Լակտոզայի ուլտրաձայնային բյուրեղացում
Կաթնամթերքի արտադրության բազմաթիվ գործընթացներում որպես կողմնակի արտադրանք առաջանում են մեծ ծավալներով շիճուկ, որը նաև կոչվում է կաթի պերմեատ։ Այս արտահոսքը հարուստ է լակտոզայով, սակայն դրա հեռացումը և՛ ծախսատար է, և՛ շրջակա միջավայրի համար ծանրաբեռնող։ Լակտոզայի կորզման համար ուլտրաձայն կիրառելով՝ հնարավոր է զգալիորեն նվազեցնել թափոնների ծավալը՝ խնդրահարույց արտահոսքը վերածելով արժեքավոր ռեսուրսի։ Ուլտրաձայնային մշակումը նպաստում է արագ և արդյունավետ բյուրեղացմանը՝ ապահովելով առևտրային օգտագործման համար պիտանի, համաչափ լակտոզայի բյուրեղների մեծ քանակություն։
Լակտոզայի արտադրություն
Լակտոզան արտադրվում է լակտոզայի խտացված լուծույթից (որը ստացվում է շիճուկից)։ Բյուրեղների նստեցման համար լակտոզայի խտացված կախույթը պետք է սառեցնել մինչև ցածր ջերմաստիճան։ Նստեցման փուլից հետո լակտոզայի բյուրեղներն առանձնացվում են ցենտրիֆուգմամբ։ Այնուհետև բյուրեղները չորացվում են՝ ստանալով փոշի։
Լակտոզայի բյուրեղացման փուլերը՝
- Խտացում
- Բյուրեղացման կենտրոնների առաջացում
- Բյուրեղների աճ
- Հավաքում/ լվացում
Լակտոզայի բարելավված բյուրեղացում՝ ուլտրաձայնային մշակմամբ
Ուլտրաձայնը հայտնի է բյուրեղացման և նստեցման գործընթացների վրա իր դրական ազդեցությամբ (սոնոբյուրեղացում)։ Ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է նաև լակտոզայի բյուրեղների առաջացումն ու աճը։
Լակտոզայի սոնոբյուրեղացումն օգնում է նվազագույն ժամանակում ստանալ լակտոզայի բյուրեղների առավելագույն ելք։
Ուլտրաձայնային ապակե ռեակտոր՝ հոսքային ուլտրաձայնային մշակման համար
Բյուրեղների լավ աճը կարևոր է լակտոզայի արդյունավետ հավաքումն ու լվացումն ապահովելու համար (կորզում և մաքրում)։ Ուլտրաձայնային մշակումն առաջացնում է լակտոզայի գերհագեցում և սկզբնավորում լակտոզայի բյուրեղների առաջնային բյուրեղացման կենտրոնների առաջացումը։ Բացի այդ, շարունակական ուլտրաձայնային մշակումը նպաստում է երկրորդային բյուրեղացման կենտրոնների առաջացմանը, որն ապահովում է բյուրեղների չափերի փոքր բաշխում (CSD)։
Լակտոզայի ուլտրաձայնային բյուրեղացում. տարբեր պայմաններում բյուրեղացված լակտոզա. ներմուծվող ուլտրաձայնային էներգիան, ավելացված կարագինանը կամ շիճուկը (WPC) ազդում են լակտոզայի բյուրեղների չափի վրա
հետազոտությունը և պատկերը՝ ©Sanchez-García et al., 2018.
