અલ્ટ્રાસોનિક લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણ
ઘણી ડેરી પ્રક્રિયાઓમાં મોટા જથ્થામાં વ્હે – જેને મિલ્ક પરમિએટ પણ કહેવામાં આવે છે – આડપેદાશ તરીકે ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રવાહી અપશિષ્ટ લેક્ટોઝથી સમૃદ્ધ હોય છે, પરંતુ તેનો નિકાલ ખર્ચાળ હોવા ઉપરાંત પર્યાવરણ પર પણ બોજરૂપ બને છે. લેક્ટોઝની પુનઃપ્રાપ્તિ માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરવાથી કચરાનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે અને સમસ્યારૂપ પ્રવાહી અપશિષ્ટને મૂલ્યવાન સંસાધનમાં ફેરવી શકાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન ઝડપી અને કાર્યક્ષમ સ્ફટિકીકરણને સુગમ બનાવે છે, જેનાથી વ્યાવસાયિક ઉપયોગ માટે યોગ્ય, એકસમાન લેક્ટોઝ સ્ફટિકોનો મોટો જથ્થો પ્રાપ્ત થાય છે.
લેક્ટોઝનું ઉત્પાદન
લેક્ટોઝનું ઉત્પાદન લેક્ટોઝના સાંદ્ર દ્રાવણમાંથી કરવામાં આવે છે, જે વ્હેમાંથી મેળવવામાં આવે છે. સ્ફટિકોનું અવક્ષેપણ કરવા માટે સાંદ્ર લેક્ટોઝ સ્લરીને નીચા તાપમાને ઠંડી કરવી જરૂરી છે. અવક્ષેપણના તબક્કા પછી લેક્ટોઝના સ્ફટિકોને અપકેન્દ્રણ દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ સ્ફટિકોને સૂકવીને પાવડર બનાવવામાં આવે છે.
લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણના તબક્કા:
- સાંદ્રીકરણ
- નાભિકન
- સ્ફટિક વૃદ્ધિ
- એકત્રીકરણ/ ધોવાણ
સોનિકેશન દ્વારા સુધારેલું લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણ
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સ્ફટિકીકરણ અને અવક્ષેપણની પ્રક્રિયાઓ પર તેની સકારાત્મક અસર માટે જાણીતું છે (સોનો-સ્ફટિકીકરણ). સોનિકેશન લેક્ટોઝના સ્ફટિકોની રચના અને વૃદ્ધિમાં પણ સુધારો કરે છે.
લેક્ટોઝનું સોનો-સ્ફટિકીકરણ લઘુતમ સમયમાં લેક્ટોઝ સ્ફટિકોની મહત્તમ ઉપજ મેળવવામાં મદદ કરે છે.
ઇનલાઇન સોનિકેશન માટે અલ્ટ્રાસોનિક કાચનું રિએક્ટર
લેક્ટોઝનું કાર્યક્ષમ એકત્રીકરણ અને ધોવાણ (નિષ્કર્ષણ અને શુદ્ધીકરણ) સુનિશ્ચિત કરવા માટે સ્ફટિકોની સારી વૃદ્ધિ આવશ્યક છે. સોનિકેશન લેક્ટોઝની અતિસંતૃપ્તિ સર્જે છે અને લેક્ટોઝ સ્ફટિકોના પ્રાથમિક નાભિકનની શરૂઆત કરે છે. વધુમાં, સતત સોનિકેશન દ્વિતીય નાભિકનમાં ફાળો આપે છે, જે સ્ફટિકના કદનું નાનું વિતરણ (CSD) સુનિશ્ચિત કરે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણ: વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં સ્ફટિકીકૃત લેક્ટોઝ: અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જાનો નિવેશ, ઉમેરાયેલ કેરેજીનન અથવા વ્હે (WPC) લેક્ટોઝ સ્ફટિકોના કદને પ્રભાવિત કરે છે
અભ્યાસ અને ચિત્ર: ©Sanchez-García et al., 2018.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડના લાભો:
- મહત્તમ ઉપજ
- અત્યંત ટૂંકો પ્રક્રિયા સમય
- એકસમાન સ્ફટિક કદ
- નિયંત્રિત કરી શકાય તેવું સ્ફટિક કદ
- એકસમાન સ્ફટિક આકાર
વ્યવહાર્યતાથી ઇનલાઇન ઉત્પાદન સુધી: લેક્ટોઝનું સોનો-સ્ફટિકીકરણ
બેન્ચ-ટોપથી ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી અલ્ટ્રાસોનિક લેક્ટોઝ સ્ફટિકીકરણનું પ્રમાણ વધારવા વિશે વધુ વાંચો!
