अल्ट्रासोनिक लैक्टोज क्रिस्टलीकरण
कई डेयरी प्रक्रियाओं में बड़ी मात्रा में मट्ठा – जिसे दूध का परमीएट भी कहा जाता है – उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होता है। यह अपशिष्ट द्रव लैक्टोज से भरपूर होता है, लेकिन इसका निपटान महँगा होने के साथ-साथ पर्यावरण पर भी बोझ डालता है। लैक्टोज की पुनर्प्राप्ति के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके अपशिष्ट की मात्रा को काफी कम किया जा सकता है और समस्याजनक अपशिष्ट द्रव को एक मूल्यवान संसाधन में बदला जा सकता है। अल्ट्रासोनिकेशन तीव्र और कुशल क्रिस्टलीकरण में सहायता करता है, जिससे व्यावसायिक उपयोग के लिए उपयुक्त एकसमान लैक्टोज क्रिस्टल बड़ी मात्रा में प्राप्त होते हैं।
लैक्टोज का निर्माण
लैक्टोज का उत्पादन लैक्टोज के सांद्र विलयन से किया जाता है, जिसे मट्ठे से प्राप्त किया जाता है। क्रिस्टलों के अवक्षेपण के लिए सांद्र लैक्टोज स्लरी को कम तापमान तक ठंडा करना आवश्यक है। अवक्षेपण चरण के बाद लैक्टोज क्रिस्टलों को अपकेंद्रीकरण द्वारा अलग किया जाता है। इसके बाद क्रिस्टलों को सुखाकर पाउडर बनाया जाता है।
लैक्टोज क्रिस्टलीकरण के चरण:
- सांद्रण
- नाभिकन
- क्रिस्टल वृद्धि
- संग्रहण/ धुलाई
सोनिकेशन द्वारा बेहतर लैक्टोज क्रिस्टलीकरण
अल्ट्रासाउंड क्रिस्टलीकरण और अवक्षेपण प्रक्रियाओं (सोनो-क्रिस्टलीकरण) पर अपने सकारात्मक प्रभाव के लिए प्रसिद्ध है। सोनिकेशन लैक्टोज क्रिस्टलों के निर्माण और वृद्धि में भी सुधार करता है।
लैक्टोज का सोनो-क्रिस्टलीकरण न्यूनतम समय में लैक्टोज क्रिस्टलों की अधिकतम उपज प्राप्त करने में सहायता करता है।
इनलाइन सोनिकेशन के लिए अल्ट्रासोनिक काँच रिएक्टर
लैक्टोज का कुशल संग्रहण और धुलाई (निष्कर्षण और शुद्धिकरण) सुनिश्चित करने के लिए अच्छी क्रिस्टल वृद्धि आवश्यक है। सोनिकेशन लैक्टोज की अतिसंतृप्ति उत्पन्न करता है और लैक्टोज क्रिस्टलों के प्राथमिक नाभिकन की शुरुआत करता है। इसके अतिरिक्त, निरंतर सोनिकेशन द्वितीयक नाभिकन में योगदान देता है, जो एक छोटा क्रिस्टल आकार वितरण (CSD) सुनिश्चित करता है।
अल्ट्रासोनिक लैक्टोज क्रिस्टलीकरण: विभिन्न परिस्थितियों में क्रिस्टलीकृत लैक्टोज: अल्ट्रासोनिक ऊर्जा का निवेश, मिलाया गया कैरेजीनन या मट्ठा (WPC) लैक्टोज क्रिस्टल के आकार को प्रभावित करता है
अध्ययन और चित्र: ©Sanchez-García et al., 2018.
अल्ट्रासाउंड के लाभ:
- अधिकतम उपज
- बहुत कम प्रक्रिया समय
- एकसमान क्रिस्टल आकार
- नियंत्रणीय क्रिस्टल आकार
- एकसमान क्रिस्टल आकृति
व्यवहार्यता से इनलाइन उत्पादन तक: लैक्टोज का सोनो-क्रिस्टलीकरण
बेंच-टॉप से औद्योगिक उत्पादन तक अल्ट्रासोनिक लैक्टोज क्रिस्टलीकरण का पैमाना बढ़ाने के बारे में और पढ़ें!