Ուլտրաձայնի առավելությունները՝
- առավելագույն ելք
- գործընթացի շատ կարճ տևողություն
- բյուրեղների համաչափ չափ
- բյուրեղների կառավարելի չափ
- բյուրեղների միատեսակ ձև
Իրագործելիության գնահատումից մինչև հոսքային արտադրություն. լակտոզայի սոնոբյուրեղացում
Կարդացեք ավելին լակտոզայի ուլտրաձայնային բյուրեղացման մասշտաբի մեծացման՝ սեղանադիր սարքավորումներից արդյունաբերական արտադրության անցման մասին։
Թափոնային արտահոսքից մինչև լակտոզա
Կաթնամթերքի արտադրության մեծ ծավալների պատճառով շիճուկը հաճախ կողմնակի արտադրանք է, որը դիտարկվում է որպես թափոնային արտահոսք։ Հեղուկ շիճուկի հեռացումը ծախսատար է՝ թթվածնի դրա բարձր կենսաբանական պահանջարկի (BOD) և ջրի բարձր պարունակության պատճառով։ Երբ շիճուկից կորզվում է լակտոզան, թափոնային արտադրանքն օգտագործվում է հետագա մշակման փուլում՝ լակտոզայի փոշի արտադրելու համար։ Լակտոզայի կորզումը շիճուկի BOD ցուցանիշը նվազեցնում է ավելի քան 80%-ով՝ կողմնակի արտադրանքը դարձնելով օգտակար և շրջակա միջավայրի համար ավելի բարենպաստ։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ բյուրեղացման գործընթացը բարելավում է բյուրեղների աճը, ելքն ու որակը։
Լակտոզան լայնորեն օգտագործվում է որպես բաղադրիչ սննդի և դեղագործական արդյունաբերության մեջ, որպես հումք՝ լակտիտոլի արտադրության համար, կամ որպես ելանյութ՝ կենսաքայքայվող պոլիեսթերների մանրէաբանական արտադրության համար։
UIP2000hdT՝ 2000 watts հզորությամբ ուլտրաձայնային սարք արդյունաբերական հոսքային բյուրեղացման համար նախատեսված հոսքային բջջով
Ուլտրաձայնային սարքավորումներ
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն առաջարկում է ուլտրաձայնային սարքավորումներ սոնոբյուրեղացման գործընթացների համար՝ թե՛ խմբաքանակային ուլտրաձայնային մշակման, թե՛ ուլտրաձայնային ռեակտորում հոսքային մշակման համար։ Hielscher ապրանքանիշի բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը նախատեսված են անընդհատ աշխատանքի համար (24hrs/ 7d/ 365d)՝ ապահովելով սարքավորումների առավելագույն օգտագործումը։ Յուրաքանչյուր միավորի համար 0,5kW-ից մինչև 16kW հզորությամբ արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը հարմար են գերհագեցած կախույթների մեծ ծավալների առևտրային մշակման համար։
Սննդային որակի պահանջներին համապատասխան լակտոզայի մշակում
Hielscher ապրանքանիշի ուլտրաձայնային սարքերը խիստ արդյունավետ են գերհագեցած լուծույթներից լակտոզայի բյուրեղացումը խթանելու և կառավարելու համար։ Կիրառելով ինտենսիվ ուլտրաձայնային կավիտացիա՝ այս համակարգերը մեծացնում են բյուրեղացման կենտրոնների առաջացման արագությունը, կրճատում ինդուկցիոն ժամանակահատվածները և հնարավորություն տալիս ձևավորել համաչափ, հստակ ձևավորված բյուրեղներ։ Սա հանգեցնում է բյուրեղացման ավելի արագ կինետիկայի և բյուրեղների չափի ու մորֆոլոգիայի ավելի լավ վերահսկման։ Իդեալական լինելով թե՛ խմբաքանակային, թե՛ շարունակական հոսքային գործընթացների համար՝ Hielscher ապրանքանիշի ուլտրաձայնային սարքերն առաջարկում են մասշտաբի մեծացման ենթակա լուծումներ՝ հետազոտություններից ու մշակումներից մինչև արդյունաբերական արտադրություն։ Դրանց հուսալի գերմանական ինժեներական կառուցվածքը և դեղագործական որակի չափորոշիչների հետ համատեղելիությունը դրանք հատկապես հարմար են դարձնում լակտոզայի մաքրման, բաղադրակազմերի պատրաստման և մշակման պահանջկոտ կիրառությունների համար։
