuumade moodustumise kiirust, parandades suuruse jaotust ja leevendades saastumisega seotud väljakutseid.

Zettl ja tema kolleegid (2020) kasutavad oma uuringus mudelhüdrofiilset süsteemi - laktoosmonohüdraati vee / isopropanooli segus -, et uurida Hielscher UP200St-TD-FlowCelli funktsionaalseid eeliseid pidevas kristalliseerumiskonfiguratsioonis.

Materjalid ja meetodid – Ultraheli laktoosi kristalliseerumine töölaual

Materjalid

• Lahustunud aine: α-laktoosmonohüdraat
• Lahustisüsteem: deioniseeritud vesi ja isopropanool kolmekomponentse faasi suhtes, mis on optimeeritud laktoosi üleküllastumiseks
• Soniaator: UP200St-TD, mis on varustatud läbivoolu ultrahelitöötluselemendiga (TD-FlowCell)

Seadmete konfiguratsioon
UP200St-TD-FlowCell oli konfigureeritud suletud ahelaga pidevas kristallisatsiooniahelas. Peristaltiline pump tsirkuleeris üleküllastunud laktoosilahust läbi ultrahelitöötluskambri, kus ultraheli edastatakse süsteemi energiat. Sisseehitatud temperatuuri reguleerimine tagas termilise stabiilsuse pikaajalisel töötamisel.

Ultraheli laktoosi kristalliseerimine pidevas režiimis
(Uuring ja pilt: ©Zettl et al., 2020)

Laktoosi lahustuvus
Laktoosi, mis on glükoosist ja galaktoosist koosnev disahhariid, küllastuskontsentratsioon toatemperatuuril vees (tavaliselt määratletud kui 20–25 °C) on umbes 18,9 massiprotsenti 25 °C juures.
Laktoosi lahustuvus suureneb temperatuuriga, kuid mitte lineaarselt. 50 °C juures tõuseb see umbes 31 massiprotsendini ja 70 °C juures umbes 45 massiprotsendini.

Laktoosi pideva kristalliseerumise protokoll

Eesmärk: minimeerida süsteemi saastumist ja maksimeerida tööaega pideva ultrahelitöötluse korral.

Samm-sammuline protokoll:

1. Söödalahuse valmistamine
   • α-laktoosmonohüdraat lahustatakse deioniseeritud vees temperatuuril 50 °C, et saada küllastunud lahus.
   • Laktoosi vesisuspensiooni jaoks lisage 233 g a-laktoosi 1000 g vee kohta
   • Segage segu, kuni materjal on täielikult lahustunud.
   • Seejärel laske lahusel jahtuda temperatuurini 25 °C, et saada küllastunud lahus.
2. Süsteemi seadistamine
   • Täitke vooluahel etteandelahusega.
   • Seadke voolukiiruseks 60 ml/min (optimaalne ~30-sekundilise viibimisaja jaoks ultrahelikambris).
   • Etteandesuspensioon ja lahustivastane aine juhitakse kahe söötmispordi kaudu ultraheli vooluelemendi protsessikambrisse.
   • Seadke 15 massiprotsendilise laktoosisuspensiooni voolukiiruseks 27 g/min. Sadestumine indutseeritakse, lisades 27 g/min eeljahutatud isopropanooli (12 °C), mille tulemuseks on kogumassivool 54 g/min. (Massivoolukiirus 54 g/min vastab mahuvoolukiirusele 60 ml/min)
   • Algatage ultrahelitöötlus 100% amplituudiga. Hoidke töötemperatuuri vahemikus 25–30 °C.
3. Kristalliseerumise faas
   • Säilitage pidev ultrahelitöötlus ilma katkestusteta. Hielscheri sonikaatorid on ehitatud 24/7 tööks.
   • Koguge kristalliseerunud laktoosi allavoolu filtrimoodulist iga 60 minuti järel.
4. Protsessijärgne iseloomustus
   • Analüüsige kristallide morfoloogiat SEM-i kaudu.
   • Kvantifitseerige kristalli suuruse jaotus laserdifraktsiooni abil (D50 sihtmärk: 80–100 μm).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Laktoosisuspensioonide koostis, mille söötmes on hõljunud tahke massi fraktsioon (w s,f), hõljuv tahke massi fraktsioon tootes (w s,p), lahustunud tahke massi osa tootes (w d,p), vee massiosa tootes (w H2O,p), isopropanooli massiosa tootes (w IA,p) ja etanooli massiosa tootes (w EtOH, p) kasutatud uuringus Zettl et al., 2020.

Ultraheli laktoosi kristalliseerimise tulemused ja eelised

• Linnastu leevendamine:
  Inline ultraheli pärssis tõhusalt kristallide aglomeratsiooni, andes hästi eraldatud prismaatilised laktoosikristallid.
• Vahu vähendamine:
  Eelkõige vähendas ultraheli pinnavahu teket - tavaline probleem alkoholidega seotud lahustivastaste kristallisatsioonide korral -, parandades seeläbi mahulist läbilaskevõimet.
• Ummistumise vältimine:
  Pikema töötamise ajal ei täheldatud saastumist ega ummistumist, mis kinnitab akustilise kavitatsiooni rolli puhaste pindade säilitamisel ja tahke sadestumise vältimisel vooluelemendis.
• Pidev tööaeg:
  Protsessi saab säilitada pidevas töös, kusjuures kristallide kvaliteet jääb ajahetkedel ühtlaseks.

Ultraheli laktoosi kristalliseerimine: Laktoos kristalliseerunud erinevates tingimustes: ultraheli energiasisend, lisatud karrageen või vadak (WPC) mõjutab laktoosikristalli suurust
uuring ja pilt: © Sanchez-García et al., 2018.

Ultraheli laktoosi kristalliseerimise suurendamine

Hielscheri inline sonikaatorid, mis on konstrueeritud Saksamaal kõrgeimate tööstusstandardite järgi, pakuvad tugevat lahendust laktoosi ja muude tahkete ainete pidevaks kristalliseerimiseks üleküllastunud lahustest. Need farmaatsiatoodete jaoks mõeldud süsteemid toetavad täpset kontrolli tuumade moodustumise ja kristallide kasvu üle, tagades reprodutseeritava osakeste suuruse jaotuse ja protsessi järjepidevuse. Lineaarse skaleeritavusega laborist tootmismahuni võimaldavad Hielscheri ultrahelireaktorid sujuvat protsessiülekannet, minimeerides arendusaega ja -kulusid. Koos põhjaliku tehnilise nõustamisega pakuvad need sonikaatorid kohandatud lahendusi, mis integreeruvad hõlpsasti cGMP-ga ühilduvatesse kristalliseerimise töövoogudesse, muutes need ideaalseks farmaatsia-, biotehnoloogia- ja toiduainetööstusele.

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.