अपशिष्ट द्रव से लैक्टोज तक
बड़े पैमाने पर डेयरी उत्पादन के कारण मट्ठा अक्सर ऐसा उप-उत्पाद होता है जिसे अपशिष्ट द्रव माना जाता है। तरल मट्ठे की उच्च जैविक ऑक्सीजन माँग (BOD) और उसमें पानी की अधिक मात्रा के कारण उसका निपटान महँगा होता है। जब मट्ठे से लैक्टोज पुनर्प्राप्त किया जाता है, तो लैक्टोज पाउडर बनाने के लिए इस अपशिष्ट उत्पाद का उपयोग आगे के प्रसंस्करण चरण में किया जाता है। लैक्टोज की पुनर्प्राप्ति मट्ठे की BOD को 80% से अधिक कम करती है, जिससे यह उप-उत्पाद उपयोगी और अधिक पर्यावरण-अनुकूल बन जाता है। अल्ट्रासाउंड-सहायित क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया क्रिस्टल वृद्धि, उपज और गुणवत्ता में सुधार करती है।
लैक्टोज का व्यापक उपयोग खाद्य और औषधि उद्योग में एक घटक के रूप में, लैक्टिटॉल के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में या जैव-अवक्रमणीय पॉलिएस्टरों के सूक्ष्मजीवी उत्पादन के लिए आधार सामग्री के रूप में किया जाता है।
UIP2000hdT, 2000 वाट की शक्ति वाला एक सोनिकेटर औद्योगिक इनलाइन क्रिस्टलीकरण के लिए प्रवाह सेल के साथ
अल्ट्रासोनिक उपकरण
Hielscher Ultrasonics सोनो-क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाओं के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरण प्रदान करता है – बैच सोनिकेशन या अल्ट्रासोनिक रिएक्टर में इनलाइन प्रसंस्करण, दोनों के लिए। सभी Hielscher सोनिकेटर निरंतर (24hrs/ 7d/ 365d) चलने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिससे उपकरण का अधिकतम उपयोग सुनिश्चित होता है। प्रति इकाई 0.5kW से लेकर 16kW तक के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक उपकरण बड़ी मात्रा में अतिसंतृप्त निलंबनों के व्यावसायिक प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त हैं।
खाद्य-ग्रेड लैक्टोज प्रसंस्करण
Hielscher सोनिकेटर अतिसंतृप्त विलयनों से लैक्टोज के क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देने और नियंत्रित करने में अत्यधिक प्रभावी हैं। तीव्र अल्ट्रासोनिक कैविटेशन लागू करके ये प्रणालियाँ नाभिकन दर बढ़ाती हैं, प्रेरण अवधि घटाती हैं और एकसमान, सुस्पष्ट क्रिस्टलों का निर्माण संभव बनाती हैं। इससे क्रिस्टलीकरण की गतिकी तेज होती है और क्रिस्टलों के आकार तथा आकारिकी पर बेहतर नियंत्रण मिलता है। बैच और निरंतर इनलाइन प्रक्रियाओं, दोनों के लिए आदर्श Hielscher सोनिकेटर अनुसंधान एवं विकास से लेकर औद्योगिक उत्पादन तक पैमाना बढ़ाने योग्य समाधान प्रदान करते हैं। उनकी मजबूत जर्मन इंजीनियरिंग और औषधीय-ग्रेड मानकों के साथ संगतता उन्हें लैक्टोज के शुद्धिकरण, फ़ॉर्म्युलेशन और प्रसंस्करण के चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती है।
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर cGMP मानकों का पालन करने वाले खाद्य- और औषधीय-ग्रेड उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं। Hielscher सोनिकेटर सैनिटरी-ग्रेड फिटिंग के साथ उपलब्ध हैं, जिससे स्वच्छ प्रसंस्करण मानकों का पूर्ण अनुपालन सुनिश्चित होता है। अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड (जिन्हें प्रोब या हॉर्न भी कहा जाता है) और प्रवाह-पार रिएक्टर सुव्यवस्थित, आसानी से साफ की जा सकने वाली ज्यामितियों के साथ डिज़ाइन किए गए हैं, जिससे कुशल रखरखाव आसान होता है और उपकरण का बंद रहने का समय न्यूनतम होता है। विशेष रूप से, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन स्वयं क्लीन-इन-प्लेस (CIP) तंत्र के रूप में कार्य करता है और संचालन के दौरान आंतरिक सतहों की सफाई में सहायता करता है। असेप्टिक परिवेशों के लिए सभी सोनोट्रोड और रिएक्टर पूरी तरह ऑटोक्लेव किए जा सकते हैं। कम स्थान घेरने के कारण Hielscher प्रणालियों को मौजूदा उत्पादन लाइनों में आसानी से एकीकृत किया जा सकता है या बाद में जोड़ा जा सकता है – जिससे वे औषधीय- और खाद्य-ग्रेड क्रिस्टलीकरण सुविधाओं के उन्नयन के लिए आदर्श बनती हैं।
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अल्ट्रासोनिकेटर UIP6000hdT दबावयुक्त किए जा सकने वाले प्रवाह सेल के साथ। एक तापन/शीतलन जैकेट अधिक या कम तापमान पर सोनिकेशन करना संभव बनाता है।
