噴霧乾燥前のタンパク質懸濁液の超音波による粘度低減
- 超音波は、WPCなどのホエイスラリーの噴霧乾燥工程における効率向上とコスト削減を実現する手段です。
- 超音波によるせん断力はホエイ溶液の粘度を低下させ、それによってタンパク質濃度を高めることを可能にします。
- Hielscher Ultrasonicsは、タンパク質溶液の粘度低減に高出力超音波を適用するためのさまざまな選択肢を提供しています。
超音波による粘度低減
強力な超音波の作用により、液体中にキャビテーション、強いせん断力、振動が発生します。Hielscher Ultrasonicsは、これらの強力な超音波の作用を利用して、タンパク質濃縮物、WPC、ポリマースラリーなど、せん断によって粘度が低下するスラリーの流体力学的挙動を変化させます。多くのスラリーは、最終的な粉末製品を得るために噴霧乾燥工程を経ます。噴霧乾燥はエネルギー消費量が多い工程であり、生産ラインのボトルネックになることもよくあります。超音波による粘度低減により、溶液中の粒子含有量を増やすことができ、蒸発させる必要のある液体の体積が減少します。これにより、大幅な省エネルギーが実現します。同時に、より多くの製品を乾燥重量ベースで処理できるため、噴霧乾燥機の処理能力が向上します。噴霧乾燥機への供給流をインラインで超音波処理することにより、乾燥機に供給する原料の濃度と乾燥固形分の割合を高めることができます。
超音波処理の効果：
- 均質化と粒径の低減
- 混入した空気と酸素の気泡の除去
- タンパク質の圧密層を開く
- 粘度の一時的な低減
- タンパク質分子の配列の一時的な変化
噴霧乾燥前に超音波を使用する理由
超音波による粘度低減により、 エネルギー消費量の削減 と 処理能力の向上が実現します。
さらに、次のような利点があります：
- 生産量が10%以上増加
- 固定費と変動費の総額の削減
- 冷却の必要量の低減
- 少ない投資額と利益の増加
- 一年未満での投資回収
超音波装置
Hielscher Ultrasonicsは、噴霧乾燥機の効率と生産量を最適化するために適切な超音波システムを構成し、設置するための豊富な知識を有しています。Hielscherは、生産ラインに応じて、タンパク質溶液の粘度低減に高出力超音波を適用するためのさまざまな選択肢を提供しています。当社の産業用超音波システムはすべて、厳しい条件下での高負荷用途向けに設計されており、24時間・週7日の連続運転が可能です。設置面積が小さいため、既存の生産ラインにも容易に後付けできます。メンテナンスの負担が少なく、操作が簡単であることも利点です。
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文献・参考資料
- M. Ashokkumar, J. Lee, B. Zisu, R. Bhaskarcharya, M. Palmer, and S. Kentish (2009)：注目の話題：超音波処理はホエイタンパク質の熱安定性を高める。J. Dairy Sci. 92:5353–5356.
- Mladen Brncic (2014)：食品産業における工程効率への超音波の影響。「TRENDS IN FOOD INDUSTRY」にて発表 – クロアチア、コプリヴニツァ、September 5th, 2014。
噴霧乾燥工程について
噴霧乾燥は、液体の溶液やスラリーを高温ガスで急速に乾燥させ、乾燥粉末に変換する製造技術です。特に食品・医薬品分野では、熱に敏感な材料の処理によく使用されます。
噴霧乾燥は、食品・医薬品産業で活性化合物をカプセル化するために頻繁に用いられる技術です（マイクロカプセル化）。
噴霧乾燥工程は、次の段階で構成されます：
- 供給流：供給流は、均質でポンプ輸送が可能な、不純物を含まない溶液、懸濁液、またはスラリーとして調製されます。原料は、噴霧乾燥機に供給される前に濃縮されることがよくあります。
- 微粒化：微粒化の際に、スラリーは小さな液滴に変換されます。微粒化の程度が乾燥速度を左右し、それによって乾燥機のサイズも決まるため、これは最も重要な工程段階です。最も一般的な微粒化技術は、圧力ノズルによる微粒化、二流体ノズルによる微粒化、遠心微粒化です。微粒化の間に、液滴に含まれる水の95%+が数秒以内に蒸発します。
- 乾燥：高温の空気またはガスの流れの中で、粒子の表面から水分が急速に蒸発します。
- 分離：サイクロン、バグフィルター、または電気集じんを用いて、湿った空気またはガスから粉末粒子を分離します。
噴霧乾燥製品
食品：粉乳、コーヒー、茶、卵、穀類、香辛料、香料、デンプンおよびデンプン誘導体、ビタミン、酵素、ステビア、ニュートラシューティカル、着色料、植物抽出物など。
医薬品：抗生物質、医薬成分、添加剤
工業製品：触媒、化学製品、塗料用顔料、セラミック材料、ポリマー、微細藻類など。