ლაქტოზას შიდა კრისტალიზაცია – ლაბორატორიიდან ინდუსტრიამდე
ულტრაბგერითი დახმარებით კრისტალიზაცია არის ეფექტური ტექნიკა მყარი ფორმირების გასაძლიერებლად უწყვეტი ნაკადის პირობებში. ქვემოთ წარმოგიდგენთ კვლევას, რომელიც ფოკუსირებულია ლაქტოზას შიდა კრისტალიზაციაზე ლაქტოზა/წყალი/იზოპროპანოლის ტრინარული სისტემიდან, Hielscher UP200St-TD-FlowCell სონიკაციის კამერის გამოყენებით. ულტრაბგერის გამოყენებამ მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება გამოიწვია სისტემის სტაბილურობაში, კრისტალების მორფოლოგიაში და მუშაობის უწყვეტობაში. აქ შეგიძლიათ იპოვოთ ოპტიმიზირებული ექსპერიმენტული პროტოკოლი, ძირითადი შესრულების შედეგები და მარშრუტი ინდუსტრიული მასშტაბისკენ.
პროცესის ინტენსიფიკაცია: ლაქტოზას კრისტალიზაცია სონიკაციის გამოყენებით
კრისტალიზაცია აუცილებელია ფარმაცევტულ და კვების მრეწველობაში გამწმენდისა და ნაწილაკების ინჟინერიისთვის. თუმცა, ტრადიციული სერიის პროცესები განიცდის შეზღუდვებს განმეორებადობისა და დაბინძურების თვალსაზრისით, განსაკუთრებით მასშტაბების გაზრდის დროს. ულტრაბგერითი პირობებში უწყვეტი კრისტალიზაცია გთავაზობთ დამაჯერებელ ალტერნატივას ნუკლეაციის სიჩქარის გაზრდით, ზომის განაწილების გაუმჯობესებით და დაბინძურებასთან დაკავშირებული გამოწვევების შერბილებით.
თავის კვლევაში Zettl და კოლეგები (2020) იყენებენ ჰიდროფილურ სისტემას - ლაქტოზას მონოჰიდრატი წყლის/იზოპროპანოლის ნარევში - Hielscher UP200St-TD-FlowCell-ის საოპერაციო სარგებელის გამოსაკვლევად უწყვეტი კრისტალიზაციის კონფიგურაციაში.
UP200St_TD
მასალები და მეთოდები – ულტრაბგერითი ლაქტოზას კრისტალიზაცია სკამზე
მასალები
- ხსნარი: α-ლაქტოზას მონოჰიდრატი
- გამხსნელი სისტემა: დეიონიზებული წყალი და იზოპროპანოლი სამფაზიანი თანაფარდობით, ოპტიმიზირებულია ლაქტოზას ზეგაჯერებისთვის
- Sonicator: UP200St-TD აღჭურვილია გადინების გაჟონვის უჯრედით (TD-FlowCell)
აღჭურვილობის კონფიგურაცია
UP200St-TD-FlowCell კონფიგურირებული იყო დახურული მარყუჟის უწყვეტი კრისტალიზაციის წრეში. პერისტალტიკური ტუმბო ავრცელებს ზეგაჯერებულ ლაქტოზას ხსნარს ბგერითი კამერის მეშვეობით, სადაც ულტრაბგერითი აწვდის ენერგიას სისტემაში. ტემპერატურის შიდა კონტროლი უზრუნველყოფს თერმული სტაბილურობას ხანგრძლივი მუშაობის დროს.
ულტრაბგერითი ლაქტოზას კრისტალიზაცია უწყვეტ რეჟიმში
(კვლევა და სურათი: © Zettl et al., 2020)
ლაქტოზას ხსნადობა
ლაქტოზის გაჯერების კონცენტრაცია, რომელიც წარმოადგენს გლუკოზისა და გალაქტოზისგან შემდგარ დისაქარიდს, წყალში ოთახის ტემპერატურაზე (ჩვეულებრივ განისაზღვრება, როგორც 20-25 °C) არის დაახლ. 18.9 wt% 25°C-ზე.
ლაქტოზას ხსნადობა იზრდება ტემპერატურასთან ერთად, მაგრამ არა ხაზოვანი. 50°C-ზე ის იზრდება დაახლ. 31 wt%, ხოლო 70°C-ზე, ეს არის დაახლ. 45 wt%.
ლაქტოზას უწყვეტი კრისტალიზაციის პროტოკოლი
მიზანი: სისტემის დაბინძურების მინიმიზაცია და გაშვების დროის მაქსიმიზაცია უწყვეტი სონიკაციის პირობებში.
ნაბიჯ-ნაბიჯ პროტოკოლი:
- საკვების ხსნარის მომზადება
- გაჯერებული ხსნარის მისაღებად გახსენით α-ლაქტოზას მონოჰიდრატი დეიონიზებულ წყალში 50°C.
- ლაქტოზას წყლიან სუსპენზიისთვის დაამატეთ 233 გ ა-ლაქტოზა 1000 გ წყალზე.
- აურიეთ ნარევი, სანამ მასალა სრულად არ დაიშლება.