सोनोक्रिस्टलीकरण के बारे में
जब क्रिस्टलीकरण प्रक्रियाओं को प्रेरित करने और बेहतर बनाने के लिए उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है, तो इसे सोनोक्रिस्टलीकरण कहा जाता है। सोनोक्रिस्टलीकरण “सामग्री में भौतिक-रासायनिक परिवर्तन प्रेरित करने के लिए ध्वनिक तरंगों” के उपयोग पर आधारित है। “उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड के कुछ सामान्य अनुप्रयोगों में रासायनिक अभिक्रियाएँ प्रेरित करना (सोनोकेमिस्ट्री) और क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देना (सोनोक्रिस्टलीकरण) शामिल हैं। इन तकनीकों से मिलने वाले लाभों के कारण औषधि, रसायन और खाद्य उद्योगों सहित कई उद्योगों ने इनमें रुचि दिखाई है। अल्ट्रासाउंड तकनीकें आर्थिक रूप से व्यवहार्य हैं और इन्हें औद्योगिक संचालन में शामिल करना अपेक्षाकृत आसान है। इन तकनीकों का उपयोग उत्पादन की पुनरुत्पादकता और उपज, दोनों में सुधार के लिए किया जा सकता है; ये गैर-तापीय हैं और पर्यावरण की दृष्टि से स्वच्छ हैं”। [Martini 2013, 4]
नाभिकन और क्रिस्टल वृद्धि
क्रिस्टलीकरण को उस निर्माण प्रक्रिया के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें अतिसंतृप्त विलयन, पिघले हुए पदार्थ या गैस से ठोस क्रिस्टल अवक्षेपित होते हैं।
क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के दो प्रमुख चरण होते हैं: नाभिकन और क्रिस्टल वृद्धि।
नाभिकन के दौरान विलयन में घुले अणु समूह बनाना शुरू करते हैं, जिनका संचालन की परिस्थितियों में स्थिर रहने के लिए पर्याप्त बड़ा होना आवश्यक है। ऐसा स्थिर समूह एक नाभिक बनाता है। स्थिर नाभिक बनाने के लिए क्रांतिक आकार तक पहुँचने के बाद क्रिस्टल वृद्धि का चरण शुरू होता है।
क्रिस्टल वृद्धि के चरण में, समूह से और अधिक अणुओं के जुड़ने पर बने हुए नाभिक बड़े होते जाते हैं। वृद्धि प्रक्रिया संतृप्ति की मात्रा और एकसमान मिश्रण, तापमान आदि जैसे अन्य मापदंडों पर निर्भर करती है।
क्रिस्टलीकरण का शास्त्रीय सिद्धांत इस ऊष्मागतिक अवधारणा पर आधारित है कि एक पृथक तंत्र तब पूर्णतः स्थिर होता है जब उसकी एंट्रॉपी अपरिवर्तनीय होती है।
लैक्टोज से संबंधित तथ्य
लैक्टोज (दूध की शर्करा) एक डाइसैकराइड है, जो β(1→4) ग्लाइकोसिडिक बंध द्वारा जुड़े ग्लूकोज और गैलेक्टोज से बनता है।
एक काइरल कार्बन की उपस्थिति के कारण लैक्टोज निम्नलिखित 2 समावयवी प्रकारों के रूप में पाया जा सकता है: α- या β-लैक्टोज। लैक्टोज सबसे अधिक जलयोजित α-लैक्टोज मोनोहाइड्रेट क्रिस्टल के रूप में पाया जाता है। दूसरा बहुरूप, निर्जल β-लैक्टोज, कम आम है और यह 93.5°C से ऊपर क्रिस्टलीकृत होता है। α- और β-एनोमरों के गुण बहुत अलग होते हैं। इन बहुरूपों को विशिष्ट घूर्णन (α- और β-लैक्टोज के लिए क्रमशः +89°C और +35°C) और विलेयता (α- और β-लैक्टोज के लिए क्रमशः 70 और 500g/L (20°C पर)) द्वारा अलग पहचाना जा सकता है। [McSweeney et al. 2009]
यह दूध का मुख्य कार्बोहाइड्रेट है और 2–8 wt% की सांद्रता में पाया जाता है। लैक्टोज स्वादहीन होता है और इसमें मिठास कम होती है। लैक्टोज अपचायक शर्करा के रूप में कार्य करता है और Maillard तथा Stecker अभिक्रियाओं को बढ़ावा देता है। इस कारण लैक्टोज का उपयोग बेकरी उत्पादों, पेस्ट्री और मिठाइयों जैसे खाद्य उत्पादों के रंग और स्वाद को बढ़ाने के लिए किया जाता है।
लैक्टोज एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला खाद्य योजक है, जो खाद्य और औषधीय उत्पादों में वाहक, भराव, स्थिरकारी और टैबलेट तनुकारक के रूप में कार्य करता है।
α-लैक्टोज सबसे शुद्ध रूप है, जिसका उपयोग औषधीय उत्पादों के लिए किया जाता है।
स्वाद, सुगंध और भूरापन उत्पन्न करने वाली अभिक्रियाओं के संदर्भ में लैक्टोज एक महत्वपूर्ण घटक है।
सूत्र: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
मोलर द्रव्यमान: 342.3 g/mol
गलनांक: 202.8°C
घनत्व: 1.53 g/cm3
वर्गीकरण: FODMAP
इनमें घुलनशील: पानी, एथेनॉल
साहित्य / संदर्भ
- 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 उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है, जिनके आकार प्रयोगशाला स्तर से लेकर औद्योगिक स्तर तक होते हैं।