ულტრაბგერითი ლაქტოზის კრისტალიზაცია
ბევრ რძის გადამამუშავებელ პროცესში, დიდი რაოდენობით შრატი – რომელსაც ასევე რძის პერმეატს უწოდებენ – წარმოიქმნება გვერდითი პროდუქტის სახით. ეს ნაკადი მდიდარია ლაქტოზით, მაგრამ მისი უტილიზაცია ძვირადღირებულიცაა და ეკოლოგიურადაც დამამძიმებელი. ულტრაბგერის გამოყენებით ლაქტოზის აღდგენისას, ნარჩენების მოცულობა შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს, რაც პრობლემურ ნაკადს ღირებულ რესურსად აქცევს. ულტრაბგერითი დამუშავება ხელს უწყობს სწრაფ და ეფექტურ კრისტალიზაციას, რის შედეგადაც მიიღება ერთგვაროვანი ლაქტოზის კრისტალების მაღალი რაოდენობა, რომელიც ვარგისია კომერციული გამოყენებისთვის.
ლაქტოზის წარმოება
ლაქტოზა მიიღება ლაქტოზის კონცენტრირებული ხსნარიდან (მიღებულია შრატიდან). კონცენტრირებული ლაქტოზის სუსპენზია უნდა გაცივდეს დაბალ ტემპერატურამდე კრისტალების დასალექად. დალექვის ეტაპის შემდეგ, ლაქტოზის კრისტალები ცენტრიფუგირებით გამოიყოფა. ამის შემდეგ, კრისტალები შრება ფხვნილის მდგომარეობამდე.
ლაქტოზის კრისტალიზაციის ეტაპები:
- კონცენტრაცია
- ბირთვწარმოქმნა
- კრისტალის ზრდა
- მოპოვება/ რეცხვა
ულტრაბგერითი დამუშავებით ლაქტოზის კრისტალიზაციის გაუმჯობესება
ულტრაბგერა ცნობილია კრისტალიზაციისა და დალექვის პროცესებზე მისი დადებითი გავლენით (სონო-კრისტალიზაცია). ულტრაბგერითი დამუშავება ასევე აუმჯობესებს ლაქტოზის კრისტალების წარმოქმნასა და ზრდას.
ლაქტოზის სონო-კრისტალიზაცია ხელს უწყობს ლაქტოზის კრისტალების მაქსიმალური გამოსავლის მიღებას მინიმალურ დროში.
ულტრაბგერითი მინის რეაქტორი ინლაინ ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის
კარგი კრისტალური ზრდა მნიშვნელოვანია ლაქტოზის ეფექტური მოპოვებისა და რეცხვის უზრუნველსაყოფად (ექსტრაქცია & გაწმენდა). ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს ლაქტოზის ზეგაჯერებას და იწვევს ლაქტოზის კრისტალების პირველად ბირთვწარმოქმნას. გარდა ამისა, უწყვეტი ულტრაბგერითი დამუშავება ხელს უწყობს მეორეულ ბირთვწარმოქმნას, რაც უზრუნველყოფს კრისტალების ზომის ვიწრო განაწილებას (CSD).
ულტრაბგერითი ლაქტოზის კრისტალიზაცია: ლაქტოზა კრისტალიზდება სხვადასხვა პირობებში: ულტრაბგერითი ენერგიის შეტანა, დამატებული კარაგენანი ან შრეტი (WPC) გავლენას ახდენს ლაქტოზის კრისტალურ ზომაზე
კვლევა და სურათი: ©Sanchez-García et al., 2018.
ულტრაბგერის სარგებელი:
- მაქსიმალური გამოსავალი
- ძალიან მოკლე პროცესის დრო
- ერთგვაროვანი კრისტალური ზომა
- მართვადი კრისტალური ზომა
- ერთგვაროვანი კრისტალური ფორმა
შესაძლებლობიდან ინლაინ წარმოებამდე: ლაქტოზის სონო-კრისტალიზაცია
გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი ლაქტოზის კრისტალიზაციის მასშტაბის გაზრდის შესახებ სალაბორატორიოდან სამრეწველო წარმოებამდე!
