લેક્ટોઝનું ઇનલાઇન સ્ફટિકીકરણ – પ્રયોગશાળાથી ઉદ્યોગ સુધી

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત સ્ફટિકીકરણ એ સતત પ્રવાહની પરિસ્થિતિઓમાં ઘન પદાર્થની રચના વધારવા માટેની એક કાર્યક્ષમ તકનીક છે. નીચે અમે એક અભ્યાસ રજૂ કરીએ છીએ, જે Hielscher UP200St-TD-FlowCell સોનિકેશન ચેમ્બરનો ઉપયોગ કરીને લેક્ટોઝ/પાણી/આઇસોપ્રોપેનોલની ત્રિઘટકીય પ્રણાલીમાંથી લેક્ટોઝના ઇનલાઇન સ્ફટિકીકરણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગથી પ્રણાલીની સ્થિરતા, સ્ફટિકોની આકારરચના અને સંચાલન સમયની સાતત્યતામાં નોંધપાત્ર સુધારા થયા હતા. અહીં તમને શ્રેષ્ઠ બનાવેલી પ્રાયોગિક કાર્યવિધિ, કામગીરીનાં મુખ્ય પરિણામો અને ઔદ્યોગિક સ્તરે વિસ્તરણનો માર્ગ મળશે.

પ્રક્રિયાનું તીવ્રીકરણ: સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને લેક્ટોઝનું સ્ફટિકીકરણ

ઔષધ અને ખાદ્ય ઉદ્યોગોમાં શુદ્ધીકરણ અને કણોના ઇજનેરી નિયંત્રણ માટે સ્ફટિકીકરણ આવશ્યક છે. જોકે, પરંપરાગત બેચ પ્રક્રિયાઓમાં પુનરુત્પાદકતા અને પડ જમવાની સમસ્યાઓ સંબંધિત મર્યાદાઓ હોય છે, ખાસ કરીને પ્રક્રિયાનું સ્તર વધારતી વખતે. અલ્ટ્રાસોનિક પરિસ્થિતિઓમાં સતત સ્ફટિકીકરણ નાભિક રચનાના દર વધારીને, કદનું વિતરણ સુધારીને અને પડ જમવાને લગતા પડકારો ઘટાડીને એક આકર્ષક વિકલ્પ પૂરો પાડે છે.

પોતાના અભ્યાસમાં, Zettl અને સહકર્મીઓ (2020) સતત સ્ફટિકીકરણની ગોઠવણીમાં Hielscher UP200St-TD-FlowCell ના સંચાલન સંબંધિત લાભોની તપાસ કરવા માટે એક નમૂનારૂપ જલસ્નેહી પ્રણાલી – પાણી/આઇસોપ્રોપેનોલના મિશ્રણમાં લેક્ટોઝ મોનોહાઇડ્રેટ – નો ઉપયોગ કરે છે.

સામગ્રી અને પદ્ધતિઓ – બેન્ચ-ટોપ પર લેક્ટોઝનું અલ્ટ્રાસોનિક સ્ફટિકીકરણ

સામગ્રી

• દ્રાવ્ય: α-લેક્ટોઝ મોનોહાઇડ્રેટ
• દ્રાવક પ્રણાલી: લેક્ટોઝની અતિસંતૃપ્તિ માટે શ્રેષ્ઠ બનાવેલા ત્રિઘટકીય અવસ્થા ગુણોત્તરમાં વિઆયનીકૃત પાણી અને આઇસોપ્રોપેનોલ
• સોનિકેટર: પ્રવાહ પસાર થતો હોય તેવા સોનિકેશન સેલ (TD-FlowCell)થી સજ્જ UP200St-TD

ઉપકરણની ગોઠવણી
UP200St-TD-FlowCell ને બંધ પરિપથવાળા સતત સ્ફટિકીકરણ સર્કિટમાં ગોઠવવામાં આવ્યું હતું. એક પેરિસ્ટાલ્ટિક પંપ અતિસંતૃપ્ત લેક્ટોઝ દ્રાવણને સોનિકેશન ચેમ્બરમાંથી પરિભ્રમણ કરાવતો હતો, જ્યાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા પ્રણાલીમાં ઊર્જા પહોંચાડવામાં આવતી હતી. ઇનલાઇન તાપમાન નિયંત્રણથી લાંબા સમયના સંચાલન દરમિયાન તાપીય સ્થિરતા સુનિશ્ચિત થઈ હતી.

