התגבשות מוטבעת של לקטוז – ממעבדה לתעשייה

התגבשות בסיוע אולטרסאונד היא טכניקה יעילה לשיפור היווצרות מוצקים בתנאי זרימה רציפים. להלן אנו מציגים בפניכם מחקר המתמקד בהתגבשות מוטבעת של לקטוז ממערכת משולשת לקטוז/מים/איזופרופנול, תוך שימוש בתא הסוניקציה Hielscher UP200St-TD-FlowCell. יישום האולטרסאונד הניב שיפורים משמעותיים ביציבות המערכת, במורפולוגיה הגבישית ובהמשכיות זמן הריצה. כאן תוכלו למצוא את פרוטוקול הניסוי האופטימלי, תוצאות ביצועי מפתח ואת המסלול להרחבה תעשייתית.

העצמת תהליך: התגבשות לקטוז באמצעות סוניקציה

התגבשות חיונית בתעשיית התרופות והמזון לטיהור והנדסת חלקיקים. עם זאת, תהליכי אצווה מסורתיים סובלים ממגבלות בשחזור ובעכירות, במיוחד במהלך הגדלה. התגבשות מתמשכת בתנאים קוליים מציעה אלטרנטיבה משכנעת על ידי שיפור שיעורי הגרעין , שיפור התפלגות הגודל והפחתת אתגרים הקשורים לעכירות.

במחקרם, זטל ועמיתיו (2020) משתמשים במערכת הידרופילית מודל - לקטוז מונוהידרט בתערובת מים/איזופרופנול - כדי לחקור את היתרונות התפעוליים של Hielscher UP200St-TD-FlowCell בתצורת התגבשות רציפה.

חומרים ושיטות – התגבשות לקטוז אולטרסאונד על ספסל

חומרים

• מומס: α-לקטוז מונוהידראט
• מערכת ממס: מים נטולי יונים ואיזופרופנול ביחס פאזה משולש המותאם לרוויה-על של לקטוז
• סוניקטור: UP200St-TD מצויד בתא סוניקציה זורם (TD-FlowCell)

תצורת ציוד
ה-UP200St-TD-FlowCell הוגדר במעגל התגבשות רציף בלולאה סגורה. משאבה פריסטלטית הפיצה את תמיסת הלקטוז הסופר-רוויה דרך תא הסוניקציה, שם מועברת אנרגיה אולטרסאונד למערכת. בקרת טמפרטורה מוטבעת הבטיחה יציבות תרמית במהלך פעולה ממושכת.

התגבשות לקטוז אולטראסוני במצב רציף
(מחקר ותמונה: ©Zettl et al., 2020)

מסיסות לקטוז
ריכוז הרוויה של לקטוז, שהוא דו-סוכר המורכב מגלוקוז וגלקטוז, במים בטמפרטורת החדר (מוגדר בדרך כלל כ-20-25 מעלות צלזיוס) הוא כ-18.9% משקל ב-25 מעלות צלזיוס.
מסיסות הלקטוז עולה עם הטמפרטורה, אך לא ליניארית. ב-50 מעלות צלזיוס הוא עולה לכ-31 משקל, וב-70 מעלות צלזיוס הוא כ-45 משקל.

פרוטוקול להתגבשות לקטוז רציפה

מטרה: למזער את עכירות המערכת ולמקסם את זמן הריצה תחת סוניקציה מתמשכת.

פרוטוקול שלב אחר שלב:

1. הכנת תמיסת הזנה
   • ממיסים α-לקטוז מונוהידרט במים נטולי יונים ב-50 מעלות צלזיוס לקבלת תמיסה רוויה.
   • לתרחיף הלקטוז המימי, הוסיפו 233 גרם לקטוז לכל 1000 גרם מים
   • מערבבים את התערובת עד להמסה מלאה של החומר.
   • לאחר מכן, הניחו לתמיסה להתקרר ל-25 מעלות צלזיוס על מנת לקבל תמיסה רוויה.
2. הגדרת מערכת
   • ראש את מעגל הזרימה עם תמיסת ההזנה.
   • הגדר את קצב הזרימה ל-60 מ"ל/דקה (אופטימלי לזמן שהייה של ~30 שניות בתא האולטראסוני).
   • מתלה ההזנה והאנטי-ממס מוזנים דרך שתי יציאות הזנה לתא התהליך של תא הזרימה האולטראסוני.
   • הגדר את קצב הזרימה של 27 גרם לדקה של 15% משקל מתלה לקטוז. לגרום למשקעים על ידי הוספת 27 גרם לדקה של איזופרופנול מקורר מראש (12 מעלות צלזיוס), וכתוצאה מכך קצב זרימת מסה כולל של 54 גרם לדקה (קצב זרימת המסה של 54 גרם לדקה מתאים לקצב זרימת נפח ל-60 מ"ל לדקה)
   • התחל סוניקציה במשרעת של 100%. שמור על טמפרטורת הפעלה בין 25-30 מעלות צלזיוס.
3. שלב ההתגבשות
   • שמור על סוניקציה רציפה ללא הפרעה. סוניקטורים של Hielscher בנויים להפעלה 24/7.
   • אסוף לקטוז מגובש ממודול מסנן במורד הזרם כל 60 דקות.
4. אפיון לאחר תהליך
   • לנתח מורפולוגיה גבישית באמצעות SEM.
   • כימות התפלגות גודל הגביש באמצעות עקיפה בלייזר (יעד D50: 80-100 מיקרומטר).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

