Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Cristallizzazione ultrasonica del lattosio

  • In molti processi caseari, il siero di latte (permeato di latte) si presenta in grandi volumi come sottoprodotto. Il siero di latte ha un alto contenuto di lattosio e deve essere smaltito, il che è costoso e ha un impatto ambientale.
  • Recuperando il lattosio con gli ultrasuoni, l'effluente del siero di latte può essere drasticamente ridotto, mentre il lattosio recuperato è un prodotto commerciabile.
  • L'ultrasonicazione favorisce una cristallizzazione rapida ed efficiente che si traduce in un'elevata resa di cristalli di lattosio uniformi.

Fabbricazione del lattosio

Il lattosio è prodotto da una soluzione concentrata di lattosio (ottenuto dal siero di latte). L'impasto concentrato di lattosio deve essere raffreddato a bassa temperatura per precipitare i cristalli. Dopo la fase di precipitazione, i cristalli di lattosio vengono separati per centrifugazione. Successivamente, i cristalli vengono essiccati in polvere.
Fasi di cristallizzazione del lattosio:

  • Concentrazione
  • nucleazione
  • crescita cristallina
  • Raccolta/lavaggio

Cristallizzazione migliorata del lattosio mediante sonicazione

Gli ultrasuoni sono noti per il loro impatto positivo sui processi di cristallizzazione e precipitazione (sono-crystallization). L'sonicazione migliora anche la formazione e la crescita dei cristalli di lattosio.
Sono-crystallization di lattosio aiuta a ottenere la massima resa di cristalli di lattosio in un tempo minimo.
Una buona crescita dei cristalli è sostanziale per garantire un'efficiente raccolta e lavaggio del lattosio (estrazione del lattosio). & purificazione). L'sonicazione provoca una sovrasaturazione del lattosio e avvia la nucleazione primaria dei cristalli di lattosio. Inoltre, la sonicazione continua contribuisce ad una nucleazione secondaria, che assicura la distibuzione di piccoli cristalli (CSD).

Benefici degli ultrasuoni:

  • rendimento massimo
  • tempo di processo molto breve
  • dimensione uniforme del cristallo
  • dimensione del cristallo controllabile
  • forma di cristallo uniforme

Dall'effluente di scarico al lattosio

A causa della grande produzione casearia, il siero di latte è spesso un sottoprodotto che viene trattato come effluente di scarto. Lo smaltimento del siero di latte liquido è molto costoso a causa dell'elevato fabbisogno biologico di ossigeno (BOD) e del suo contenuto d'acqua. Quando il lattosio viene recuperato dal siero di latte, il prodotto di scarto viene utilizzato in una fase di post-lavorazione per produrre il lattosio in polvere. Il recupero del lattosio riduce di oltre l'80% il BOD del siero di latte, rendendo il sottoprodotto utile e più rispettoso dell'ambiente. Un processo di cristallizzazione ultrasonicamente assistita migliora la crescita, la resa e la qualità dei cristalli.
Il lattosio è ampiamente utilizzato come ingrediente nell'industria alimentare e farmaceutica, come materia prima per la produzione di lattolo o come materiale di base per la produzione microbica di poliesteri biodegradabili.

Apparecchiature ad ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics offre apparecchiature ad ultrasuoni per i processi di sonocristallizzazione. – per la sonicazione a lotti o per il trattamento in linea in un reattore ad ultrasuoni. Tutti i nostri dispositivi ad ultrasuoni sono progettati per funzionare in modo continuo (24 ore su 24, 7 giorni su 7, 7 giorni su 7, 365 giorni su 365 giorni), garantendo il massimo utilizzo delle apparecchiature. Gli apparecchi a ultrasuoni industriali da 0,5kW fino a 16kW per unità sono adatti per la lavorazione commerciale di grandi sospensioni di siero di latte.

Lavorazione alimentare

I sistemi ad ultrasuoni Hielscher sono disponibili con raccordi sanitari. I sonotrodi ad ultrasuoni (sonotrodi/anne) e i reattori sono caratterizzati da una geometria semplice per una facile pulizia. La cavitazione a ultrasuoni funziona come pulitore sul posto (CIP). I nostri sonotrodi e reattori sono autoclavabili.
Grazie all'ingombro ridotto, i sistemi ad ultrasuoni Hielscher possono essere facilmente integrati o adattati alla vostra struttura esistente.
Contattaci oggi stesso per avere maggiori informazioni! Hielscher Ultrasonics offre varie soluzioni standardizzate e personalizzate per i processi caseari e alimentari ad ultrasuoni!

Gli ultrasuoni sono una tecnica affidabile per preparare emulsioni alimentari di piccole dimensioni (Clicca per ingrandire!).