પ્રવાહી અપશિષ્ટમાંથી લેક્ટોઝ
ડેરીના મોટા પાયે ઉત્પાદનને કારણે વ્હે ઘણીવાર એવી આડપેદાશ હોય છે જેને પ્રવાહી અપશિષ્ટ તરીકે ગણવામાં આવે છે. પ્રવાહી વ્હેની ઊંચી જૈવિક ઑક્સિજન માંગ (BOD) અને તેમાં રહેલા પાણીના પ્રમાણને કારણે તેનો નિકાલ ખર્ચાળ હોય છે. વ્હેમાંથી લેક્ટોઝની પુનઃપ્રાપ્તિ કરવામાં આવે ત્યારે આ અપશિષ્ટનો ઉપયોગ અનુગામી પ્રક્રિયાના તબક્કામાં લેક્ટોઝ પાવડર બનાવવા માટે થાય છે. લેક્ટોઝની પુનઃપ્રાપ્તિ વ્હેની BODમાં 80%થી વધુ ઘટાડો કરે છે, જેનાથી આડપેદાશ ઉપયોગી અને વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ બને છે. અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી થતી સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયા સ્ફટિકોની વૃદ્ધિ, ઉપજ અને ગુણવત્તામાં સુધારો કરે છે.
લેક્ટોઝનો ખાદ્ય અને ઔષધ ઉદ્યોગમાં ઘટક તરીકે, લેક્ટિટોલના ઉત્પાદન માટે કાચા માલ તરીકે અથવા જૈવવિઘટનક્ષમ પોલિએસ્ટરના સૂક્ષ્મજીવીય ઉત્પાદન માટે આધાર સામગ્રી તરીકે વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે.
UIP2000hdT, 2000 wattsનું શક્તિશાળી સોનિકેટર, ઔદ્યોગિક ઇનલાઇન સ્ફટિકીકરણ માટે ફ્લો સેલ સાથે આવે છે
અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો
Hielscher Ultrasonics સોનો-સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાઓ માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો પૂરા પાડે છે – બેચ સોનિકેશન માટે અથવા અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરમાં ઇનલાઇન પ્રક્રિયા માટે. તમામ Hielscher સોનિકેટરો સતત ચાલવા માટે (24hrs/ 7d/ 365d) ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે, જેનાથી ઉપકરણનો મહત્તમ ઉપયોગ સુનિશ્ચિત થાય છે. પ્રતિ એકમ 0.5kWથી 16kW સુધીનાં ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો અતિસંતૃપ્ત નિલંબનોના મોટા જથ્થાની વ્યાવસાયિક પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય છે.
ખાદ્ય-ગ્રેડ લેક્ટોઝ પ્રક્રિયા
Hielscher સોનિકેટરો અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણોમાંથી લેક્ટોઝના સ્ફટિકીકરણને પ્રોત્સાહન આપવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે અત્યંત અસરકારક છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનનો ઉપયોગ કરીને આ પ્રણાલીઓ નાભિકનના દરમાં વધારો કરે છે, પ્રેરણ સમય ઘટાડે છે અને એકસમાન, સુસ્પષ્ટ સ્ફટિકોની રચના શક્ય બનાવે છે. આનાથી સ્ફટિકીકરણની ગતિ ઝડપી બને છે અને સ્ફટિકોના કદ તથા આકારરચના પરનું નિયંત્રણ સુધરે છે. બેચ અને સતત ઇનલાઇન બંને પ્રક્રિયાઓ માટે આદર્શ Hielscher સોનિકેટરો સંશોધન અને વિકાસ (R&D)થી ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી પ્રમાણ વધારી શકાય તેવાં ઉકેલો પૂરા પાડે છે. તેમની મજબૂત જર્મન ઇજનેરી અને ઔષધ-ગ્રેડ ધોરણો સાથેની સુસંગતતા તેમને લેક્ટોઝના શુદ્ધીકરણ, ફોર્મ્યુલેશન અને પ્રક્રિયાના પડકારજનક ઉપયોગો માટે ખાસ યોગ્ય બનાવે છે.
Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો cGMP ધોરણોનું પાલન કરતા ખાદ્ય- અને ઔષધ-ગ્રેડ ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે. Hielscher સોનિકેટરો સેનિટરી-ગ્રેડ ફિટિંગ્સ સાથે ઉપલબ્ધ છે, જે સ્વચ્છતાપૂર્ણ પ્રક્રિયાનાં ધોરણોનું સંપૂર્ણ પાલન સુનિશ્ચિત કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ (જેને પ્રોબ્સ અથવા હોર્ન્સ પણ કહેવામાં આવે છે) અને ફ્લો-થ્રૂ રિએક્ટરો સુગમ પ્રવાહ માટેના, સરળતાથી સાફ કરી શકાય તેવા ભૂમિતીય આકારો સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે, જે કાર્યક્ષમ જાળવણીને સુગમ બનાવે છે અને બંધ રહેવાનો સમય ઓછામાં ઓછો કરે છે. નોંધપાત્ર રીતે, અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન પોતે જ ક્લીન-ઇન-પ્લેસ (CIP) પદ્ધતિ તરીકે કાર્ય કરે છે અને કામગીરી દરમિયાન અંદરની સપાટીઓની સફાઈમાં મદદ કરે છે. એસેપ્ટિક વાતાવરણ માટે તમામ સોનોટ્રોડ્સ અને રિએક્ટરોને સંપૂર્ણપણે ઑટોક્લેવ કરી શકાય છે. ઓછી જગ્યા રોકતી તેમની રચનાને કારણે Hielscher પ્રણાલીઓને હાલની ઉત્પાદન લાઇનોમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે અથવા પાછળથી જોડી શકાય છે – જે તેમને ઔષધ અને ખાદ્ય-ગ્રેડ સ્ફટિકીકરણ સુવિધાઓમાં સુધારા કરવા માટે આદર્શ બનાવે છે.
વધુ માહિતી મેળવવા માટે આજે જ અમારો સંપર્ક કરો! Hielscher Ultrasonics અલ્ટ્રાસોનિક ડેરી અને ખાદ્ય પ્રક્રિયા માટે વિવિધ પ્રમાણભૂત તેમજ જરૂરિયાત મુજબ તૈયાર કરેલા ઉકેલો પૂરા પાડે છે!
અલ્ટ્રાસોનિકેટર UIP6000hdT દબાણયુક્ત કરી શકાય તેવા ફ્લો સેલ સાથે આવે છે. હીટિંગ/કૂલિંગ જેકેટ ઊંચા અથવા નીચા તાપમાને સોનિકેશન કરવાનું શક્ય બનાવે છે.
સોનો-સ્ફટિકીકરણ વિશે
સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયાઓ શરૂ કરવા અને સુધારવા માટે શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે તેને સોનો-સ્ફટિકીકરણ કહેવામાં આવે છે. સોનો-સ્ફટિકીકરણનો આધાર “સામગ્રીમાં ભૌતિક-રાસાયણિક ફેરફારો પ્રેરવા માટે ધ્વનિતરંગોના ઉપયોગ પર છે. શક્તિશાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડના કેટલાક સામાન્ય ઉપયોગોમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પ્રેરવી (સોનોકેમિસ્ટ્રી) અને સ્ફટિકીકરણને પ્રોત્સાહન આપવું (સોનો-સ્ફટિકીકરણ) સામેલ છે. આ તકનીકો જે લાભો આપે છે તેને કારણે ઔષધ, રાસાયણિક અને ખાદ્ય ઉદ્યોગો સહિત અનેક ઉદ્યોગોનું ધ્યાન તેમના તરફ ખેંચાયું છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તકનીકો આર્થિક રીતે વ્યવહાર્ય છે અને ઔદ્યોગિક કામગીરીમાં સામેલ કરવા પ્રમાણમાં સરળ છે. આ તકનીકોનો ઉપયોગ ઉત્પાદનની પુનરુત્પાદકતા અને ઉપજ બંને સુધારવા માટે કરી શકાય છે; તે બિન-ઉષ્મીય અને પર્યાવરણીય રીતે સ્વચ્છ છે”. [Martini 2013, 4]
નાભિકન અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ
સ્ફટિકીકરણને એવી રચના પ્રક્રિયા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જેમાં અતિસંતૃપ્ત દ્રાવણ, પીગળેલા પદાર્થ અથવા વાયુમાંથી ઘન સ્ફટિકો અવક્ષેપિત થાય છે.
સ્ફટિકીકરણ પ્રક્રિયામાં બે મુખ્ય તબક્કા હોય છે: નાભિકન અને સ્ફટિક વૃદ્ધિ.
નાભિકન દરમિયાન દ્રાવણમાં ઓગળેલા અણુઓ સમૂહો બનાવવાનું શરૂ કરે છે, જે કામગીરીની પરિસ્થિતિઓમાં સ્થિર રહેવા માટે પૂરતા મોટા હોવા જરૂરી છે. આવો સ્થિર સમૂહ નાભિક બનાવે છે. સ્થિર નાભિક બનાવવા માટેના ક્રાંતિક કદ સુધી પહોંચ્યા પછી સ્ફટિક વૃદ્ધિનો તબક્કો શરૂ થાય છે.