Hielscher ապրանքանիշի ուլտրաձայնային սարքերը հարմար են cGMP չափորոշիչներին համապատասխանող սննդային և դեղագործական որակի արտադրության համար։ Hielscher ապրանքանիշի ուլտրաձայնային սարքերը հասանելի են սանիտարական պահանջներին համապատասխան կցամասերով՝ ապահովելով հիգիենիկ մշակման չափորոշիչներին լիարժեք համապատասխանություն։ Ուլտրաձայնային սոնոտրոդները (որոնք նաև կոչվում են զոնդեր կամ եղջյուրներ) և հոսքային ռեակտորները նախագծված են սահուն ուրվագծերով, հեշտ մաքրվող երկրաչափությամբ՝ նպաստելով արդյունավետ սպասարկմանը և նվազագույնի հասցնելով պարապուրդը։ Հատկանշական է, որ ուլտրաձայնային կավիտացիան ինքնին գործում է որպես տեղում մաքրման (CIP) մեխանիզմ՝ նպաստելով աշխատանքի ընթացքում ներքին մակերևույթների մաքրմանը։ Ասեպտիկ միջավայրերի համար բոլոր սոնոտրոդներն ու ռեակտորները լիովին ենթակա են ավտոկլավացման։ Իրենց զբաղեցրած փոքր տարածքի շնորհիվ Hielscher համակարգերը հեշտությամբ ինտեգրվում կամ հետագայում տեղադրվում են գործող արտադրական գծերում՝ դրանք իդեալական դարձնելով դեղագործական և սննդային որակի բյուրեղացման արտադրամասերի արդիականացման համար։
Լրացուցիչ տեղեկություններ ստանալու համար կապվեք մեզ հետ այսօր։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունն առաջարկում է տարբեր ստանդարտացված, ինչպես նաև անհատականացված լուծումներ՝ կաթնամթերքի և սննդամթերքի ուլտրաձայնային մշակման համար։
UIP6000hdT ուլտրաձայնային սարք՝ ճնշման տակ աշխատելու հնարավորություն ունեցող հոսքային բջջով։ Տաքացման/ սառեցման պատյանը հնարավորություն է տալիս ուլտրաձայնային մշակում կատարել բարձրացված կամ իջեցված ջերմաստիճաններում։
Սոնոբյուրեղացման մասին
Երբ հզոր ուլտրաձայնը կիրառվում է բյուրեղացման գործընթացներ սկզբնավորելու և բարելավելու համար, դա կոչվում է սոնոբյուրեղացում։ Սոնոբյուրեղացումը հիմնված է «ակուստիկ ալիքների կիրառման վրա՝ նյութում ֆիզիկաքիմիական փոփոխություններ առաջացնելու համար։ Հզոր ուլտրաձայնի տարածված կիրառություններից են դրա օգտագործումը՝ քիմիական ռեակցիաներ սկզբնավորելու (սոնոքիմիա) և բյուրեղացումը խթանելու համար (սոնոբյուրեղացում)։ Այս մեթոդներն իրենց առաջարկած առավելության շնորհիվ գրավել են արդյունաբերության մի շարք ճյուղերի ուշադրությունը, այդ թվում՝ դեղագործական, քիմիական և սննդի արդյունաբերության։ Ուլտրաձայնային մեթոդները տնտեսապես կենսունակ են և համեմատաբար հեշտ են ներառվում արդյունաբերական աշխատանքում։ Այս մեթոդները կարող են օգտագործվել արտադրության թե՛ վերարտադրելիությունը, թե՛ ելքը բարելավելու համար. դրանք ոչ ջերմային են և էկոլոգիապես մաքուր»։ [Martini 2013, 4]
Բյուրեղացման կենտրոնների առաջացում և բյուրեղների աճ
