Ultraheli laktoosi kristalliseerumine
- Paljudes piimaprotsessides esineb vadak (piima permeaat) kõrvalsaadusena suurtes kogustes. Vadakul on kõrge laktoosisisaldus ja see tuleb kõrvaldada, mis on kallis ja millel on keskkonnamõju.
- Laktoosi ultraheliga taaskasutades saab vadaku heitvett drastiliselt vähendada, samas kui taastatud laktoos on turustatav toode.
- Ultraheli soodustab kiiret ja tõhusat kristalliseerumist, mille tulemuseks on ühtlase laktoosikristallide kõrge saagis.
Laktoosi tootmine
Laktoosi toodetakse kontsentreeritud laktoosilahusest (saadakse vadakust). Kristallide sadestamiseks tuleb kontsentreeritud laktoosisuspensioon jahutada madalale temperatuurile. Pärast sadestamisetapi eraldatakse laktoosikristallid tsentrifuugimise teel. Seejärel kuivatatakse kristallid pulbriks.
Laktoosi kristalliseerumise etapid:
- Kontsentratsioon
- tuum
- Kristallide kasv
- Saagikoristus/ pesemine
Parem laktoosi kristalliseerumine ultrahelitöötluse abil
Ultraheli on tuntud oma positiivse mõju kohta kristalliseerumis- ja sademeprotsessidele (sonokristallisatsioon). Sonikatsioon parandab ka laktoosikristallide moodustumist ja kasvu.
Laktoosi sonokristalliseerumine aitab saavutada laktoosikristallide maksimaalset saagikust minimaalse aja jooksul.
Hea kristallide kasv on oluline, et tagada laktoosi tõhus kogumine ja pesemine (ekstraheerimine) & puhastamine). Sonikatsioon põhjustab laktoosi üleküllastumist ja algatab laktoosikristallide primaarse tuuma. Lisaks aitab pidev ultrahelitöötlus kaasa sekundaarsele tuumale, mis tagab väikese kristallisuuruse distibutsiooni (CSD).
Ultraheli laktoosi kristalliseerumine: Laktoos kristalliseerub erinevates tingimustes: ultraheli energiasisend, lisatud karrageen või vadak (WPC) mõjutab laktoosikristallide suurust
uuring ja pilt: ©Sanchez-García et al., 2018.
Ultraheli eelised:
- maksimaalne saagis
- väga lühike protsessiaeg
- ühtlane kristallide suurus
- kontrollitava kristalli suurus
- ühtlane kristallide kuju
Heitveest laktoosini
Suure piimatootmise tõttu on vadak sageli kõrvalsaadus, mida käideldakse heitveena. Vedela vadaku kõrvaldamine on kulukas selle suure bioloogilise hapnikutarbe (BHT) ja veesisalduse tõttu. Kui laktoos on vadakust taaskasutatud, kasutatakse jääkaineid järeltöötlusetapis laktoosipulbri tootmiseks. Laktoosi taaskasutamine vähendab vadaku BHT-d rohkem kui 80%, muutes kõrvalsaaduse kasulikuks ja keskkonnasõbralikumaks. Ultraheli abil kristalliseerumisprotsess parandab kristallide kasvu, saagist ja kvaliteeti.
Laktoosi kasutatakse laialdaselt koostisosana toiduaine- ja farmaatsiatööstuses, toorainena laktitooli tootmiseks või lähtematerjalina biolagunevate polüestrite mikroobseks tootmiseks.
Ultraheli seadmed
Hielscher Ultrasonics pakub teile ultraheli seadmeid sonokristallimisprotsesside jaoks – kas partii ultrahelitöötluseks või ultraheli reaktoris töötlemiseks. Kõik meie ultraheli seadmed on loodud töötama pidevalt (24 tundi / 7d / 365d), tagades seadmete maksimaalse kasutamise. Tööstuslikud ultraheli seadmed alates 0,5kW kuni 16kW ühiku kohta sobivad suurte vadakususpensioonide kaubanduslikuks töötlemiseks.
Toiduainete töötlemine
Hielscheri ultraheli süsteemid on saadaval sanitaarseadmetega. Ultraheli sonotroodid (sondid / sarved) ja reaktorid on lihtsaks puhastamiseks lihtsa geomeetriaga. Ultraheli kavitatsioon töötab puhtama kohana (CIP). Meie sonotroodid ja reaktorid on autoklaavitavad.
Väikese jalajälje tõttu saab Hielscheri ultraheli süsteeme hõlpsasti integreerida või retro-paigaldada teie olemasolevasse rajatisse.
Lisateabe saamiseks võtke meiega ühendust juba täna! Hielscher Ultrasonics pakub erinevaid standardiseeritud ja kohandatud lahendusi ultraheli piima- ja toiduprotsessidele!
Kirjandus / viited
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultraheli paremaks kristalliseerumiseks toiduainete töötlemisel. Toidutehnoloogia ülevaated 5/1, 2013. 36-44.
- Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Nädalad, M. (2014): Laktoosi sonokristalliseerimine vesisüsteemis. Rahvusvaheline piimandusajakiri 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Laktoosiosakeste tehnoloogia: ultraheli ja lahustivastase aine mõju kristallide harjumusele ja osakeste suurusele. J Cryst Kasv 312(23):3509–20.
