Լակտոզայի ներդիրային բյուրեղացում – լաբորատորիայից մինչև արդյունաբերություն
Ուլտրաձայնային օգնությամբ բյուրեղացումը արդյունավետ տեխնիկա է շարունակական հոսքի պայմաններում պինդ ձևավորումն ուժեղացնելու համար: Ստորև ձեզ ենք ներկայացնում մի ուսումնասիրություն, որը կենտրոնանում է կաթնաշաքարի/ջրի/իզոպրոպանոլի եռակի համակարգից կաթնաշաքարի ներդիրային բյուրեղացման վրա՝ օգտագործելով Hielscher UP200St-TD-FlowCell ձայնային խցիկը: Ուլտրաձայնի կիրառումը հանգեցրել է համակարգի կայունության, բյուրեղային մորֆոլոգիայի և աշխատանքի շարունակականության զգալի բարելավումների: Այստեղ դուք կարող եք գտնել օպտիմիզացված փորձարարական արձանագրությունը, հիմնական կատարողականի արդյունքները և արդյունաբերական մասշտաբի բարձրացման երթուղին:
Գործընթացի ինտենսիվացում. լակտոզայի բյուրեղացում՝ օգտագործելով Sonication
Բյուրեղացումը կարևոր է դեղագործության և սննդի արդյունաբերության մեջ մաքրման և մասնիկների ճարտարագիտության համար: Այնուամենայնիվ, ավանդական խմբաքանակային գործընթացները տառապում են վերարտադրելիության և աղտոտման սահմանափակումներից, հատկապես մեծացման ժամանակ: Շարունակական բյուրեղացումը ուլտրաձայնային պայմաններում առաջարկում է համոզիչ այլընտրանք՝ մեծացնելով միջուկավորման արագությունը, բարելավելով չափերի բաշխումը և մեղմելով աղտոտման հետ կապված մարտահրավերները:
Իրենց ուսումնասիրության մեջ Zettl-ը և գործընկերները (2020) օգտագործում են մոդելային հիդրոֆիլ համակարգ՝ կաթնաշաքար մոնոհիդրատ ջրի/իզոպրոպանոլի խառնուրդում, որպեսզի ուսումնասիրեն Hielscher UP200St-TD-FlowCell-ի գործառնական առավելությունները շարունակական բյուրեղացման կոնֆիգուրացիայի մեջ:
UP200St_TD
Նյութեր և մեթոդներ – Լակտոզայի ուլտրաձայնային բյուրեղացում նստարանի վրա
Նյութեր
- Լուծված նյութ՝ α-լակտոզա մոնոհիդրատ
- Լուծիչ համակարգ. դեիոնացված ջուր և իզոպրոպանոլ եռական փուլային հարաբերակցությամբ օպտիմիզացված լակտոզայի գերհագեցման համար
- Sonicator. UP200St-TD հագեցած է հոսքի միջոցով ձայնային բջիջով (TD-FlowCell)
Սարքավորումների կոնֆիգուրացիա
UP200St-TD-FlowCell-ը կազմաձևվել է փակ օղակի շարունակական բյուրեղացման սխեմայի մեջ: Պերիստալտիկ պոմպը շրջանառում է գերհագեցած կաթնաշաքարի լուծույթը ձայնագրման պալատի միջով, որտեղ ուլտրաձայնը էներգիա է հաղորդում համակարգին: Ներկառուցված ջերմաստիճանի վերահսկումն ապահովում էր ջերմային կայունությունը երկարատև շահագործման ընթացքում:
Ուլտրաձայնային կաթնաշաքարի բյուրեղացում շարունակական ռեժիմում
(Ուսումնասիրություն և պատկեր. © Zettl et al., 2020)
Լակտոզայի լուծելիություն
Լակտոզայի հագեցվածության կոնցենտրացիան, որը գլյուկոզայից և գալակտոզայից կազմված դիսաքարիդ է, ջրի մեջ սենյակային ջերմաստիճանում (սովորաբար սահմանվում է որպես 20–25 °C) մոտ. 18.9 wt% 25°C-ում:
Լակտոզայի լուծելիությունը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ, բայց ոչ գծային: 50°C-ում այն բարձրանում է մոտ. 31 wt%, իսկ 70°C ջերմաստիճանի դեպքում այն կազմում է մոտ. 45 wt%:
Լակտոզայի շարունակական բյուրեղացման արձանագրություն
Նպատակը. Նվազագույնի հասցրեք համակարգի աղտոտումը և առավելագույնի հասցրեք գործարկման ժամանակը շարունակական արտահոսքի պայմաններում:
Քայլ առ քայլ արձանագրություն.