ნარჩენების ნაკადიდან ლაქტოზამდე
რძის დიდი წარმოების გამო, შრატი ხშირად გვერდითი პროდუქტია, რომელსაც ნარჩენების ნაკადად განიხილავენ. თხევადი შრატის უტილიზაცია ძვირადღირებულია მისი მაღალი ბიოლოგიური ჟანგბადის მოთხოვნის (BOD) და წყლის შემცველობის გამო. როდესაც ლაქტოზა აღდგენილია შრატიდან, ნარჩენი პროდუქტი გამოიყენება დამუშავების შემდგომ ეტაპზე ლაქტოზის ფხვნილის წარმოებისთვის. ლაქტოზის აღდგენა ამცირებს შრატის BOD-ს 80%-ზე მეტით, რაც გვერდით პროდუქტს სასარგებლო და უფრო ეკოლოგიურად სუფთა ხდის. ულტრაბგერითი დახმარებით კრისტალიზაციის პროცესი აუმჯობესებს კრისტალურ ზრდას, გამოსავალს და ხარისხს.
ლაქტოზა ფართოდ გამოიყენება როგორც ინგრედიენტი საკვებ და ფარმაცევტულ მრეწველობაში, როგორც საწყისი მასალა ლაქტიტოლის წარმოებისთვის ან როგორც საბაზისო მასალა ბიოდეგრადირებადი პოლიესტერების მიკრობული წარმოებისთვის.
UIP2000hdT, 2000 ვატიანი მძლავრი სონიკატორი ნაკადის უჯრით სამრეწველო ინლაინ კრისტალიზაციისთვის
ულტრაბგერითი აღჭურვილობა
Hielscher Ultrasonics სთავაზობს ულტრაბგერით აღჭურვილობას სონო-კრისტალიზაციის პროცესებისთვის – როგორც პარტიული ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის, ისე ინლაინ დამუშავებისთვის ულტრაბგერით რეაქტორში. ყველა Hielscher სონიკატორი შექმნილია უწყვეტი მუშაობისთვის (24სთ/ 7დ/ 365დ), რაც უზრუნველყოფს აღჭურვილობის მაქსიმალურ გამოყენებას. სამრეწველო ულტრაბგერითი მოწყობილობები 0,5kW-დან 16kW-მდე თითო ერთეულზე ვარგისია ზეგაჯერებული სუსპენზიების დიდი მოცულობების კომერციული დამუშავებისთვის.
საკვები ხარისხის ლაქტოზის დამუშავება
Hielscher სონიკატორები მაღალეფექტურია ზეგაჯერებული ხსნარებიდან ლაქტოზის კრისტალიზაციის სტიმულირებისა და კონტროლისთვის. ინტენსიური ულტრაბგერითი კავიტაციის გამოყენებით, ეს სისტემები ზრდიან ბირთვწარმოქმნის სიჩქარეს, ამცირებენ ინდუქციის დროს და უზრუნველყოფენ ერთგვაროვანი, კარგად განსაზღვრული კრისტალების წარმოქმნას. ეს იწვევს უფრო სწრაფ კრისტალიზაციის კინეტიკას და კრისტალის ზომისა და მორფოლოგიის კონტროლის გაუმჯობესებას. იდეალურია როგორც პარტიული, ისე უწყვეტი ინლაინ პროცესებისთვის, Hielscher სონიკატორები გვთავაზობენ მასშტაბირებად გადაწყვეტილებებს R&D-დან სამრეწველო წარმოებამდე. მათი მყარი გერმანული ინჟინერია და ფარმაცევტული ხარისხის სტანდარტებთან თავსებადობა განსაკუთრებით კარგად შეესაბამება ლაქტოზის გაწმენდის, ფორმულირებისა და დამუშავების მომთხოვნ გამოყენებებს.
