A laktóz ultrahangos kristályosítása
Számos tejipari folyamatban nagy mennyiségű tejsavó – más néven tejpermeátum – keletkezik melléktermékként. Ez az elfolyó folyadék laktózban gazdag, ártalmatlanítása azonban költséges és környezetterhelő. A laktóz ultrahanggal történő visszanyerésével jelentősen csökkenthető a hulladék mennyisége, így a problémás elfolyó folyadék értékes erőforrássá alakítható. Az ultrahangos kezelés elősegíti a gyors és hatékony kristályosítást, és nagy mennyiségű, egyenletes laktózkristályt eredményez, amelyek kereskedelmi felhasználásra alkalmasak.
Laktózgyártás
A laktózt tömény laktózoldatból állítják elő, amelyet tejsavóból nyernek. A tömény laktózszuszpenziót alacsony hőmérsékletre kell hűteni, hogy a kristályok kiváljanak. A kicsapási lépés után a laktózkristályokat centrifugálással választják el. Ezután a kristályokat porrá szárítják.
A laktózkristályosítás lépései:
- Töményítés
- Kristálymagképződés
- Kristálynövekedés
- Begyűjtés/ mosás
Hatékonyabb laktózkristályosítás ultrahangos kezeléssel
Az ultrahang közismerten kedvezően hat a kristályosítási és kicsapási folyamatokra (szonokristályosítás). Az ultrahangos kezelés a laktózkristályok képződését és növekedését is javítja.
A laktóz szonokristályosítása segít abban, hogy a lehető legrövidebb idő alatt maximális laktózkristály-hozamot érjünk el.
Ultrahangos üvegreaktor a folyamatba épített ultrahangos kezeléshez
A megfelelő kristálynövekedés alapvető fontosságú a laktóz hatékony begyűjtésének és mosásának biztosításához (kinyerés és tisztítás). Az ultrahangos kezelés a laktóz túltelítettségét idézi elő, és elindítja a laktózkristályok elsődleges kristálymagképződését. Ezenkívül a folyamatos ultrahangos kezelés hozzájárul a másodlagos kristálymagképződéshez, ami kis kristályméret-eloszlást (CSD) biztosít.
Ultrahangos laktózkristályosítás: Különböző körülmények között kristályosított laktóz: az ultrahangos energiabevitel, a hozzáadott karragén vagy tejsavó (WPC) befolyásolja a laktózkristályok méretét
tanulmány és kép: ©Sanchez-García et al., 2018.
Az ultrahang előnyei:
- maximális hozam
- nagyon rövid feldolgozási idő
- egyenletes kristályméret
- szabályozható kristályméret
- egyenletes kristályalak
A megvalósíthatóságtól a folyamatba épített gyártásig: A laktóz szonokristályosítása
Tudjon meg többet az ultrahangos laktózkristályosítás méretnöveléséről, az asztali berendezésektől az ipari gyártásig!
Elfolyó hulladékfolyadékból laktóz
A tejipari termelés nagy volumene miatt a tejsavó gyakran olyan melléktermék, amelyet elfolyó hulladékfolyadékként kezelnek. A folyékony tejsavó ártalmatlanítása a magas biológiai oxigénigénye (BOD) és víztartalma miatt költséges. Amikor a laktózt visszanyerik a tejsavóból, a hulladékterméket egy utófeldolgozási lépésben laktózpor előállítására hasznosítják. A laktóz visszanyerése több mint 80%-kal csökkenti a tejsavó BOD-értékét, így a melléktermék hasznossá és környezetbarátabbá válik. Az ultrahanggal támogatott kristályosítási folyamat javítja a kristálynövekedést, a hozamot és a minőséget.
A laktózt széles körben használják az élelmiszeriparban és a gyógyszeriparban összetevőként, a laktitol előállításának nyersanyagaként, illetve biológiailag lebomló poliészterek mikrobiális előállításának alapanyagaként.
UIP2000hdT, egy 2000 watt teljesítményű ultrahangos kezelőkészülék átfolyó cellával az ipari, folyamatba épített kristályosításhoz
Ultrahangos berendezések
A Hielscher Ultrasonics ultrahangos berendezéseket kínál szonokristályosítási folyamatokhoz – akár szakaszos ultrahangos kezeléshez, akár ultrahangos reaktorban végzett, folyamatba épített feldolgozáshoz. Minden Hielscher ultrahangos kezelőkészüléket folyamatos működésre (24hrs/ 7d/ 365d) terveztek, biztosítva a berendezések maximális kihasználását. Az egységenként 0,5kW-tól akár 16kW-ig terjedő teljesítményű ipari ultrahangos készülékek alkalmasak nagy mennyiségű túltelített szuszpenzió kereskedelmi célú feldolgozására.
Élelmiszeripari minőségű laktózfeldolgozás
A Hielscher ultrahangos kezelőkészülékek rendkívül hatékonyak a túltelített oldatokból történő laktózkristályosítás elősegítésében és szabályozásában. Intenzív ultrahangos kavitáció alkalmazásával ezek a rendszerek növelik a kristálymagképződés sebességét, csökkentik az indukciós időt, és lehetővé teszik egyenletes, jól meghatározott alakú kristályok kialakulását. Ez gyorsabb kristályosítási kinetikát, valamint a kristályméret és a morfológia jobb szabályozását eredményezi. A szakaszos és a folyamatos, folyamatba épített eljárásokhoz egyaránt ideális Hielscher ultrahangos kezelőkészülékek a kutatás-fejlesztéstől az ipari gyártásig méretnövelhető megoldásokat kínálnak. Robusztus német mérnöki kialakításuk és a gyógyszeripari minőségi szabványokkal való kompatibilitásuk különösen alkalmassá teszi őket a laktóztisztítás, a készítményformulálás és a feldolgozás nagy követelményeket támasztó alkalmazásaira.
A Hielscher ultrahangos készülékek alkalmasak a cGMP-szabványoknak megfelelő, élelmiszeripari és gyógyszeripari minőségű gyártásra. A Hielscher ultrahangos kezelőkészülékek higiénikus kivitelű szerelvényekkel is kaphatók, biztosítva a higiénikus feldolgozási szabványoknak való teljes megfelelést. Az ultrahangos szonotródák (más néven szondák vagy kürtök) és az átfolyó reaktorok áramlási szempontból kedvező, könnyen tisztítható geometriával készülnek, ami elősegíti a hatékony karbantartást és minimálisra csökkenti az állásidőt. Maga az ultrahangos kavitáció is helyben történő tisztítási (CIP) mechanizmusként működik, támogatva a belső felületek működés közbeni tisztítását. Aszeptikus környezetben minden szonotróda és reaktor teljes egészében autoklávozható. Kis helyigényüknek köszönhetően a Hielscher rendszerek könnyen beépíthetők vagy utólag beilleszthetők a meglévő gyártósorokba – így ideálisak a gyógyszeripari és élelmiszeripari minőségű kristályosító létesítmények korszerűsítéséhez.
További információért lépjen kapcsolatba velünk még ma! A Hielscher Ultrasonics különféle szabványos és egyedi megoldásokat kínál a tejipari termékek és élelmiszerek ultrahangos feldolgozásához!
UIP6000hdT ultrahangos kezelőkészülék nyomás alá helyezhető átfolyó cellával. A fűtő-/ hűtőköpeny lehetővé teszi az ultrahangos kezelést emelt vagy csökkentett hőmérsékleten.
A szonokristályosításról
Amikor nagy teljesítményű ultrahangot alkalmaznak a kristályosítási folyamatok elindítására és javítására, azt szonokristályosításnak nevezik. A szonokristályosítás alapja „akusztikus hullámok alkalmazása az anyag fizikai-kémiai változásainak előidézésére. A nagy teljesítményű ultrahang néhány gyakori alkalmazása közé tartozik a kémiai reakciók előidézése (szonokémia) és a kristályosítás elősegítése (szonokristályosítás). Az általuk kínált előnyök miatt ezek a technikák több iparág, köztük a gyógyszeripar, a vegyipar és az élelmiszeripar figyelmét is felkeltették. Az ultrahangos technikák gazdaságilag életképesek, és viszonylag könnyen beilleszthetők az ipari működésbe. Ezek a technikák a gyártás reprodukálhatóságának és hozamának javítására egyaránt használhatók; nem termikus jellegűek és környezeti szempontból tiszták”. [Martini 2013, 4]
Kristálymagképződés és kristálynövekedés
A kristályosítás olyan képződési folyamatként határozható meg, amely során túltelített oldatból, olvadékból vagy gázból szilárd kristályok válnak ki.
A kristályosítási folyamat két fő szakaszból áll: a kristálymagképződésből és a kristálynövekedésből.
A kristálymagképződés során az oldatban lévő oldott molekulák csoportosulásokat kezdenek kialakítani, amelyeknek elég nagynak kell lenniük ahhoz, hogy az üzemi körülmények között stabilak maradjanak. Egy ilyen stabil csoportosulás kristálymagot alkot. A stabil kristálymag kialakulásához szükséges kritikus méret elérése után megkezdődik a kristálynövekedés szakasza.
A kristálynövekedés szakaszában a kialakult kristálymagok nagyobbá válnak, ahogy további molekulák kötődnek a csoportosuláshoz. A növekedési folyamat a telítettség mértékétől és más paraméterektől, például az egyenletes keveréstől, a hőmérséklettől stb. függ.
A klasszikus kristályosítási elmélet azon a termodinamikai elképzelésen alapul, hogy egy elszigetelt rendszer abszolút stabil, ha az entrópiája változatlan.
Tények a laktózról
A laktóz (tejcukor) glükózból és galaktózból felépülő diszacharid, amelyben a két összetevőt β(1→4) glikozidos kötés kapcsolja össze.
Egy királis szénatom jelenléte miatt a laktóz a következő 2 izomertípus formájában fordulhat elő: α- vagy β-laktóz. A laktóz leggyakrabban hidratált α-laktóz-monohidrát-kristályként fordul elő. A másik polimorf, a vízmentes β-laktóz kevésbé gyakori, és 93,5°C felett kristályosodik. Az α- és β-anomerek tulajdonságai nagyon eltérőek. A polimorfok a fajlagos forgatóképességük (az α- és β-laktóz esetében rendre +89°C és +35°C) és az oldhatóságuk (az α- és β-laktóz esetében rendre 70 és 500g/L, 20°C-on) alapján különböztethetők meg. [McSweeney et al. 2009]
A tej fő szénhidrátja, amely 2–8 wt% koncentrációban található meg benne. A laktóz íztelen, és csekély édességű. A laktóz redukáló cukorként működik, és elősegíti a Maillard- és Stecker-reakciókat. Ezért a laktózt olyan élelmiszerek színének és ízének javítására használják, mint a pékáruk, sütemények és édesipari termékek.
A laktóz széles körben alkalmazott élelmiszer-adalékanyag, amely hordozóként, töltőanyagként, stabilizátorként és tabletták hígítóanyagaként szolgál az élelmiszerekben és gyógyszeripari termékekben.
Az α-laktóz a legtisztább forma, amelyet gyógyszeripari termékekhez használnak.
A laktóz fontos összetevő az íz, az aroma és a barnulási reakciók szempontjából.
Képlet: C12H22O11
IUPAC-azonosító: β-D-galaktopiranozil-(1→4)-D-glükóz
Moláris tömeg: 342,3 g/mol
Olvadáspont: 202,8°C
Sűrűség: 1,53 g/cm3
Besorolás: FODMAP
Oldható: vízben, etanolban
Szakirodalom / hivatkozások
- 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.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt a laboratóriumi mérettől az ipari méretig.