התגבשות לקטוז אולטראסונית
בתהליכי חלב רבים, כמויות גדולות של מי גבינה - המכונה גם חלחול חלב - נוצרות כתוצר לוואי. שפכים אלה עשירים בלקטוז, אך סילוקם יקר ומכביד על הסביבה. על ידי יישום אולטרסאונד לשחזור הלקטוז, ניתן להפחית משמעותית את נפח הפסולת, ולהפוך שפכים בעייתיים למשאב יקר ערך. אולטרסאונד מאפשר התגבשות מהירה ויעילה, ומניב כמות גבוהה של גבישי לקטוז אחידים המתאימים לשימוש מסחרי.
ייצור לקטוז
לקטוז מופק מתמיסה מרוכזת של לקטוז (המופק ממי גבינה). יש לקרר את תרחיף הלקטוז המרוכז לטמפרטורה נמוכה כדי לזרז גבישים. לאחר שלב המשקעים, גבישי הלקטוז מופרדים על ידי צנטריפוגה. לאחר מכן, הגבישים מיובשים לאבקה.
שלבי התגבשות הלקטוז:
- ריכוז
- נוקלציה
- צמיחת קריסטלים
- קציר/שטיפה
התגבשות לקטוז משופרת על ידי סוניקציה
אולטרסאונד ידוע בהשפעתו החיובית על תהליכי התגבשות ומשקעים (סונו-התגבשות). סוניקציה משפרת גם את היווצרותם וצמיחתם של גבישי לקטוז.
סונו-התגבשות של לקטוז מסייעת להשיג את התשואה המקסימלית של גבישי לקטוז במינימום זמן.
כור זכוכית אולטראסוני לסוניקציה מוטבעת
גידול גבישי טוב הוא משמעותי כדי להבטיח קציר ושטיפה יעילים של לקטוז (מיצוי & טיהור). סוניקציה גורמת לרוויית-על של לקטוז ויוזמת את הגרעין הראשוני של גבישי לקטוז. יתר על כן, סוניקציה רציפה תורמת לנוקלציה משנית, המבטיחה פיזור גודל גבישי קטן (CSD).
התגבשות לקטוז על-קולי: לקטוז מתגבש בתנאים שונים: קלט אנרגיה על-קולי, תוספת קרגינן או מי גבינה (WPC) משפיע על גודל גבישי הלקטוז
מחקר ותמונה: ©Sanchez-García et al., 2018.
היתרונות של אולטרסאונד:
- תפוקה מרבית
- זמן תהליך קצר מאוד
- גודל גביש אחיד
- גודל גביש נשלט
- צורת גביש אחידה
מהיתכנות לייצור מוטבע: התגבשות סונו של לקטוז
קרא עוד על הרחבת התגבשות לקטוז אולטראסוני מספסל לייצור תעשייתי!
משפכים ועד לקטוז
בשל ייצור החלב הגדול, מי גבינה הם לעתים קרובות תוצר לוואי שמטופל כשפכי פסולת. סילוק מי גבינה נוזליים הוא עתיר עלויות בשל דרישת החמצן הביולוגית הגבוהה (BOD) ותכולת המים הגבוהה שלו. כאשר הלקטוז מופק ממי הגבינה, תוצר הפסולת מנוצל בשלב שלאחר העיבוד לייצור אבקת לקטוז. ההתאוששות מלקטוז מפחיתה את ה-BOD של מי גבינה ביותר מ-80%, מה שהופך את תוצר הלוואי לשימושי וידידותי יותר לסביבה. תהליך התגבשות בסיוע אולטרסאונד משפר את גדילת הגביש, תנובתו ואיכותו.
לקטוז נמצא בשימוש נרחב כמרכיב בתעשיית המזון והפארמה, כחומר גלם לייצור לקטיטול או כחומר בסיס לייצור מיקרוביאלי של פוליאסטרים מתכלים.
UIP2000hdT, סוניק רב עוצמה של 2000 וואט עם תא זרימה להתגבשות תעשייתית מוטבעת
ציוד אולטראסוני
Hielscher Ultrasonics מציעה ציוד קולי לתהליכי התגבשות סונו – או לסוניקציה אצווה או לעיבוד מוטבע בכור קולי. כל הסוניקטורים של Hielscher נועדו לפעול ברציפות (24 שעות / 7 ימים / 365 ד') מה שמבטיח ניצול מרבי של ציוד. מכשירים קוליים תעשייתיים מ-0.5 קילוואט עד 16 קילוואט ליחידה מתאימים לעיבוד מסחרי של כמויות גדולות של מתלים רוויים-על.
עיבוד לקטוז בדרגת מזון
סוניקטורים של Hielscher יעילים ביותר לקידום ובקרה של התגבשות לקטוז מתמיסות סופר-רוויות. על ידי יישום קוויטציה אולטרסאונד אינטנסיבית, מערכות אלו משפרות את קצב הגרעינים, מפחיתות את זמני האינדוקציה ומאפשרות היווצרות גבישים אחידים ומוגדרים היטב. התוצאה היא קינטיקה מהירה יותר של התגבשות ושליטה משופרת על גודל הגביש והמורפולוגיה. אידיאלי הן לתהליכים מוטבעים אצווה והן לתהליכים מוטבעים רציפים, סוניקטורים של Hielscher מציעים פתרונות ניתנים להרחבה מבית R&D לייצור תעשייתי. ההנדסה הגרמנית החזקה שלהם ותאימותם לתקנים בדרגה פרמצבטית הופכים אותם למתאימים במיוחד עבור יישומים תובעניים בטיהור, ניסוח ועיבוד לקטוז.
