Hielscher Ultrasonics
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超音波による乳糖の結晶化

多くの乳製品製造工程では、副産物として大量のホエイ – ミルクパーミエートとも呼ばれます – が発生します。この排水は乳糖を豊富に含んでいますが、その処分には高いコストがかかり、環境にも負担を与えます。超音波を用いて乳糖を回収することで、廃棄物の量を大幅に削減し、処理が難しい排水を価値ある資源に変えることができます。超音波処理は迅速かつ効率的な結晶化を促進し、商業用途に適した均一な乳糖結晶を大量に得ることができます。

乳糖の製造

乳糖は、ホエイから得られる乳糖の濃縮溶液から製造されます。結晶を析出させるには、濃縮乳糖スラリーを低温まで冷却する必要があります。析出工程の後、乳糖結晶を遠心分離します。その後、結晶を乾燥させて粉末にします。
乳糖結晶化の工程：

  • 濃縮
  • 核生成
  • 結晶成長
  • 回収／洗浄

超音波処理による乳糖結晶化の改善

超音波が結晶化および析出プロセスに有益な影響を及ぼすことはよく知られています（超音波結晶化）。超音波処理は、乳糖結晶の形成と成長も改善します。
乳糖の超音波結晶化は、最短時間で乳糖結晶の最大収量を得るのに役立ちます。

分散、溶解、析出／結晶化用の超音波フローセル

インライン超音波処理用の超音波ガラス反応器

乳糖の効率的な回収と洗浄（抽出および精製）を確保するには、良好な結晶成長が重要です。超音波処理は乳糖を過飽和状態にし、乳糖結晶の一次核生成を開始させます。さらに、連続的な超音波処理は二次核生成に寄与し、小さな結晶サイズ分布（CSD）を確保します。

超音波で結晶化した乳糖：乳糖の超音波結晶化は、カラギーナンまたはホエイ（WPC）の添加によって影響を受ける可能性があります。

超音波による乳糖の結晶化：異なる条件下で結晶化した乳糖。投入される超音波エネルギー、添加されたカラギーナンまたはホエイ（WPC）が乳糖結晶のサイズに影響します
研究および画像：©Sanchez-García et al., 2018.

超音波の利点：

  • 最大収量
  • 非常に短い処理時間
  • 均一な結晶サイズ
  • 制御可能な結晶サイズ
  • 均一な結晶形状

実現可能性の検証からインライン生産へ：乳糖の超音波結晶化
乳糖の超音波結晶化を卓上規模から工業生産へスケールアップする方法について、詳しくご覧ください！

廃液から乳糖へ

乳糖乳製品の生産量が多いため、副産物であるホエイはしばしば廃液として扱われます。液状ホエイは生物学的酸素要求量（BOD）と水分含有量が高いため、その処分には高いコストがかかります。ホエイから乳糖を回収すると、この廃棄物を後処理工程で利用して乳糖粉末を製造できます。乳糖の回収によってホエイのBODは80%を超えて低減され、この副産物は有用で、より環境に優しいものになります。超音波支援結晶化プロセスは、結晶成長、収量および品質を改善します。
乳糖は、食品・製薬産業の原料として、ラクチトール製造の原料として、また微生物による生分解性ポリエステル製造の基礎原料として広く使用されています。

UIP2000hdtは、乳糖を高い処理能力で工業的に結晶化するためのフローセルを備えた、2000ワットの強力な超音波処理装置です。

UIP2000hdTは、2000ワットの強力な超音波処理装置で、 工業的なインライン結晶化用のフローセルを備えています

超音波装置

Hielscher Ultrasonicsは、超音波結晶化プロセス用の超音波装置を提供しています – バッチ式の超音波処理にも、超音波反応器内でのインライン処理にも対応します。Hielscherのすべての超音波処理装置は、連続運転（24hrs/ 7d/ 365d）できるように設計されており、装置の稼働率を最大限に確保します。装置当たり0.5kWから最大16kWの産業用超音波装置は、大量の過飽和懸濁液を商業規模で処理するのに適しています。