Hielscher ულტრაბგერითი სონიკატორები ვარგისია საკვები და ფარმაცევტული ხარისხის წარმოებისთვის, რომელიც აკმაყოფილებს cGMP სტანდარტებს. Hielscher სონიკატორები ხელმისაწვდომია სანიტარული ხარისხის აქსესუარებით, რაც უზრუნველყოფს ჰიგინური დამუშავების სტანდარტების სრულ შესაბამისობას. ულტრაბგერითი სონოტროდები (რომლებსაც ასევე პრობებს ან რქებს უწოდებენ) და ნაკადიანი რეაქტორები შექმნილია გამართული, მარტივად გასაწმენდი გეომეტრიებით, რაც ხელს უწყობს ეფექტურ მომსახურებას და ამცირებს შეფერხებებს. აღსანიშნავია, რომ ულტრაბგერითი კავიტაცია თავისთავად მოქმედებს, როგორც ადგილზე გაწმენდის (CIP) მექანიზმი, რაც უზრუნველყოფს შიდა ზედაპირების გაწმენდას ექსპლუატაციის დროს. ასეპტიკური გარემოსთვის, ყველა სონოტროდი და რეაქტორი სრულად ავტოკლავურია. მათი კომპაქტური ზომების გამო, Hielscher სისტემები მარტივად ინტეგრირდება ან რეტროფიტირდება არსებულ წარმოების ხაზებში – რაც მათ იდეალურს ხდის ფარმაცევტული და საკვები ხარისხის კრისტალიზაციის დაწესებულებების განახლებისთვის.
დაგვიკავშირდით დღეს მეტი ინფორმაციის მისაღებად! Hielscher Ultrasonics სთავაზობს სხვადასხვა სტანდარტიზებულ და ინდივიდუალურ გადაწყვეტილებებს ულტრაბგერითი რძისა და საკვები პროდუქტების დამუშავებისთვის!
ულტრაბგერითი სონიკატორი UIP6000hdT წნევის ქვეშ მყოფი ნაკადის უჯრით. გასათბობელი/ გასაგრილებელი გარსი საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი დამუშავება მოხდეს მაღალ ან დაბალ ტემპერატურაზე.
სონოკრისტალიზაციის შესახებ
როდესაც მძლავრი ულტრაბგერა გამოიყენება კრისტალიზაციის პროცესების ინდუქციისა და გაუმჯობესებისთვის, ეს ცნობილია, როგორც სონოკრისტალიზაცია. სონოკრისტალიზაცია ეფუძნება “აკუსტიკური ტალღების გამოყენებას მასალაში ფიზიკურ-ქიმიური ცვლილებების ინდუქციისთვის. მძლავრი ულტრაბგერის ზოგიერთი საერთო გამოყენება მოიცავს მის გამოყენებას ქიმიური რეაქციების ინდუქციისთვის (სონოქიმია) და კრისტალიზაციის სტიმულირებისთვის (სონოკრისტალიზაცია). ამ ტექნიკებმა მიიპყრო რამდენიმე ინდუსტრიის ყურადღება, მათ შორის ფარმაცევტული, ქიმიური და საკვები მრეწველობა, მათ მიერ შეთავაზებული სარგებლის გამო. ულტრაბგერითი ტექნიკები ეკონომიკურად გამართლებულია და შედარებით მარტივია სამრეწველო ოპერაციებში ჩასართავად. ამ ტექნიკები შეიძლება გამოყენებულ იქნას წარმოების როგორც გამეორებადობის, ისე გამოსავლის გასაუმჯობესებლად; ისინი არათერმული და ეკოლოგიურად სუფთაა”. [Martini 2013, 4]
ბირთვწარმოქმნა და კრისტალური ზრდა
კრისტალიზაცია განისაზღვრება, როგორც წარმოქმნის პროცესი, სადაც მყარი კრისტალები გამოიყოფა ზეგაჯერებული ხსნარიდან, ნადნობიდან ან გაზიდან.
კრისტალიზაციის პროცესი შედგება ორი ძირითადი ეტაპისგან: ბირთვწარმოქმნა და კრისტალური ზრდა.