- Կերի լուծույթի պատրաստում
- Ա-լակտոզայի մոնոհիդրատը լուծվում է դեիոնացված ջրի մեջ 50°C-ում՝ հագեցած լուծույթ ստանալու համար:
- Լակտոզայի ջրային կախույթի համար 1000 գ ջրին ավելացրեք 233 գ լակտոզա
- Խառնուրդը խառնել մինչև նյութը լիովին լուծարվի։
- Այնուհետև թողեք, որ լուծույթը սառչի մինչև 25°C, որպեսզի ստացվի հագեցած լուծույթ:
- Համակարգի կարգավորում
- Հոսքի շղթան սնուցման լուծույթով քսել:
- Սահմանեք հոսքի արագությունը 60 մլ/րոպե (օպտիմալ է ուլտրաձայնային խցիկում ~ 30 վայրկյան մնալու համար):
- Կերակրման կախոցը և հակալուծիչը սնվում են երկու սնուցող նավահանգիստների միջոցով ուլտրաձայնային հոսքի խցիկի գործընթացի խցիկ:
- Սահմանեք հոսքի արագությունը 27 գ/րոպե 15 wt% կաթնաշաքարի կախույթի: Առաջացնել տեղումներ՝ ավելացնելով 27 գ/րոպե նախապես սառեցված իզոպրոպանոլ (12°C), որի արդյունքում ընդհանուր զանգվածային հոսքի արագությունը կազմում է 54 գ/րոպե: (54 գ/րոպե զանգվածային հոսքի արագությունը համապատասխանում է 60 մլ/րոպե ծավալային հոսքի արագությանը)
- Նախաձեռնեք sonication 100% ամպլիտուդով: Պահպանեք աշխատանքային ջերմաստիճանը 25-30°C-ի սահմաններում:
- Բյուրեղացման փուլ
- Պահպանեք շարունակական հնչյունավորումը առանց ընդհատումների: Hielscher sonicators-ը կառուցված է 24/7 աշխատանքի համար:
- Յուրաքանչյուր 60 րոպեն մեկ հավաքեք բյուրեղացված կաթնաշաքար ֆիլտրի ներքևի մոդուլից:
- Հետգործընթացի բնութագրում
- Վերլուծել բյուրեղների մորֆոլոգիան SEM-ի միջոցով:
- Քանակականացրեք բյուրեղների չափերի բաշխումը լազերային դիֆրակցիայի միջոցով (D50 թիրախ՝ 80–100 մկմ):
- Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).
Լակտոզայի կախույթների բաղադրությունը կերակուրում կասեցված պինդ զանգվածի մասնաբաժնով (ws, f), արտադրանքի մեջ կասեցված պինդ զանգվածի բաժնով (ws, p), արտադրանքի մեջ լուծված պինդ զանգվածի բաժին (wd, p), արտադրանքի ջրի զանգվածի բաժին (w H2O, p), իզոպրոպանոլային զանգվածային մասի զանգվածային մասնաբաժինը արտադրանքի մեջ, EtOH, p) օգտագործված հետազոտության մեջ Zettl et al., 2020 թ.
Ուլտրաձայնային լակտոզայի բյուրեղացման արդյունքներն ու առավելությունները
- Ագլոմերացիայի մեղմացում.
