초음파 유당 결정화
많은 유제품 공정에서 우유 퍼미에이트라고도 하는 많은 양의 유청이 부산물로 생성됩니다. 이 폐수에는 유당이 풍부하지만 처리 비용이 많이 들고 환경적으로 부담이 됩니다. 유당을 회수하기 위해 초음파를 적용하면 폐기물의 양을 크게 줄여 문제가 있는 폐수를 귀중한 자원으로 전환할 수 있습니다. 초음파는 빠르고 효율적인 결정화를 촉진하여 상업적 사용에 적합한 많은 양의 균일 한 유당 결정을 생성합니다.
유당 제조
유당은 유당(유청에서 얻음)의 농축 용액에서 생산됩니다. 농축된 유당 슬러리는 결정을 침전시키기 위해 저온으로 냉각되어야 합니다. 침전 단계 후, 유당 결정은 원심분리에 의해 분리됩니다. 그 후, 결정은 분말로 건조됩니다.
유당 결정화의 단계:
- 농도
- 핵형성(nucleation)
- 결정 성장
- 수확/세척
Sonication에 의한 개선된 Lactose crystallization
초음파는 결정화 및 침전 과정(sono-crystallization)에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 잘 알려져 있습니다. 초음파 처리는 유당 결정의 형성과 성장도 향상시킵니다.
유당의 Sono-crystallization는 최단 시간에 유당 결정의 최대 수율을 얻는 데 도움이 됩니다.
인라인 초음파 처리를위한 초음파 유리 반응기
양호한 결정 성장은 유당의 효율적인 수확 및 세척을 보장하기 위해 상당합니다(추출 & purification)을 참조하십시오. 초음파 처리는 유당의 과포화를 일으키고 유당 결정의 1 차 핵 형성을 시작합니다. 또한, 지속적인 초음파 처리는 2 차 핵 형성에 기여하여 작은 결정 크기 분포 (CSD)를 보장합니다.
초음파 유당 결정화: 다양한 조건에서 결정화된 유당: 초음파 에너지 입력, 첨가된 카라기난 또는 유청(WPC)이 유당 결정 크기에 영향을 미침
연구 및 사진: ©Sanchez-García et al., 2018.
초음파의 이점:
- 최대 수율
- 매우 짧은 공정 시간
- 균일한 크리스탈 크기
- 제어 가능한 크리스탈 크기
- 균일한 크리스탈 형상
타당성에서 인라인 생산까지: 유당의 Sono-Crystallization
벤치탑에서 산업 생산에 이르기까지 초음파 유당 결정화의 확장에 대해 자세히 알아보십시오!
폐폐수에서 유당까지
대규모 유제품 생산으로 인해 유청은 종종 폐기물 폐수로 처리되는 부산물입니다. 액체 유청의 폐기는 생물학적 산소 요구량(BOD)이 높고 수분 함량이 높기 때문에 비용이 많이 듭니다. 유청에서 유당이 회수되면 폐기물은 유당 분말을 생산하기 위한 후처리 단계에서 활용됩니다. 유당 회수는 유청의 BOD를 80% 이상 감소시켜 부산물을 유용하고 환경 친화적으로 만듭니다. 초음파 보조 결정화 공정은 결정 성장, 수율 및 품질을 향상시킵니다.
유당은 식품 및 제약 산업의 성분, 락티톨 생산의 원료 또는 생분해성 폴리에스터의 미생물 생산을 위한 기본 재료로 널리 사용됩니다.
UIP2000hdT, 2000 와트의 강력한 초음파 발생기 산업용 인라인 결정화를 위한 플로우 셀 포함
초음파 장비
Hielscher Ultrasonics는 초음파 결정화 공정을위한 초음파 장비를 제공합니다. – 배치 초음파 처리 또는 초음파 반응기에서의 인라인 처리를 위해. 모든 Hielscher 초음파 탐지기는 최대 장비 활용도를 보장하기 위해 연속 (24 시간 / 7d / 365d)으로 작동하도록 설계되었습니다. 장치당 0.5kW에서 최대 16kW까지의 산업용 초음파 장치는 대량의 과포화 현탁액의 상업적 처리에 적합합니다.
식품 등급 유당 가공
Hielscher 초음파 발생기는 과포화 용액에서 유당 결정화를 촉진하고 제어하는 데 매우 효과적입니다. 이러한 시스템은 강렬한 초음파 캐비테이션을 적용함으로써 핵형성 속도를 향상시키고 유도 시간을 줄이며 균일하고 잘 정의된 결정의 형성을 가능하게 합니다. 그 결과 결정화 역학이 더 빨라지고 결정 크기 및 형태에 대한 제어가 향상됩니다. 배치 및 연속 인라인 프로세스 모두에 이상적인 Hielscher 초음파 처리기는 R의 확장 가능한 솔루션을 제공합니다.&D를 산업 생산품으로. 견고한 독일 엔지니어링과 제약 등급 표준과의 호환성으로 인해 유당 정제, 제형 및 공정의 까다로운 응용 분야에 특히 적합합니다.