ბირთვწარმოქმნის დროს, ხსნარში გახსნილი მოლეკულები იწყებენ კლასტერების წარმოქმნას, რომლებიც უნდა იყოს საკმარისად დიდი, რომ იყოს სტაბილური მოქმედების პირობებში. ასეთი სტაბილური კლასტერი წარმოქმნის ბირთვს. სტაბილური ბირთვის წარმოქმნისთვის კრიტიკული ზომის მიღწევის შემდეგ, იწყება კრისტალური ზრდის ეტაპი.
კრისტალური ზრდის ფაზაში, წარმოქმნილი ბირთვები იზრდება, რადგან მეტი მოლეკულა უკავშირდება კლასტერს. ზრდის პროცესი დამოკიდებულია გაჯერების ხარისხზე და სხვა პარამეტრებზე, როგორიცაა ერთგვაროვანი შერევა, ტემპერატურა და ა.შ.
კლასიკური კრისტალიზაციის თეორია ეფუძნება თერმოდინამიკურ წარმოდგენას, რომ იზოლირებული სისტემა აბსოლუტურად სტაბილურია, როდესაც მისი ენტროპია უცვლელია.
ფაქტები ლაქტოზის შესახებ
ლაქტოზა (რძის შაქარი) არის დისაქარიდი, რომელიც შედგება გლუკოზისა და გალაქტოზისგან, რომლებიც დაკავშირებულია β(1→4) გლიკოზიდური ბმით.
ქირალური ნახშირბადის არსებობის გამო, ლაქტოზა შეიძლება გვხვდებოდეს შემდეგი 2 იზომერული ტიპის სახით: α- ან β-ლაქტოზა. ლაქტოზა ყველაზე ხშირად გვხვდება ჰიდრატული α-ლაქტოზის მონოჰიდრატული კრისტალის სახით. მეორე პოლიმორფი, ანჰიდრული β-ლაქტოზა, ნაკლებად გავრცელებულია და ის კრისტალიზდება 93,5°C-ზე მაღლა. α- და β-ანომერებს აქვთ ძალიან განსხვავებული თვისებები. პოლიმორფები შეიძლება განირჩეოდეს სპეციფიკური ბრუნვით (+89°C და +35°C α- და β-ლაქტოზისთვის, შესაბამისად) და გახსნადობით (70 და 500g/L (20°C-ზე) α- და β-ლაქტოზისთვის, შესაბამისად). [McSweeney et al. 2009]
ეს არის რძის მთავარი ნახშირწყალი და გვხვდება 2-8 wt% კონცენტრაციებით. ლაქტოზა უგემოა და აქვს დაბალი სიტკბო. ლაქტოზა მოქმედებს, როგორც შემამცირებელი შაქარი და ახდენს მაილარდისა და სტეკერის რეაქციების სტიმულირებას. ამრიგად, ლაქტოზა გამოიყენება საკვები პროდუქტების, როგორიცაა საფუნთუშე ნაწარმი, ნამცხვრები და კონდიტერული ნაწარმი, ფერისა და გემოს გასაუმჯობესებლად.
ლაქტოზა არის ფართოდ გამოყენებადი საკვები დანამატი, რომელიც ფუნქციონირებს, როგორც მატარებელი, შემავსებელი, სტაბილიზატორი და ტაბლეტის გამათხელებელი საკვებ და ფარმაცევტულ პროდუქტებში.
α-ლაქტოზა არის უფრო სუფთა ფორმა, რომელიც გამოიყენება ფარმაცევტული პროდუქტებისთვის.
ლაქტოზა არის მნიშვნელოვანი ინგრედიენტი, როდესაც საქმე ეხება გემოს, არომატს და მოყავისფრო შეფერვის რეაქციებს.
ფორმულა: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
მოლური მასა: 342,3 g/mol
დნობის ტემპერატურა: 202,8°C
სიმკვრივე: 1,53 g/cm3
კლასიფიკაცია: FODMAP
იხსნება: წყალში, ეთანოლში
ლიტერატურა / წყაროები
- 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 აწარმოებს მაღალეფექტურ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული ზომები დან სამრეწველო ზომამდე.