Inline ultrasonication-ը արդյունավետ կերպով ճնշեց բյուրեղների ագլոմերացիան՝ տալով լավ տարանջատված, պրիզմատիկ կաթնաշաքար բյուրեղներ: - Փրփուրի նվազեցում.
Հատկանշական է, որ ուլտրաձայնը նվազեցրեց մակերևույթի փրփուրի ձևավորումը, որը սովորական խնդիր է հակալուծիչ բյուրեղացումներում, որոնք ներառում են սպիրտներ, դրանով իսկ բարելավելով ծավալային թողունակությունը: - Խցանման կանխարգելում.
Ընդլայնված շահագործման ընթացքում ոչ մի աղտոտում կամ խցանում չի նկատվել՝ հաստատելով ակուստիկ կավիտացիայի դերը մաքուր մակերեսները պահպանելու և հոսքի խցում պինդ նստվածքները կանխելու գործում: - Շարունակական Runtime:
Գործընթացը կարող է պահպանվել շարունակական գործողության մեջ՝ բյուրեղային որակով մնալով համապատասխան ժամանակային կետերում:
Ուլտրաձայնային կաթնաշաքարի բյուրեղացում. կաթնաշաքարը բյուրեղացվում է տարբեր պայմաններում.
ուսումնասիրություն և նկար՝ © Sanchez-García et al., 2018:
Ուլտրաձայնային սարք UIP6000hdT ճնշվող հոսքի բջիջով: Ջեռուցման/սառեցման բաճկոնը թույլ է տալիս հնչյունավորել բարձր կամ իջեցված ջերմաստիճանում:
Լակտոզայի ուլտրաձայնային բյուրեղացման մասշտաբը
Hielscher inline sonicators, նախագծված Գերմանիայում ամենաբարձր արդյունաբերական ստանդարտներով, առաջարկում են կայուն լուծում գերհագեցած լուծույթներից կաթնաշաքարի և այլ պինդ նյութերի շարունակական բյուրեղացման համար: Նախագծված դեղագործական կիրառությունների համար՝ այս համակարգերը ապահովում են միջուկավորման և բյուրեղների աճի ճշգրիտ վերահսկում, ապահովելով վերարտադրելի մասնիկների չափերի բաշխում և գործընթացի հետևողականություն: Լաբորատորիայից մինչև արտադրական մասշտաբի գծային մասշտաբայնությամբ Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորները հնարավորություն են տալիս գործընթացի անխափան փոխանցում՝ նվազագույնի հասցնելով զարգացման ժամանակն ու ծախսերը: Համապարփակ տեխնիկական խորհրդատվության հետ մեկտեղ՝ այս sonicators-ները տրամադրում են հարմարեցված լուծումներ, որոնք հեշտությամբ ինտեգրվում են cGMP-ին համապատասխան բյուրեղացման աշխատանքային հոսքերին՝ դրանք դարձնելով իդեալական դեղագործության, կենսատեխնոլոգիաների և սննդի արդյունաբերության համար:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 10-ից 50 մլ | 10-ից 300 մլ/րոպե | UP200St_TD |
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| 15-ից 150 լ | 3-ից 15 լ / րոպե | UIP6000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000hdT |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000hdT |
Դիզայն, արտադրություն և խորհրդատվություն – Որակյալ Արտադրված է Գերմանիայում
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց բարձր որակի և դիզայնի չափանիշներով: Հզորությունը և հեշտ շահագործումը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի սահուն ինտեգրումը արդյունաբերական օբյեկտներում: Կոպիտ պայմանները և պահանջկոտ միջավայրերը հեշտությամբ կառավարվում են Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կողմից:
Hielscher Ultrasonics-ը ISO սերտիֆիկացված ընկերություն է և հատուկ շեշտադրում է կատարում բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքերի վրա, որոնք բնութագրվում են ժամանակակից տեխնոլոգիաներով և օգտագործողների համար հարմարավետությամբ: Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են ԵԽ-ին և համապատասխանում են UL, CSA և RoH-ների պահանջներին:
UIP2000hdT, 2000 Վտ հզորությամբ հզոր ձայնային սարք արդյունաբերական ներգծային բյուրեղացման համար հոսքային բջիջով
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
- Gielen, B.; Jordens, J.; Thomassen, L.C.J.; Braeken, L.; Van Gerven, T. (2027): Agglomeration Control during Ultrasonic Crystallization of an Active Pharmaceutical Ingredient. Crystals 2017, 7, 40.