- Martini, Silvana (2013): Rasvade sonokristalliseerumine. Springeri püksikud toidust, tervisest ja toitumisest. 2013.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Laktoosi ultraheli abil kristalliseerumine vadakuvalkude ja κ-karrageeni juuresolekul. Ultraheli Sonochemistry, köide 42, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Rebane P.F. (2009): Täiustatud piimakeemia. 3. kd. Laktoos, vesi, soolad ja vitamiinid. New York: Springeri teadus + ärimeedia. 759p.
- Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Protsessi parameetrite mõju laktoosi kristallide suurusele ja morfoloogiale ultraheli abil kristalliseerumisel. Kristallide uurimise tehnoloogia 46/3. 2011. 243-248.
- Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Kristalliseerumine laktoosi rafineerimisel – Ülevaade. Toiduteaduse ajakiri 79/3, 2014. 257-272.
Sonokristalliseerumise kohta
Kui kristalliseerumisprotsesside indutseerimiseks ja parandamiseks rakendatakse võimsuse ultraheli, on see tuntud kui sonokristallisatsioon. Sonokristalliseerimine põhineb “akustilised lained materjali füüsikalis-keemiliste muutuste esilekutsumiseks. Mõned võimsuse ultraheli levinumad rakendused hõlmavad selle kasutamist keemiliste reaktsioonide esilekutsumiseks (sonochemistry) ja kristalliseerumise edendamiseks (sonokristalliseerumine). Need tehnikad on pälvinud mitme tööstusharu, sealhulgas farmaatsia-, keemia- ja toiduainetööstuse tähelepanu, arvestades nende pakutavat eelist. Ultraheli tehnikad on majanduslikult elujõulised ja suhteliselt kergesti integreeritavad tööstustegevusse. Neid meetodeid võib kasutada nii toodangu reprodutseeritavuse kui ka saagise parandamiseks; need on mittetermilised ja keskkonnasõbralikud”. [Martini 2013, 4]
Nukleatsioon ja kristallide kasv
Kristalliseerumine määratakse moodustumisprotsessina, kus tahked kristallid sadestuvad üleküllastunud lahusest, sulatist või gaasist.
Kristalliseerumisprotsess koosneb kahest peamisest etapist: tuumastumisest ja kristallide kasvust.
Tuumamise ajal hakkavad lahuses lahustunud molekulid moodustama klastreid, mis peavad olema piisavalt suured, et olla töötingimustes stabiilsed. Selline stabiilne klaster moodustab tuuma. Pärast kriitilise suuruse saavutamist stabiilse tuuma moodustamiseks algab kristallide kasvu etapp.
Kristallide kasvu faasis muutuvad moodustunud tuumad suuremaks, kuna klastriga on seotud rohkem molekule. Kasvuprotsess sõltub küllastusastmest ja muudest parameetritest, nagu ühtlane segamine, temperatuur jne.
Klassikaline kristalliseerumisteooria põhineb termodünaamilisel kontseptsioonil, et isoleeritud süsteem on täiesti stabiilne, kui selle entroopia on muutumatu.
Faktid laktoosi kohta
Laktoos (piimasuhkur) on glükoosist ja galaktoosist ehitatud disahhariid, mis on ühendatud β(1→4) glükosiidsidemega.
Kiraalse süsiniku olemasolu tõttu võib laktoos esineda järgmiste 2 isomeeri tüübi kujul: α- või β-laktoos. Laktoosi leidub kõige sagedamini hüdraatunud α-laktoosmonohüdraadi kristallina. Teine polümorf, veevaba β-laktoos, on vähem levinud ja kristalliseerub üle 93,5 °C. α- ja β-anomeeride omadused on väga erinevad. Polümorfe saab eristada spetsiifilise pöörlemise (vastavalt +89 °C ja +35 °C α- ja β-laktoosi puhul) ja lahustuvuse (vastavalt 70 ja 500 g/l (20 °C juures) α- ja β-laktoosi puhul). [McSweeney et al. 2009]
See on piima peamine süsivesik ja seda leidub kontsentratsioonides 2-8 massiprotsenti. Laktoos on maitsetu ja madala magususega. Laktoos toimib redutseeriva suhkruna ja soodustab Maillardi ja Steckeri reaktsioone. Seega kasutatakse laktoosi toiduainete, näiteks pagaritoodete, kondiitritoodete ja kondiitritoodete värvi ja maitse parandamiseks.
Laktoos on laialdaselt kasutatav toidulisand, mis toimib toiduainetes ja farmaatsiatoodetes kandja, täiteaine, stabilisaatori ja tableti lahjendina.
α-laktoos on kõige puhtam vorm, mida kasutatakse farmaatsiatoodetes.
Laktoos on oluline koostisosa maitse, aroomi ja pruunistusreaktsioonide osas.
Valem: C12H22O11
IUPACi ID: β-D-galaktopüranosüül-(1→4)-D-glükoos
Molaarmass: 342,3 g/mol
Sulamistemperatuur: 202,8°C
Tihedus: 1,53 g/cm3
Klassifikatsioon: FODMAP
Lahustub: vees, etanoolis
Bioaktiivsed ühendid Kaevandamine Toit nano Pharma fütokemikaalid protsessi intensiivistamine Lahusti ekstraheerimine Sonochemistry UIP2000hdT UIP4000hdT ultraheliuuring ultraheli ekstraheerimine Ultraheli ekstraktor UP400St