食品グレードの乳糖処理

Hielscherの超音波処理装置は、過飽和溶液からの乳糖結晶化の促進と制御に非常に効果的です。強力な超音波キャビテーションを適用することで、これらのシステムは核生成速度を高め、誘導時間を短縮し、均一で明確な形状の結晶を形成できるようにします。その結果、結晶化速度が向上し、結晶のサイズと形態をより適切に制御できます。バッチプロセスと連続インラインプロセスの両方に最適なHielscherの超音波処理装置は、研究開発から工業生産まで拡張可能なソリューションを提供します。堅牢なドイツのエンジニアリングと医薬品グレードの基準への適合性により、乳糖の精製、製剤化および処理における要求の厳しい用途に特に適しています。
Hielscherの超音波処理装置は、cGMP基準に準拠した食品・医薬品グレードの製造に適しています。Hielscherの超音波処理装置にはサニタリーグレードの継手を装備でき、衛生的な処理基準への完全な準拠を確保します。超音波ソノトロード（プローブまたはホーンとも呼ばれます）とフロー式反応器は、流れがスムーズで洗浄しやすい形状に設計されており、効率的なメンテナンスを容易にし、ダウンタイムを最小限に抑えます。特に、超音波キャビテーション自体が定置洗浄（CIP）の機構として機能し、運転中の内部表面の洗浄を支援します。無菌環境に対応するため、すべてのソノトロードと反応器は装置全体をオートクレーブ滅菌できます。設置面積が小さいため、Hielscherのシステムは既存の生産ラインへの組み込みや後付けが容易です – このため、医薬品および食品グレードの結晶化設備の更新に最適です。
詳しい情報については、今すぐお問い合わせください！Hielscher Ultrasonicsは、乳製品および食品の超音波処理向けに、さまざまな標準ソリューションとカスタムソリューションを提供しています！

詳しい情報をお求めください

乳糖の結晶化に用いる超音波処理装置、用途の詳細、および価格に関する詳しい情報をご希望の場合は、下記のフォームをご利用ください。お客様の乳糖処理についてご相談を承り、すべてのご要望を満たす最適な超音波システムをご提案いたします。





産業用プローブ型超音波処理装置UIP6000hdT（超音波出力6kW、超音波周波数20kHz）。高い処理能力で結晶化および析出を行うために過飽和溶液を連続的に超音波処理する、フローセル反応器を備えています。

超音波処理装置UIP6000hdT は、加圧可能なフローセルを備えています。加熱／冷却ジャケットにより、温度を上げた状態でも下げた状態でも超音波処理が可能です。

関連トピック

超音波結晶化について

高出力超音波を用いて結晶化プロセスを誘発・改善することを、超音波結晶化と呼びます。超音波結晶化は、「音波を用いて材料に物理化学的変化を誘発することに基づいています。高出力超音波の一般的な用途には、化学反応の誘発（ソノケミストリー）や結晶化の促進（超音波結晶化）があります。これらの技術は、その利点により、製薬、化学、食品産業を含むいくつかの産業から注目を集めています。超音波技術は経済的に実行可能で、工業的な操業にも比較的容易に組み込めます。これらの技術は、生産の再現性と収量の両方の改善に利用でき、非熱的で環境的にもクリーンです」。 [Martini 2013, 4]

核生成と結晶成長

結晶化は、過飽和溶液、融液または気体から固体結晶が析出する形成プロセスと定義されます。
結晶化プロセスは、核生成と結晶成長という二つの主要な段階から構成されます。
核生成中には、溶液に溶解した分子がクラスターを形成し始めます。このクラスターは、運転条件下で安定して存在できるほど十分に大きくなければなりません。このような安定したクラスターが核を形成します。安定した核を形成するための臨界サイズに達すると、結晶成長の段階が始まります。
結晶成長の段階では、より多くの分子がクラスターに結合するにつれて、形成された核が大きくなります。成長プロセスは、飽和度や、均一な混合、温度などのその他のパラメータに依存します。
古典的な結晶化理論は、孤立系のエントロピーが不変であるとき、その系は絶対的に安定しているという熱力学的な考え方に基づいています。

乳糖に関する情報

ラクトース（乳糖）は、グルコースとガラクトースがβ(1→4)グリコシド結合で結ばれた二糖類です。
キラル炭素が存在するため、乳糖はα-乳糖またはβ-乳糖という2種類の異性体として存在します。乳糖は、水和したα-乳糖一水和物結晶として最も多く見られます。もう一方の多形である無水β-乳糖は比較的まれで、93.5°Cを超える温度で結晶化します。α-アノマーとβ-アノマーは、非常に異なる性質を持ちます。これらの多形は、比旋光度（α-乳糖とβ-乳糖でそれぞれ+89°Cと+35°C）および溶解度（20°Cでα-乳糖とβ-乳糖がそれぞれ70および500g/L）によって区別できます。 [McSweeney et al. 2009]
乳糖は牛乳の主要な炭水化物であり、2–8 wt%の濃度で含まれています。乳糖は風味がなく、甘味が弱い糖です。乳糖は還元糖として作用し、メイラード反応とStecker反応を促進します。このため、パン類、ペストリー、菓子類などの食品の色や風味を高めるために使用されます。
乳糖は広く使用される食品添加物で、食品および医薬品において担体、充填剤、安定剤、錠剤用賦形剤として機能します。
α-乳糖は最も純度の高い形態で、医薬品に使用されます。
乳糖は、風味、香りおよび褐変反応に関わる重要な成分です。
化学式：C12H22O11
IUPAC識別名：β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
モル質量：342.3 g/mol
融点：202.8°C
密度：1.53 g/cm3
分類：FODMAP
溶解する溶媒：水、エタノール

文献・参考資料

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