- 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.
Հաճախակի տրվող հարցեր
Ինչ է կաթնաշաքարը:
Լակտոզան դիսաքարիդ է, որը կազմված է գլյուկոզայի և գալակտոզի յուրաքանչյուր մոլեկուլից: Դա կաթի և կաթնամթերքի հիմնական ածխաջրերն է: Քիմիապես այն գոյություն ունի α- և β-անոմերի ձևերով, ընդ որում α-լակտոզա մոնոհիդրատը շրջակա միջավայրի պայմաններում գերակշռող բյուրեղային ձևն է:
Ինչի համար է օգտագործվում կաթնաշաքարը:
Լակտոզան լայնորեն օգտագործվում է որպես ֆունկցիոնալ բաղադրիչ դեղագործության, սննդի և կենսատեխնոլոգիական արդյունաբերության մեջ: Դեղագործության մեջ այն հիմնականում ծառայում է որպես լցանյութ կամ օժանդակ նյութ բանավոր պինդ դեղաչափերի ձևերում: Այն նաև հանդիսանում է ֆերմենտացման գործընթացների սուբստրատ և սննդի ձևավորումներում քաղցրացուցիչ:
Ի՞նչ է լակտոզայի բյուրեղացումը:
Լակտոզայի բյուրեղացումը վերաբերում է լուծված կաթնաշաքարը գերհագեցած լուծույթից պինդ բյուրեղների վերածելու գործընթացին: Սա տեղի է ունենում միջուկացման և բյուրեղների հետագա աճի միջոցով՝ ազդելով ջերմաստիճանի, կոնցենտրացիայի, pH-ի և լուծիչի կազմի վրա: Վերահսկվող բյուրեղացումը կարևոր է որոշակի մասնիկների չափով և պոլիմորֆ մաքրությամբ լակտոզա ստանալու համար:
Որո՞նք են բյուրեղացման 4 քայլերը:
Բյուրեղացման ընթացքում կարելի է դիտարկել բյուրեղների առաջացման 4 փուլ.
- Գերհագեցվածություն: Թերմոդինամիկական շարժիչ ուժի առաջացում լուծելիությունը գերազանցելու միջոցով:
- Միջուկավորում: Լուծույթից սկզբնական պինդ փուլային միջուկների առաջացում:
- Բյուրեղների աճ. Լուծված նյութի մոլեկուլների կուտակումը միջուկների վրա ավելի մեծ բյուրեղներ ձևավորելու համար:
- Ագլոմերացիա կամ հասունացում. Երկրորդական գործընթացներ, որտեղ բյուրեղները համախմբվում կամ լուծվում են և նորից աճում, ինչը ազդում է վերջնական չափերի բաշխման վրա:
Կարդացեք այստեղ, թե ինչպես է sonication-ը ազդում բյուրեղացման գործընթացի վրա:
Ի՞նչ է օժանդակ նյութը:
Օժանդակ նյութը իներտ նյութ է, որը ձևավորված է դեղագործական արտադրանքի ակտիվ դեղագործական բաղադրիչի (API) կողքին: Այն բարձրացնում է արտադրելիությունը, կայունությունը, կենսամատչելիությունը կամ հիվանդի ընդունելիությունը՝ առանց թերապևտիկ ազդեցություն գործադրելու: Ընդհանուր օժանդակ նյութերը ներառում են նոսրացուցիչներ, կապողներ, տարրալուծիչներ և քսանյութեր. կաթնաշաքարը ամենահաճախ օգտագործվող լուծիչներից մեկն է:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.