સતત સંચાલન સ્થિતિમાં લેક્ટોઝનું અલ્ટ્રાસોનિક સ્ફટિકીકરણ
(અભ્યાસ અને છબી: ©Zettl et al., 2020)

લેક્ટોઝની દ્રાવ્યતા
લેક્ટોઝ એ ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝથી બનેલો ડાઇસેકેરાઇડ છે. ઓરડાના તાપમાને (સામાન્ય રીતે 20–25 °C તરીકે વ્યાખ્યાયિત) પાણીમાં તેની સંતૃપ્તિ સાંદ્રતા 25°C પર આશરે 18.9 wt% હોય છે.
તાપમાન વધવાની સાથે લેક્ટોઝની દ્રાવ્યતા વધે છે, પરંતુ રેખીય રીતે વધતી નથી. 50°C પર તે વધીને આશરે 31 wt% થાય છે અને 70°C પર તે આશરે 45 wt% હોય છે.

લેક્ટોઝના સતત સ્ફટિકીકરણ માટેની કાર્યવિધિ

ઉદ્દેશ: સતત સોનિકેશન હેઠળ પ્રણાલીમાં પડ જમવાનું લઘુતમ કરવું અને સંચાલન સમય મહત્તમ કરવો.

પગલું-દર-પગલું કાર્યવિધિ:

1. ફીડ દ્રાવણની તૈયારી
   • સંતૃપ્ત દ્રાવણ મેળવવા માટે α-લેક્ટોઝ મોનોહાઇડ્રેટને 50°C પર વિઆયનીકૃત પાણીમાં ઓગાળો.
   • જલીય લેક્ટોઝ સસ્પેન્શન માટે, દર 1000 g પાણી દીઠ 233 g a-લેક્ટોઝ ઉમેરો
   • પદાર્થ સંપૂર્ણપણે ઓગળી જાય ત્યાં સુધી મિશ્રણને હલાવો.
   • ત્યારબાદ, સંતૃપ્ત દ્રાવણ મેળવવા માટે દ્રાવણને 25°C સુધી ઠંડું થવા દો.
2. પ્રણાલીની ગોઠવણી
   • ફીડ દ્રાવણથી પ્રવાહ સર્કિટને પ્રારંભિક રીતે ભરો.
   • પ્રવાહ દર 60 mL/min પર સેટ કરો (અલ્ટ્રાસોનિક ચેમ્બરમાં ~30 સેકન્ડના નિવાસ સમય માટે શ્રેષ્ઠ).
   • ફીડ સસ્પેન્શન અને પ્રતિદ્રાવકને બે ફીડિંગ પોર્ટ દ્વારા અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો સેલના પ્રક્રિયા ચેમ્બરમાં દાખલ કરવામાં આવે છે.
   • 15 wt % લેક્ટોઝ સસ્પેન્શનનો પ્રવાહ દર 27g/ min પર સેટ કરો. અગાઉથી ઠંડો કરેલો આઇસોપ્રોપેનોલ (12°C) 27g/minના દરે ઉમેરીને અવક્ષેપણ પ્રેરિત કરો, જેથી કુલ દ્રવ્યમાન પ્રવાહ દર 54g/min થાય છે. (54g/minનો દ્રવ્યમાન પ્રવાહ દર 60 mL/minના ઘનફળ પ્રવાહ દરને અનુરૂપ છે)
   • 100% કંપનવિસ્તાર પર સોનિકેશન શરૂ કરો. સંચાલન તાપમાન 25–30°C વચ્ચે જાળવો.
3. સ્ફટિકીકરણનો તબક્કો
   • કોઈપણ વિક્ષેપ વિના સતત સોનિકેશન જાળવો. Hielscher સોનિકેટરો 24/7 સંચાલન માટે બનાવવામાં આવે છે.
   • દર 60 મિનિટે પ્રવાહમાં આગળના ફિલ્ટર મોડ્યુલમાંથી સ્ફટિકીકૃત લેક્ટોઝ એકત્ર કરો.
4. પ્રક્રિયા પછીનું લાક્ષણિકતા નિર્ધારણ
   • SEM દ્વારા સ્ફટિકોની આકારરચનાનું વિશ્લેષણ કરો.
   • લેસર વિવર્તનનો ઉપયોગ કરીને સ્ફટિકોના કદના વિતરણનું પરિમાણાત્મક નિર્ધારણ કરો (D50 લક્ષ્ય: 80–100 µm).
   • HPLC દ્વારા શુદ્ધતા નક્કી કરો (લેક્ટોઝ મોનોહાઇડ્રેટ >98%).