- ამის შემდეგ ხსნარი გაცივდეს 25°C-მდე, რათა მიიღოთ გაჯერებული ხსნარი.
- სისტემის დაყენება
- დინების წრედის დაყენება საკვების ხსნარით.
- დააყენეთ ნაკადის სიჩქარე 60 მლ/წთ-ზე (ოპტიმალურია ულტრაბგერითი პალატაში ~ 30 წამის ყოფნისთვის).
- საკვების სუსპენზია და ანტიგამხსნელი იკვებება ორი კვების პორტით ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედის პროცესის პალატაში.
- დააყენეთ ნაკადის სიჩქარე 27 გ/წთ 15 wt % ლაქტოზას სუსპენზიის. გამოიწვიეთ ნალექი 27 გ/წთ წინასწარ გაცივებული იზოპროპანოლის (12°C) დამატებით, რის შედეგადაც მთლიანი მასის ნაკადის სიჩქარეა 54 გ/წთ. (მასური ნაკადის სიჩქარე 54 გ/წთ შეესაბამება მოცულობითი ნაკადის სიჩქარეს 60 მლ/წთ)
- დაიწყეთ სონიკა 100% ამპლიტუდაზე. შეინარჩუნეთ სამუშაო ტემპერატურა 25-30°C შორის.
- კრისტალიზაციის ფაზა
- შეინარჩუნეთ უწყვეტი სონიკა შეფერხების გარეშე. Hielscher sonicators აშენებულია 24/7 მუშაობისთვის.
- შეაგროვეთ კრისტალიზებული ლაქტოზა ქვედა დინების ფილტრის მოდულიდან ყოველ 60 წუთში.
- პროცესის შემდგომი დახასიათება
- კრისტალური მორფოლოგიის ანალიზი SEM-ის საშუალებით.
- რაოდენობრივად განსაზღვრეთ კრისტალების ზომის განაწილება ლაზერული დიფრაქციის გამოყენებით (D50 სამიზნე: 80–100 μm).
- Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).
ლაქტოზას სუსპენზიების შემადგენლობა შეჩერებული მყარი მასის ფრაქცია საკვებში (ws,f), შეჩერებული მყარი მასის ფრაქცია პროდუქტში (ws,p), გახსნილი მყარი მასის ფრაქცია პროდუქტში (wd,p), წყლის მასის ფრაქცია პროდუქტში (w H2O,p), იზოპროპანოლის მასის ფრაქცია პროდუქტში EtOH,p) გამოიყენება კვლევაში Zettl et al., 2020.
ულტრაბგერითი ლაქტოზას კრისტალიზაციის შედეგები და სარგებელი
- აგლომერაციის შერბილება:
Inline ულტრაბგერითი ეფექტურად თრგუნავს კრისტალების აგლომერაციას, იძლევა კარგად გამოყოფილ, პრიზმულ ლაქტოზას კრისტალებს. - ქაფის შემცირება:
აღსანიშნავია, რომ ულტრაბგერითი ამცირებს ზედაპირის ქაფის წარმოქმნას - გავრცელებული პრობლემა ალკოჰოლებთან დაკავშირებული გამხსნელების კრისტალიზაციის დროს - რითაც აუმჯობესებს მოცულობითი გამტარუნარიანობას. - ბლოკირების პრევენცია:
გახანგრძლივებული მუშაობის დროს არ დაფიქსირდა დაბინძურება ან ჩაკეტვა, რაც ადასტურებს აკუსტიკური კავიტაციის როლს სუფთა ზედაპირების შენარჩუნებაში და ნაკადის უჯრედში მყარი დეპონირების თავიდან ასაცილებლად. - უწყვეტი გაშვების დრო:
პროცესი შეიძლება შენარჩუნდეს უწყვეტ რეჟიმში, ბროლის ხარისხი რჩება თანმიმდევრული დროის განმავლობაში.
ლაქტოზას ულტრაბგერითი კრისტალიზაცია: ლაქტოზა კრისტალიზდება სხვადასხვა პირობებში: ულტრაბგერითი ენერგიის შეყვანა, დამატებული კარაგენანი ან შრატი (WPC) გავლენას ახდენს ლაქტოზას კრისტალების ზომაზე.
შესწავლა და სურათი: © Sanchez-García et al., 2018.
ულტრაბგერითი UIP6000hdT ზეწოლის ქვეშ მყოფი ნაკადის უჯრედით. გამაცხელებელი/გამაგრილებელი ქურთუკი საშუალებას იძლევა ამაღლებულ ან დაბალ ტემპერატურაზე ზემოქმედება.