સ્ફટિક વૃદ્ધિના તબક્કામાં વધુ અણુઓ સમૂહ સાથે જોડાતાં રચાયેલા નાભિકો મોટા થાય છે. વૃદ્ધિની પ્રક્રિયા સંતૃપ્તિના સ્તર અને એકસમાન મિશ્રણ, તાપમાન વગેરે જેવા અન્ય પરિમાણો પર આધાર રાખે છે.
સ્ફટિકીકરણનો શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંત એવી ઉષ્માગતિશાસ્ત્રીય વિભાવના પર આધારિત છે કે કોઈ વિયુક્ત પ્રણાલીની એન્ટ્રોપી અપરિવર્તિત હોય ત્યારે તે સંપૂર્ણપણે સ્થિર હોય છે.
લેક્ટોઝ વિશેનાં તથ્યો
લેક્ટોઝ (દૂધની શર્કરા) એ β(1→4) ગ્લાયકોસિડિક બંધથી જોડાયેલા ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝમાંથી બનેલો ડાઇસેકેરાઇડ છે.
કાઇરલ કાર્બનની હાજરીને કારણે લેક્ટોઝ નીચેના 2 સમઘટક પ્રકારોમાં મળી શકે છે: α- અથવા β-લેક્ટોઝ. લેક્ટોઝ સૌથી વધુ વાર જલયુક્ત α-લેક્ટોઝ મોનોહાઇડ્રેટ સ્ફટિક તરીકે જોવા મળે છે. અન્ય બહુરૂપ, નિર્જલ β-લેક્ટોઝ, ઓછું સામાન્ય છે અને તેનું સ્ફટિકીકરણ 93.5°Cથી ઉપર થાય છે. α- અને β-એનોમરોના ગુણધર્મો ખૂબ જ અલગ હોય છે. આ બહુરૂપોને વિશિષ્ટ પરિભ્રમણ (α- અને β-લેક્ટોઝ માટે અનુક્રમે +89°C અને +35°C) અને દ્રાવ્યતા (α- અને β-લેક્ટોઝ માટે અનુક્રમે 70 અને 500g/L (20°C પર)) દ્વારા અલગ ઓળખી શકાય છે. [McSweeney et al. 2009]
તે દૂધનો મુખ્ય કાર્બોહાઇડ્રેટ છે અને 2-8 wt%ની સાંદ્રતામાં જોવા મળે છે. લેક્ટોઝ સ્વાદરહિત છે અને તેની મીઠાશ ઓછી હોય છે. લેક્ટોઝ અપચાયક શર્કરા તરીકે કાર્ય કરે છે અને Maillard તથા Stecker પ્રતિક્રિયાઓને પ્રોત્સાહન આપે છે. તેથી લેક્ટોઝનો ઉપયોગ બેકરી ઉત્પાદનો, પેસ્ટ્રીઓ અને મીઠાઈઓ જેવા ખાદ્ય ઉત્પાદનોનો રંગ અને સ્વાદ વધારવા માટે થાય છે.
લેક્ટોઝ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતો ખાદ્ય ઉમેરક છે, જે ખાદ્ય અને ઔષધ ઉત્પાદનોમાં વાહક, ભરાવ પદાર્થ, સ્થિરતાકારક અને ટેબ્લેટ માટે મંદક તરીકે કાર્ય કરે છે.
α-લેક્ટોઝ સૌથી શુદ્ધ સ્વરૂપ છે, જેનો ઉપયોગ ઔષધ ઉત્પાદનો માટે થાય છે.
સ્વાદ, સુગંધ અને કથ્થઈ રંગ ઉત્પન્ન કરતી પ્રતિક્રિયાઓની દૃષ્ટિએ લેક્ટોઝ એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે.
સૂત્ર: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
મોલર દળ: 342.3 g/mol
ગલનબિંદુ: 202.8°C
ઘનતા: 1.53 g/cm3
વર્ગીકરણ: FODMAP
આમાં દ્રાવ્ય: પાણી, ઇથેનોલ
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. 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): Sonocrystallisation of lactose in an aqueous system. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
- Zettl, M., Kreimer, M., Aigner, I., Mannschott, T., van der Wel, P., Khinast, J., Krumme, M. (2020): Runtime Maximization of Continuous Precipitation in an Ultrasonic Process Chamber. Organic Process Research & Development, 24(4), 2020. 508–519.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Lactose particle engineering: influence of ultrasound and anti-solvent on crystal habit and particle size. J Cryst Growth 312(23):3509–20.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultrasound-assisted crystallization of lactose in the presence of whey proteins and κ-carrageenan. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 42, 2018. 714-722.
- Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Effect of process parameters on crystal size and morphology of lactose in ultrasound-assisted crystallization. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.
Hielscher Ultrasonics ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરો બનાવે છે, જે પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધીના હોય છે.