Hielscher 초음파기는 cGMP 표준을 준수하는 식품 및 제약 등급 생산에 적합합니다. Hielscher 초음파 발생기는 위생 등급 피팅과 함께 사용할 수 있으므로 위생 처리 표준을 완벽하게 준수 할 수 있습니다. 초음파 sonotrodes (프로브 또는 혼이라고도 함) 및 관류 반응기는 유선형의 청소하기 쉬운 형상으로 설계되어 효율적인 유지 보수를 촉진하고 가동 중지 시간을 최소화합니다. 특히, 초음파 캐비테이션 자체는 CIP(Clean-in-Place) 메커니즘으로 작동하여 작동 중 내부 표면 청소를 지원합니다. 무균 환경의 경우 모든 sonotrodes 및 반응기는 완전히 오토클레이브가 가능합니다. 컴팩트한 설치 공간 덕분에 Hielscher 시스템은 기존 생산 라인에 쉽게 통합되거나 개조될 수 있으므로 제약 및 식품 등급 결정화 시설의 업그레이드에 이상적입니다.
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초음파기 UIP6000hdT 가압이 가능한 플로우 셀 포함. 가열 / 냉각 재킷을 사용하면 상승 또는 하강 된 온도에서 초음파 처리 할 수 있습니다.
Sonocrystallization에 대하여
파워 초음파가 결정화 과정을 유도하고 개선하기 위해 적용될 때, 그것은 초음파 결정화로 알려져 있습니다. Sonocrystallization는의 신청에 근거를 둡니다 “재료의 물리화학적 변화를 유도하는 음파. 파워 초음파의 일반적인 응용 분야에는 화학 반응 (초음파 화학)을 유도하고 결정화 (초음파 결정화)를 촉진하는 사용이 포함됩니다. 이러한 기술은 제공하는 이점을 감안할 때 제약, 화학 및 식품 산업을 포함한 여러 산업 분야의 주목을 받았습니다. 초음파 기술은 경제적으로 실행 가능하며 산업 운영에 비교적 쉽게 통합할 수 있습니다. 이러한 기술은 재현성과 생산 수율을 모두 향상시키는 데 사용할 수 있습니다. 그들은 비열적이고 환경적으로 깨끗합니다”. [마티니 2013, 4]
핵형성(Nucleation)과 결정성장(crystal growth)
결정화는 고체 결정이 과포화 용액, 용융 또는 가스에서 침전되는 형성 과정으로 결정됩니다.
결정화 과정은 두 가지 주요 단계로 구성됩니다: 핵 형성과 결정 성장.
핵 형성 중에는 용액에 용해된 분자가 클러스터를 형성하기 시작하며, 이 클러스터는 작동 조건에서 안정적일 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 이러한 안정된 클러스터는 핵을 형성합니다. 안정적인 핵을 형성하기 위한 임계 크기에 도달한 후 결정 성장 단계가 시작됩니다.
결정 성장 단계에서 형성된 핵은 더 많은 분자가 클러스터에 결합됨에 따라 더 커집니다. 성장 과정은 포화 등급 및 균일한 혼합, 온도 등과 같은 기타 매개변수에 따라 다릅니다.
고전적 결정화 이론은 엔트로피가 변하지 않을 때 고립 된 시스템이 절대적으로 안정적이라는 열역학 개념을 기반으로합니다.
유당에 대한 사실
유당(유당)은 포도당과 갈락토스가 β(1→4) 글리코시드 결합으로 연결되어 만들어진 이당류입니다.
키랄 탄소의 존재로 인해 유당은 α 또는 β- 유당의 2 가지 이성질체 형태로 발생할 수 있습니다. 유당은 수화 된 α 유당 일 수화물 결정으로 가장 자주 발견됩니다. 다른 다형체인 무수 β-락토오스는 흔하지 않으며 93.5°C 이상에서 결정화됩니다. α 및 β 아노머는 매우 다른 특성을 가지고 있습니다. 다형체는 특정 회전(α 및 β 유당의 경우 각각 +89°C 및 +35°C)과 용해도(α 및 β 유당의 경우 각각 70 및 500g/L(20°C에서))로 구별할 수 있습니다. [McSweeney 외. 2009]
우유의 주요 탄수화물이며 2-8 wt%의 농도에서 발견됩니다. 유당은 맛이 없고 단맛이 적습니다. 유당은 환원당으로 작용하여 Maillard 및 Stecker 반응을 촉진합니다. 따라서 유당은 베이커리 제품, 패스트리 및 제과와 같은 식품의 색상과 풍미를 향상시키는 데 사용됩니다.
유당은 식품 및 의약품에서 운반체, 충전제, 안정제 및 정제 희석제 역할을 하는 널리 사용되는 식품 첨가물입니다.
α-유당은 의약품에 사용되는 가장 순수한 형태입니다.
유당은 맛, 향 및 갈변 반응과 관련하여 중요한 성분입니다.
화학식: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-갈락토피라노실-(1→4)-D-포도당
어금니 질량: 342.3g/mol
녹는점: 202.8°C
조밀도: 1.53 g/cm3
분류: FODMAP
용해성 : 물, 에탄올
문헌 / 참고문헌
- 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.
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- 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.