Zettl et al., 2020ના અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાયેલાં લેક્ટોઝનાં નિલંબનોની સંરચના, જેમાં ફીડમાં નિલંબિત ઘનનો દળ અંશ (w s,f), ઉત્પાદમાં નિલંબિત ઘનનો દળ અંશ (w s,p), ઉત્પાદમાં ઓગળેલા ઘનનો દળ અંશ (w d,p), ઉત્પાદમાં પાણીનો દળ અંશ (w H2O,p), ઉત્પાદમાં આઇસોપ્રોપેનોલનો દળ અંશ (w IA,p) અને ઉત્પાદમાં ઇથેનોલનો દળ અંશ (w EtOH,p) દર્શાવેલા છે.

અલ્ટ્રાસોનિક લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણનાં પરિણામો અને લાભો

• સ્ફટિકોના ગઠ્ઠા બનવામાં ઘટાડો:
  ઇનલાઇન અલ્ટ્રાસોનિકેશને સ્ફટિકોના ગઠ્ઠા બનવાની પ્રક્રિયાને અસરકારક રીતે દબાવી, જેના પરિણામે એકબીજાથી સારી રીતે અલગ પડેલા, પ્રિઝ્માકાર લેક્ટોઝ સ્ફટિકો મળ્યા.
• ફીણમાં ઘટાડો:
  નોંધપાત્ર રીતે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડે સપાટી પર થતા ફીણના નિર્માણમાં ઘટાડો કર્યો – આલ્કોહોલ ધરાવતા પ્રતિદ્રાવક સ્ફટિકીકરણમાં આ એક સામાન્ય સમસ્યા છે – જેના પરિણામે આયતન આધારિત પ્રક્રિયા ક્ષમતામાં સુધારો થયો.
• અવરોધ નિવારણ:
  લાંબા સમય સુધી સંચાલન દરમિયાન કોઈ મેલજમાવ કે અવરોધ જોવા મળ્યો નહીં, જે સપાટીઓને સ્વચ્છ રાખવામાં અને ફ્લો સેલની અંદર ઘન પદાર્થનો નિક્ષેપ અટકાવવામાં ધ્વનિક કેવિટેશનની ભૂમિકાની પુષ્ટિ કરે છે.
• સતત સંચાલન અવધિ:
  આ પ્રક્રિયાને સતત કાર્યરત રાખી શકાય છે, અને જુદા જુદા સમયબિંદુઓ પર સ્ફટિકોની ગુણવત્તા એકસરખી રહે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણ: વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં લેક્ટોઝનું સ્ફટિકીકરણ: અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જાનો પુરવઠો, ઉમેરેલું કેરેજીનન અથવા દૂધનું છાશપાણી (WPC) લેક્ટોઝ સ્ફટિકોના કદને પ્રભાવિત કરે છે
અભ્યાસ અને ચિત્ર: © Sanchez-García et al., 2018.

અલ્ટ્રાસોનિક લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણનું સ્કેલ-અપ

સર્વોચ્ચ ઔદ્યોગિક ધોરણો અનુસાર જર્મનીમાં એન્જિનિયર કરાયેલા Hielscher ઇનલાઇન સોનિકેટરો અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણોમાંથી લેક્ટોઝ અને અન્ય ઘન પદાર્થોના સતત સ્ફટિકીકરણ માટે મજબૂત ઉકેલ પૂરો પાડે છે. ફાર્મા-ગ્રેડ ઉપયોગો માટે રચાયેલી આ પ્રણાલીઓ કેન્દ્રકન અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ પર ચોક્કસ નિયંત્રણને સમર્થન આપે છે, જેનાથી પુનરુત્પાદનીય કણકદ વિતરણ અને પ્રક્રિયાની સુસંગતતા સુનિશ્ચિત થાય છે. પ્રયોગશાળાથી ઉત્પાદન સ્તર સુધી રેખીય રીતે ક્ષમતા વધારવાની ક્ષમતા સાથે, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરો પ્રક્રિયાને સરળતાથી સ્થાનાંતરિત કરવાનું શક્ય બનાવે છે, જેનાથી વિકાસનો સમય અને ખર્ચ લઘુતમ થાય છે. વ્યાપક તકનીકી પરામર્શ સાથે, આ સોનિકેટરો જરૂરિયાત મુજબના ઉકેલો પૂરા પાડે છે, જે cGMP-અનુરૂપ સ્ફટિકીકરણ કાર્યપ્રવાહોમાં સરળતાથી સંકલિત થાય છે – તેથી તેઓ ફાર્માસ્યુટિકલ, બાયોટેક અને ખાદ્ય ઉદ્યોગો માટે આદર્શ છે.

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇનનાં ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ સંચાલનને કારણે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોને ઔદ્યોગિક એકમોમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો કઠોર પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણમાં સરળતાથી કાર્ય કરે છે.

Hielscher Ultrasonics એક ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી તથા વપરાશની સરળતા ધરાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો CE-અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHsની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે.