Ultrahangos laktóz kristályosítás

Számos tejipari folyamatban nagy mennyiségű tejsavó - más néven tejpermeátum - keletkezik melléktermékként. Ez a szennyvíz laktózban gazdag, de ártalmatlanítása költséges és környezetileg megterhelő. A laktóz visszanyerésére ultrahang alkalmazásával jelentősen csökkenthető a hulladék mennyisége, a problémás szennyvíz értékes erőforrássá alakítva. Az ultrahangos kezelés elősegíti a gyors és hatékony kristályosodást, nagy mennyiségű egyenletes laktózkristályt eredményezve, amely kereskedelmi felhasználásra alkalmas.

Laktózgyártás

A laktózt koncentrált laktózoldatból állítják elő (savóból nyerik). A koncentrált laktóziszapot alacsony hőmérsékletre kell hűteni, hogy kristályok csapódjanak ki. A kicsapatási lépés után a laktózkristályokat centrifugálással elválasztjuk. Ezután a kristályokat porrá szárítjuk.
A laktóz kristályosításának lépései:

koncentráció
gócképződés
Kristálynövekedés
Betakarítás / mosás

Jobb laktóz kristályosodás szonikálással

Az ultrahang jól ismert a kristályosodási és csapadékfolyamatokra gyakorolt pozitív hatásáról (sono-kristályosítás). A szonikálás javítja a laktóz kristályok képződését és növekedését is.
A laktóz sono-kristályosítása segít a laktózkristályok maximális hozamának minimális idő alatt történő elérésében.

Ultrahangos áramlási cella diszpergáláshoz, feloldáshoz és kicsapáshoz/kristályosításhoz

Ultrahangos üvegreaktor inline ultrahangos kezeléshez

A jó kristálynövekedés elengedhetetlen a laktóz hatékony betakarításához és mosásához (extrakció) & tisztítás). A szonikálás a laktóz túltelítettségét okozza, és elindítja a laktózkristályok elsődleges nukleációját. Továbbá, a folyamatos szonikálás hozzájárul a másodlagos nukleációhoz, amely biztosítja ar kis kristályméretű eloszlást (CSD).

Ultrahanggal kristályosított laktóz: Az ultrahangos laktóz kristályosodás befolyásolható karragén vagy tejsavó (WPC) hozzáadásával.

Ultrahangos laktóz kristályosítás: Különböző körülmények között kristályosodott laktóz: ultrahangos energiabevitel, hozzáadott karragén, vagy tejsavó (WPC) befolyásolja a laktózkristály méretét
tanulmány és kép: ©Sanchez-García et al., 2018.

Az ultrahang előnyei:

maximális hozam
nagyon rövid folyamatidő
egységes kristályméret
szabályozható kristályméret
egységes kristályforma

A megvalósíthatóságtól az inline gyártásig: a laktóz szonokristályosítása
Tudjon meg többet az ultrahangos laktózkristályosodás skálázásáról az asztali gyártástól az ipari gyártásig!

A szennyvízhulladéktól a laktózig

A nagy tejtermelés miatt a tejsavó gyakran melléktermék, amelyet szennyvízhulladékként kezelnek. A folyékony savó ártalmatlanítása költséges a magas biológiai oxigénigény (BOI) és víztartalom miatt. Amikor a laktózt visszanyerik a savóból, a hulladékterméket utófeldolgozási lépésben laktózpor előállítására használják. A laktóz visszanyerése több mint 80% -kal csökkenti a tejsavó BO-ját, így a melléktermék hasznos és környezetbarátabb. Az ultrahanggal segített kristályosítási folyamat javítja a kristálynövekedést, hozamot és minőséget.
A laktózt széles körben használják összetevőként az élelmiszer- és gyógyszeriparban, nyersanyagként a laktitol előállításához vagy alapanyagként a biológiailag lebomló poliészterek mikrobiális előállításához.

Az UIP2000hdt egy 2000 wattos nagy teljesítményű ultrahangos készülék áramlási cellával a laktóz ipari kristályosításához nagy áteresztőképességgel.

UIP2000hdT, egy 2000 wattos erős szonikátor áramlási cellával az ipari inline kristályosításhoz

Ultrahangos berendezések

A Hielscher Ultrasonics ultrahangos berendezéseket kínál a szonokristályosítási folyamatokhoz – Akár kötegelt ultrahangos kezeléshez, akár ultrahangos reaktorban történő inline feldolgozáshoz. Az összes Hielscher ultrahangos készüléket úgy tervezték, hogy folyamatosan működjön (24 óra / 7 nap / 365 d), biztosítva a berendezés maximális kihasználtságát. Az egységenként 0,5 kW-tól 16 kW-ig terjedő ipari ultrahangos készülékek alkalmasak nagy mennyiségű túltelített szuszpenzió kereskedelmi feldolgozására.