ულტრაბგერითი ლაქტოზას კრისტალიზაციის მასშტაბირება
Hielscher inline sonicators, შექმნილია გერმანიაში უმაღლესი სამრეწველო სტანდარტების შესაბამისად, გვთავაზობს მძლავრ ხსნარს ლაქტოზის და სხვა მყარი ნივთიერებების უწყვეტი კრისტალიზაციისთვის ზეგაჯერებული ხსნარებიდან. შექმნილია ფარმაცევტული აპლიკაციებისთვის, ეს სისტემები მხარს უჭერენ ზუსტ კონტროლს ბირთვულ წარმოქმნასა და კრისტალების ზრდაზე, რაც უზრუნველყოფს ნაწილაკების ზომის განაწილებას და პროცესის თანმიმდევრულობას. ხაზოვანი მასშტაბირებით ლაბორატორიიდან წარმოების მასშტაბამდე, Hielscher ულტრაბგერითი რეაქტორები იძლევა პროცესის შეუფერხებელ გადაცემას, რაც ამცირებს განვითარების დროსა და ღირებულებას. ყოვლისმომცველ ტექნიკურ კონსულტაციასთან ერთად, ეს სონიკატორები უზრუნველყოფენ მორგებულ გადაწყვეტილებებს, რომლებიც ადვილად ინტეგრირდება cGMP-თან შესაბამისობაში კრისტალიზაციის სამუშაო პროცესებში, რაც მათ იდეალურს ხდის ფარმაცევტული, ბიოტექნოლოგიური და კვების მრეწველობისთვის.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 10-დან 50 მლ-მდე | 10-დან 300 მლ/წთ-მდე | UP200St_TD |
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150 ლ-მდე | 3-დან 15 ლ/წთ-მდე | UIP6000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000hdT |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000hdT |
დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში
Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.
Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.
UIP2000hdT, 2000 ვატიანი ძლიერი სონიკატორი ნაკადის უჯრედით სამრეწველო შიდა კრისტალიზაციისთვის
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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.
ხშირად დასმული შეკითხვები
რა არის ლაქტოზა?
ლაქტოზა არის დისაქარიდი, რომელიც შედგება გლუკოზისა და გალაქტოზის ერთი მოლეკულისგან. ეს არის პირველადი ნახშირწყლები რძესა და რძის პროდუქტებში. ქიმიურად ის არსებობს α- და β-ანომერული ფორმებით, გარემო პირობებში უპირატესად კრისტალური ფორმაა α-ლაქტოზას მონოჰიდრატი.
რისთვის გამოიყენება ლაქტოზა?
ლაქტოზა ფართოდ გამოიყენება, როგორც ფუნქციური ინგრედიენტი ფარმაცევტულ, კვების და ბიოტექნოლოგიურ ინდუსტრიებში. ფარმაცევტულ საწარმოებში ის ძირითადად ემსახურება როგორც შემავსებელი ან დამხმარე საშუალება ორალური მყარი დოზირების ფორმებში. ის ასევე არის სუბსტრატი დუღილის პროცესებში და დამატკბობელი საკვების ფორმულირებებში.
რა არის ლაქტოზას კრისტალიზაცია?
ლაქტოზას კრისტალიზაცია გულისხმობს გახსნილი ლაქტოზის გადაქცევის პროცესს ზეგაჯერებული ხსნარიდან მყარ კრისტალებად. ეს ხდება ბირთვების და შემდგომი კრისტალების ზრდის გზით, ტემპერატურის, კონცენტრაციის, pH-ის და გამხსნელის შემადგენლობის გავლენის ქვეშ. კონტროლირებადი კრისტალიზაცია აუცილებელია ლაქტოზის წარმოებისთვის განსაზღვრული ნაწილაკების ზომით და პოლიმორფული სიწმინდით.
რა არის კრისტალიზაციის 4 საფეხური?
კრისტალიზაციის დროს შეიძლება შეინიშნოს ბროლის წარმოქმნის 4 ეტაპი:
- სუპერგაჯერება: თერმოდინამიკური მამოძრავებელი ძალის წარმოქმნა ხსნადობის გადაჭარბებით.
- ნუკლეაცია: საწყისი მყარი ფაზის ბირთვების წარმოქმნა ხსნარიდან.
- კრისტალური ზრდა: ხსნადი ნივთიერების მოლეკულების აკრეცია ბირთვებზე უფრო დიდი კრისტალების წარმოქმნის მიზნით.
- აგლომერაცია ან მომწიფება: მეორადი პროცესები, სადაც კრისტალები გროვდება ან იშლება და ხელახლა იზრდება, რაც გავლენას ახდენს საბოლოო ზომის განაწილებაზე.
წაიკითხეთ აქ, თუ როგორ მოქმედებს ხმოვანი გამოსხივება კრისტალიზაციის პროცესზე!
რა არის დამხმარე ნივთიერება?
დამხმარე ნივთიერება არის ინერტული ნივთიერება, რომელიც ჩამოყალიბებულია წამლის პროდუქტებში აქტიურ ფარმაცევტულ ინგრედიენტთან (API) ერთად. ის აძლიერებს წარმოებას, სტაბილურობას, ბიოშეღწევადობას ან პაციენტის მისაღებობას, თერაპიული ეფექტის გარეშე. საერთო დამხმარე ნივთიერებები მოიცავს გამხსნელებს, შემკვრელებს, დეზინტეგრატორებს და ლუბრიკანტებს - ლაქტოზა არის ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამხსნელი.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებისგან ლაბორატორია რომ სამრეწველო ზომა.