Բյուրեղացումը սահմանվում է որպես ձևավորման գործընթաց, որի ընթացքում պինդ բյուրեղները նստում են գերհագեցած լուծույթից, հալույթից կամ գազից։
Բյուրեղացման գործընթացը բաղկացած է երկու հիմնական փուլից՝ բյուրեղացման կենտրոնների առաջացումից և բյուրեղների աճից։
Բյուրեղացման կենտրոնների առաջացման ընթացքում լուծույթում լուծված մոլեկուլները սկսում են կուտակումներ ձևավորել, որոնք պետք է բավականաչափ մեծ լինեն՝ աշխատանքային պայմաններում կայուն մնալու համար։ Այսպիսի կայուն կուտակումը ձևավորում է բյուրեղացման կենտրոն։ Կայուն բյուրեղացման կենտրոն ձևավորելու համար անհրաժեշտ կրիտիկական չափին հասնելուց հետո սկսվում է բյուրեղների աճի փուլը։
Բյուրեղների աճի փուլում ձևավորված կենտրոնները մեծանում են, քանի որ կուտակմանը միանում են ավելի շատ մոլեկուլներ։ Աճի գործընթացը կախված է հագեցման աստիճանից և այլ պարամետրերից, ինչպիսիք են համաչափ խառնումը, ջերմաստիճանը և այլն։
Բյուրեղացման դասական տեսությունը հիմնված է այն թերմոդինամիկական պատկերացման վրա, որ մեկուսացված համակարգը բացարձակապես կայուն է, երբ դրա էնտրոպիան անփոփոխ է։
Փաստեր լակտոզայի մասին
Լակտոզան (կաթնաշաքարը) երկշաքար է՝ կազմված գլյուկոզից և գալակտոզից, որոնք միացած են β(1→4) գլիկոզիդային կապով։
Քիրալ ածխածնի առկայության պատճառով լակտոզան կարող է հանդիպել հետևյալ 2 տեսակի իզոմերների ձևով՝ α- կամ β-լակտոզա։ Լակտոզան առավել հաճախ հանդիպում է հիդրատացված α-լակտոզայի մոնոհիդրատի բյուրեղի ձևով։ Մյուս պոլիմորֆը՝ անջուր β-լակտոզան, ավելի քիչ է տարածված և բյուրեղանում է 93,5°C-ից բարձր ջերմաստիճանում։ α- և β-անոմերներն ունեն խիստ տարբեր հատկություններ։ Պոլիմորֆները կարելի է տարբերակել տեսակարար պտույտով (համապատասխանաբար՝ +89°C և +35°C՝ α- և β-լակտոզայի համար) և լուծելիությամբ (համապատասխանաբար՝ 70 և 500g/L (20°C ջերմաստիճանում)՝ α- և β-լակտոզայի համար)։ [McSweeney et al. 2009]
Այն կաթի հիմնական ածխաջուրն է և հանդիպում է 2–8 wt% կոնցենտրացիաներով։ Լակտոզան անհամ է և ունի թույլ քաղցրություն։ Լակտոզան գործում է որպես վերականգնող շաքար և խթանում է Մայարի և Ստեկերի ռեակցիաները։ Այդպիսով, լակտոզան օգտագործվում է սննդամթերքի, օրինակ՝ հացաբուլկեղենի, խմորեղենի և հրուշակեղենի գույնն ու համը բարելավելու համար։
Լակտոզան լայնորեն օգտագործվող սննդային հավելում է, որը սննդամթերքում և դեղագործական արտադրանքներում ծառայում է որպես կրիչ, լցանյութ, կայունացուցիչ և հաբերի նոսրացնող նյութ։
α-լակտոզան ամենամաքուր ձևն է, որն օգտագործվում է դեղագործական արտադրանքների համար։
Լակտոզան կարևոր բաղադրիչ է համի, բույրի և շագանակացման ռեակցիաների համար։
Բանաձև՝ C12H22O11
IUPAC նույնացուցիչ՝ β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
Մոլային զանգված՝ 342,3 g/mol
Հալման ջերմաստիճան՝ 202,8°C
Խտություն՝ 1,53 g/cm3
Դասակարգում՝ FODMAP
Լուծվում է՝ ջրում, էթանոլում
Գրականություն / աղբյուրներ
- 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 ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։