אולטראסוניקטורים של Hielscher מתאימים לייצור בדרגת מזון ופארמה העומדים בתקני cGMP. סוניקטורים של Hielscher זמינים עם אביזרים בדרגה סניטרית, מה שמבטיח עמידה מלאה בתקני עיבוד היגייניים. הסונוטרודות האולטרסאונד (המכונים גם בדיקות או צופרים) והכורים הזורמים מתוכננים עם גיאומטריות יעילות וקלות לניקוי, מה שמקל על תחזוקה יעילה וממזער את זמן ההשבתה. יש לציין כי קוויטציה קולית עצמה פועלת כמנגנון נקי במקום (CIP), התומך בניקוי משטח פנימי במהלך הפעולה. עבור סביבות אספטיות, כל הסונוטרודות והכורים ניתנים לחיטוי מלא. הודות לטביעת הרגל הקומפקטית שלהן, מערכות Hielscher משולבות בקלות או מותאמות מחדש לקווי ייצור קיימים - מה שהופך אותן לאידיאליות לשדרוגים במתקני התגבשות בדרגת תרופות ומזון.
צרו איתנו קשר עוד היום לקבלת מידע נוסף! Hielscher Ultrasonics מציעה פתרונות סטנדרטיים שונים כמו גם מותאמים אישית לעיבוד חלב ומזון קולי!
Ultrasonicator UIP6000hdT עם תא זרימה בלחץ. מעיל חימום / קירור מאפשר להסוניק בטמפרטורות גבוהות או נמוכות.
אודות Sonocrystallization
כאשר אולטרסאונד כוח מוחל כדי לגרום ולשפר תהליכי התגבשות, זה ידוע בשם sonocrystallization. Sonocrystallization מבוסס על היישום של “גלים אקוסטיים כדי לגרום לשינויים פיסיקוכימיים בחומר. כמה יישומים נפוצים של אולטרסאונד כוח כוללים את השימוש בו כדי לגרום לתגובות כימיות (סונוכימיה) ולקדם התגבשות (sonocrystallization). טכניקות אלה קיבלו את תשומת הלב של מספר תעשיות, כולל תעשיות תרופות, כימיקלים ומזון בהתחשב ביתרון שהן מציעות. טכניקות אולטרסאונד הן כדאיות כלכלית וקל יחסית לשלב בפעולה תעשייתית. טכניקות אלה ניתן להשתמש כדי לשפר הן את יכולת השחזור ואת התשואה של הייצור; הם אינם תרמיים ונקיים מבחינה סביבתית”. [מרטיני 2013, 4]
נוקלציה וצמיחת גבישים
התגבשות נקבעת כתהליך היווצרות, שבו גבישים מוצקים מזרזים מתמיסה רוויה יתר על המידה, נמסים או גז.
תהליך ההתגבשות מורכב משני שלבים עיקריים: הנוקלציה וצמיחת הגביש.
במהלך הגרעין, המולקולות המומסות בתמיסה מתחילות ליצור אשכולות, אשר חייבים להיות גדולים מספיק כדי להיות יציבים בתנאי ההפעלה. אשכול יציב כזה יוצר גרעין. לאחר ההגעה לגודל הקריטי ליצירת גרעין יציב, מתחיל שלב צמיחת הגביש.
בשלב גדילת הגביש, הגרעינים שנוצרו הופכים גדולים יותר ככל שמולקולות נוספות קשורות לצביר. תהליך הגידול תלוי בדרגת הרוויה ובפרמטרים נוספים כגון ערבוב אחיד, טמפרטורה וכו '.
תאוריית ההתגבשות הקלאסית מבוססת על התפיסה התרמודינמית שמערכת מבודדת היא יציבה לחלוטין כאשר האנטרופיה שלה אינה משתנה.
עובדות על לקטוז
לקטוז (סוכר חלב) הוא דו-סוכר הבנוי מגלוקוז וגלקטוז המחוברים על ידי קשר גליקוזידי β(1→4).
בגלל נוכחותו של פחמן כיראלי, לקטוז יכול להתרחש בצורה של 2 סוגי האיזומרים הבאים: α או β-לקטוז. לקטוז נמצא לרוב כגביש מונוהידרט α-לקטוז רווי לחות. הפולימורף השני, β-לקטוז נטול מים, נפוץ פחות והוא מתגבש מעל 93.5 מעלות צלזיוס. לאנומרים α ו-β יש תכונות שונות מאוד. ניתן להבחין בין הפולימורפים על ידי סיבוב ספציפי (+89°C ו- +35°C עבור α- ו- β-לקטוז, בהתאמה) ומסיסות (70 ו- 500g/L (ב- 20°C) עבור α- ו- β-לקטוז, בהתאמה). [McSweeney et al. 2009]
זוהי הפחמימה העיקרית של חלב והוא נמצא בריכוזים של 2-8 wt%. לקטוז הוא חסר טעם ובעל מתיקות נמוכה. לקטוז פועל כמפחית סוכר ומקדם את תגובות Maillard ו- Stecker. בכך, לקטוז משמש לשיפור הצבע והטעם של מוצרי מזון כגון מוצרי מאפה, מאפים וקונדיטוריה.
לקטוז הוא תוסף מזון נפוץ המתפקד כנשא, מילוי, מייצב ומדלל טבליות במוצרי מזון ותרופות.
α-לקטוז הוא הצורה הטהורה ביותר, המשמשת למוצרים פרמצבטיים.
לקטוז הוא מרכיב חשוב בכל הנוגע לתגובות טעם, ארומה והשחמה.
נוסחה: C12H22O11
מזהה IUPAC: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-גלוקוז
משקל מולרי: 342.3 גרם/מול
נקודת התכה: 202.8°C
צפיפות : 1.53 גר/ס"מ3
סיווג: FODMAP
מסיס ב: מים, אתנול
ספרות / מקורות
- 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 מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.