Reattore a flusso ultrasonico a UIP1000hdT

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Cristallizzazione del lattosio per ultrasuoni

Molecola di lattosio

Letteratura/riferimenti

  • Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasuoni per una migliore cristallizzazione nell'industria alimentare. Recensioni di ingegneria alimentare 5/1, 2013. 36-44.
  • Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Weeks, M. (2014): Sonocristallizzazione del lattosio in un sistema acquoso. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
  • Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Ingegneria delle particelle di lattosio: influenza degli ultrasuoni e degli anti-solventi sull'abitudine al cristallo e sulla dimensione delle particelle. J Crescita dei cristalli 312(23):3509-20.
  • Martini, Silvana (2013): Sonocristallizzazione dei grassi. Springer Briefs in Cibo, Salute e Nutrizione. 2013.
  • McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Chimica lattiero casearia avanzata. Vol. 3. Lattosio, acqua, sali e vitamine. New York: Springer Science + Business Media. 759p.
  • Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P.P. (2011): Effetto dei parametri di processo sulla dimensione del cristallo e sulla morfologia del lattosio nella cristallizzazione assistita da ultrasuoni. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.
  • Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Cristallizzazione nella raffinazione del lattosio – Una recensione. Journal of Food Science 79/3, 2014. 257-272.

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Informazioni su Sonocristallizzazione

Quando si applicano gli ultrasuoni di potenza per indurre e migliorare i processi di cristallizzazione, si parla di sonocristallizzazione. La sonocristallizzazione si basa sull'applicazione di “onde acustiche per indurre cambiamenti fisico-chimici nel materiale. Alcune applicazioni comuni degli ultrasuoni di potenza includono il suo utilizzo per indurre reazioni chimiche (sono-chimica) e per promuovere la cristallizzazione (sonocristallizzazione). Queste tecniche hanno ricevuto l'attenzione di diverse industrie, tra cui quella farmaceutica, chimica e alimentare per il vantaggio che offrono. Le tecniche ad ultrasuoni sono economicamente valide e relativamente facili da integrare nelle operazioni industriali. Queste tecniche possono essere utilizzate per migliorare sia la riproducibilità che la resa della produzione; sono non termiche e pulite dal punto di vista ambientale.”. [Martini 2013, 4]

Nucleazione e crescita dei cristalli

La cristallizzazione è determinata come processo di formazione, in cui cristalli solidi precipitano da una soluzione sovrasatura, si sciolgono o si fondono o gas.
Il processo di cristallizzazione consiste in due fasi principali: la nucleazione e la crescita dei cristalli.
Durante la nucleazione, le molecole disciolte nella soluzione iniziano a formare dei cluster, che devono essere abbastanza grandi da essere stabili nelle condizioni operative. Un cluster così stabile forma un nucleo. Dopo aver raggiunto la dimensione critica per formare un nucleo stabile, inizia la fase di crescita dei cristalli.
Nella fase di crescita dei cristalli, i nuclei formati diventano più grandi man mano che più molecole sono legate all'ammasso. Il processo di crescita dipende dal grado di saturazione e da altri parametri come la miscelazione uniforme, la temperatura, ecc.
La teoria classica della cristallizzazione si basa sulla concezione termodinamica che un sistema isolato è assolutamente stabile quando la sua entropia è invariabile.

Fatti sul lattosio

Il lattosio (zucchero del latte) è un disaccaride costituito da glucosio e galattosio collegati da un legame glicosidico β(1→4).
A causa della presenza di un carbonio chirale, il lattosio può presentarsi sotto forma dei seguenti 2 tipi di isomeri: α- o β-lattosio. Il lattosio si trova più frequentemente come cristallo monoidrato idratato α-lattosio. L'altro polimorfismo, anidro β-lattosio, è meno comune e cristallizza sopra i 93,5°C. Gli anomeri α- e β-anomeri hanno proprietà molto diverse. I polimorfi si distinguono per la rotazione specifica (+89°C e +35°C rispettivamente per α- e β-lattosio) e la solubilità (70 e 500g/L (a 20°C) rispettivamente per α- e β-lattosio). [McSweeney et al. 2009]
È il principale carboidrato del latte e si trova a concentrazioni del 2-8% in peso. Il lattosio è insapore e ha una bassa dolcezza. Il lattosio agisce come uno zucchero riducente e favorisce le reazioni di Maillard e Stecker. In questo modo, il lattosio viene utilizzato per esaltare il colore e il sapore dei prodotti alimentari come i prodotti da forno, pasticceria e pasticceria.
Il lattosio è un additivo alimentare ampiamente usato che funge da supporto, riempitivo, stabilizzatore e diluente per compresse in prodotti alimentari e farmaceutici.
L'α-lattosio è la forma più pura, utilizzata per i prodotti farmaceutici.
Il lattosio è un ingrediente importante quando si tratta di sapore, aroma e reazioni di doratura.
La formula: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galattopiranosil-(1→4)-D-glucosio
Massa molare: 342,3 g/mol
Punto di fusione: 202.8°C
Densità: 1,53 g/cm3
Classificazione: MAPPA DEL CORPO
Solubile in: acqua, etanolo



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