Élelmiszer-minőségű laktózfeldolgozás

A Hielscher ultrahangos készülékek rendkívül hatékonyak a túltelített oldatokból származó laktózkristályosodás elősegítésére és szabályozására. Intenzív ultrahangos kavitáció alkalmazásával ezek a rendszerek növelik a nukleációs sebességet, csökkentik az indukciós időt és lehetővé teszik az egyenletes, jól meghatározott kristályok képződését. Ez gyorsabb kristályosodási kinetikát és a kristályméret és morfológia jobb szabályozását eredményezi. A kötegelt és folyamatos inline folyamatokhoz egyaránt ideális Hielscher ultrahangos készülékek skálázható megoldásokat kínálnak az R-től&D az ipari termeléshez. Robusztus német mérnöki munkájuk és a gyógyszerészeti szabványoknak való kompatibilitásuk különösen alkalmassá teszi őket a laktóz tisztítása, formulázása és feldolgozása terén igényes alkalmazásokhoz.
A Hielscher ultrahangos készülékek alkalmasak élelmiszer- és gyógyszeripari minőségű gyártásra, amely megfelel a cGMP szabványoknak. A Hielscher ultrahangos készülékek egészségügyi minőségű szerelvényekkel kaphatók, biztosítva a higiéniai feldolgozási szabványok teljes betartását. Az ultrahangos szonotródák (más néven szondák vagy kürtek) és az átfolyó reaktorok áramvonalas, könnyen tisztítható geometriával vannak kialakítva, megkönnyítve a hatékony karbantartást és minimalizálva az állásidőt. Nevezetesen, maga az ultrahangos kavitáció maga is tisztító (CIP) mechanizmusként működik, támogatva a belső felület tisztítását működés közben. Aszeptikus környezetben minden szonotróda és reaktor teljesen autoklávozható. Kompakt helyigényüknek köszönhetően a Hielscher rendszerek könnyen integrálhatók vagy utólag beépíthetők a meglévő gyártósorokba, így ideálisak a gyógyszeripari és élelmiszeripari kristályosító létesítmények korszerűsítéséhez.
További információért lépjen kapcsolatba velünk még ma! A Hielscher Ultrasonics különféle szabványosított és testreszabott megoldásokat kínál az ultrahangos tej- és élelmiszer-feldolgozáshoz!

Ipari szonda típusú ultrahangos készülék UIP6000hdT (6kW ultrahangteljesítmény, 20kHz ultrahangos frekvencia) áramlási cellás reaktorral a túltelített oldatok folyamatos ultrahangos feldolgozásához kristályosodáshoz és kicsapáshoz nagy áteresztőképességgel.

Ultrahangos UIP6000hdT nyomás alatt álló áramlási cellával. A fűtő- / hűtőköpeny lehetővé teszi az ultrahangos kezelést magas vagy alacsonyabb hőmérsékleten.

Kapcsolódó témakörök

A sonokristályosításról

Amikor a kristályosodási folyamatok indukálására és javítására ultrahangos ultrahangot alkalmaznak, az úgynevezett sonocrystallizáció. A sonokristályosítás a következők alkalmazásán alapul: “akusztikus hullámok, amelyek fizikai-kémiai változásokat indukálnak az anyagban. A teljesítmény ultrahang néhány gyakori alkalmazása magában foglalja a kémiai reakciók (sonochemistry) indukálását és a kristályosodás elősegítését (sonocrystallization). Ezek a technikák számos iparág, köztük a gyógyszeripar, a vegyipar és az élelmiszeripar figyelmét felkeltették, tekintettel az általuk kínált előnyökre. Az ultrahang technikák gazdaságilag életképesek és viszonylag könnyen beépíthetők az ipari működésbe. Ezek a technikák felhasználhatók mind a reprodukálhatóság, mind a terméshozam javítására; nem termikus és környezetbarát”. [Martini 2013, 4]

Nukleáció és kristálynövekedés

A kristályosodást a képződési folyamatként határozzuk meg, ahol a szilárd kristályok túltelített oldatból, olvadékból vagy gázból csapódnak ki.
A kristályosodási folyamat két fő szakaszból áll: a nukleációból és a kristálynövekedésből.
A nukleáció során az oldatban oldott molekulák klasztereket képeznek, amelyeknek elég nagynak kell lenniük ahhoz, hogy az üzemi körülmények között stabilak legyenek. Egy ilyen stabil klaszter magot képez. Miután elérte a kritikus méretet, hogy stabil magot képezzen, megkezdődik a kristálynövekedés szakasza.
A kristálynövekedés fázisában a képződött magok nagyobbak lesznek, ahogy több molekula kötődik a klaszterhez. A növekedési folyamat függ a telítettségi fokozattól és más paraméterektől, például az egyenletes keveréstől, a hőmérséklettől stb.
A klasszikus kristályosodási elmélet azon a termodinamikai koncepción alapul, hogy egy izolált rendszer akkor teljesen stabil, ha entrópiája változatlan.

Tények a laktózról

A laktóz (tejcukor) glükózból és galaktózból felépített diszacharid, amelyet β(1→4) glikozid kötés köt össze.
A királis szén jelenléte miatt a laktóz a következő 2 izomer típus 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. A α- és β-anomerek nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. A polimorfok megkülönböztethetők a fajlagos forgatóképesség (+89 °C és +35 °C a α és β-laktóz esetében) és az oldhatóság (70 és 500 g/l (20 ° C-on) a α és β-laktóz esetében). [McSweeney et al. 2009]
Ez a tej fő szénhidrátja, és 2-8 tömeg% koncentrációban található. A laktóz íztelen és alacsony édességű. A laktóz redukáló cukorként működik, és elősegíti a Maillard- és Stecker-reakciókat. Ezáltal a laktózt az élelmiszerek, például pékáruk, sütemények és édességek színének és ízének fokozására használják.
A laktóz széles körben használt élelmiszer-adalékanyag, amely hordozóként, töltőanyagként, stabilizátorként és tablettahígítóként működik az élelmiszer- és gyógyszeripari termékekben.
A α-laktóz a legtisztább forma, amelyet gyógyszerészeti termékekhez használnak.
A laktóz fontos összetevő az íz-, aroma- és 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
Osztályozás: FODMAP
Oldódik: vízben, etanolban

Irodalom / 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.

Nagy teljesítményű ultrahangos! A Hielscher termékcsalád lefedi a teljes spektrumot a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékeken keresztül a teljes ipari ultrahangos rendszerekig.

Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.