הרכב תרחיפי לקטוז עם שבר מסה מוצקה מרחף בהזנה (w s,f), שבר מסה מוצקה מרחף במוצר (w s,p), שבר מסת מוצק מומס במוצר (w d,p), שבר מסת מים במוצר (w H2O,p), שבר מסת איזופרופנול במוצר (w IA,p) ושבר מסת אתנול במוצר (w EtOH, p) בשימוש במחקר של Zettl et al., 2020.

תוצאות ויתרונות של התגבשות לקטוז אולטראסוני

• הפחתת צבירה:
  אולטרסאונד מוטבע דיכא ביעילות את הצטברות הגבישים, והניב גבישי לקטוז פריזמטיים מופרדים היטב.
• הפחתת קצף:
  יש לציין כי אולטרסאונד הפחית את היווצרות קצף פני השטח - בעיה שכיחה בהתגבשות אנטי-ממסים המערבת אלכוהול - ובכך שיפר את תפוקת הנפח.
• מניעת סתימה:
  לא נצפו עכירות או סתימה במהלך הפעולה הממושכת, מה שמאשר את תפקיד הקוויטציה האקוסטית בשמירה על משטחים נקיים ומניעת שקיעה מוצקה בתוך תא הזרימה.
• זמן ריצה רציף:
  ניתן לשמור על התהליך בפעולה רציפה, כאשר איכות הגביש נשארת עקבית לאורך נקודות זמן.

התגבשות לקטוז אולטראסוני: לקטוז התגבש בתנאים שונים: קלט אנרגיה קולי, תוספת קרגינן או מי גבינה (WPC) משפיע על גודל גביש הלקטוז
מחקר ותמונה: © Sanchez-García et al., 2018.

הגדלה של התגבשות לקטוז אולטרסאונד

סוניקטורים מוטבעים של Hielscher, שתוכננו בגרמניה בסטנדרטים התעשייתיים הגבוהים ביותר, מציעים פתרון חזק להתגבשות רציפה של לקטוז ומוצקים אחרים מפתרונות סופר-רוויים. מערכות אלה, המיועדות ליישומים ברמת פארמה, תומכות בבקרה מדויקת על גרעין וצמיחת גבישים, ומבטיחות התפלגות גודל חלקיקים הניתנת לשחזור ועקביות תהליכים. עם מדרגיות ליניארית ממעבדה לקנה מידה ייצור, כורים קוליים של Hielscher מאפשרים העברת תהליכים חלקה, תוך מזעור זמן הפיתוח והעלות. יחד עם ייעוץ טכני מקיף, סוניקטורים אלה מספקים פתרונות מותאמים אישית המשתלבים בקלות בתהליכי עבודה של התגבשות תואמי cGMP - מה שהופך אותם לאידיאליים עבור תעשיות התרופות, הביוטכנולוגיה והמזון.

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

Hielscher ultrasonicators ידועים באיכות הגבוהה ביותר שלהם סטנדרטים עיצוב. חוסן ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של האולטרסאונד שלנו במתקנים תעשייתיים. תנאים קשים וסביבות תובעניות מטופלים בקלות על ידי אולטרסוניקטורים Hielscher.

Hielscher Ultrasonics היא חברה מוסמכת ISO לשים דגש מיוחד על ultrasonicators ביצועים גבוהים שמציעות טכנולוגיה חדישה וידידותיות למשתמש. כמובן, Hielscher ultrasonicators הם תואמי CE ולעמוד בדרישות של UL, CSA ו RoHs.