Laktose Inline Kristalliséierung – vum Labo an d'Industrie

Ultrasonic-assistéiert Kristalliséierung ass eng effizient Technik fir d'Verstäerkung vun der fester Form ënner kontinuéierleche Flowbedéngungen. Drënner presentéiere mir Iech eng Etude déi sech op d'Inline Kristalliséierung vu Laktose aus engem Laktose / Waasser / Isopropanol ternary System konzentréiert, andeems d'Hielscher UP200St-TD-FlowCell Sonikatiounskammer benotzt. D'Applikatioun vum Ultraschall huet bedeitend Verbesserunge vun der Systemstabilitéit, der Kristallmorphologie an der Runtime Kontinuitéit erginn. Hei fannt Dir den optimiséierten experimentelle Protokoll, Schlësselleistungsresultater, an de Wee fir industriell Skala-up.

Prozess Intensifikatioun: Laktose Kristalliséierung mat Sonication

Kristalliséierung ass wesentlech an der pharmazeutescher a Liewensmëttelindustrie fir Reinigung a Partikeltechnik. Wéi och ëmmer, traditionell Batchprozesser leiden ënner Aschränkungen an der Reproduktioun a Fouling, besonnesch wärend der Skala-up. Kontinuéierlech Kristalliséierung ënner Ultraschallbedéngungen bitt eng zwéngend Alternativ andeems d'Nukleatiounsraten verbesseren, d'Gréisstverdeelung verbesseren an d'Fouling-relatéiert Erausfuerderunge reduzéieren.

An hirer Etude benotzen Zettl a Kollegen (2020) e Modell hydrophile System - Laktose Monohydrat an enger Waasser / Isopropanol Mëschung - fir d'operationell Virdeeler vum Hielscher UP200St-TD-FlowCell an enger kontinuéierlecher Kristalliséierungskonfiguratioun z'ënnersichen.

Material a Methoden – Ultraschall Laktose Kristalliséierung op Bench-Top

Materialien

• Léisungsmëttel: α-Laktosemonohydrat
• Léisungsmëttelsystem: Deioniséiert Waasser an Isopropanol an engem ternäre Phaseverhältnis optiméiert fir Laktose Iwwersaturatioun
• Sonicator: UP200St-TD equipéiert mat der Flow-Through Sonication Zell (TD-FlowCell)

Equipement Configuratioun
D'UP200St-TD-FlowCell gouf an engem zouenen-Loop kontinuéierlech Kristalliséierung Circuit konfiguréiert. Eng peristaltesch Pompel huet déi iwwersaturéiert Laktoseléisung duerch d'Sonicatiounskammer zirkuléiert, wou Ultraschall Energie an de System vermëttelt gëtt. Inline Temperaturkontroll garantéiert thermesch Stabilitéit während längerer Operatioun.

Ultraschall Laktosekristalliséierung am kontinuéierleche Modus
(Studie a Bild: ©Zettl et al., 2020)

Laktose Solubilitéit
D'Sättigungskonzentratioun vu Laktose, dat ass en Disaccharid aus Glukos a Galaktose, am Waasser bei Raumtemperatur (allgemeng definéiert als 20-25 °C) ass ongeféier. 18,9 gew.% bei 25°C.
D'Laktoseléislechkeet erhéicht mat der Temperatur, awer net linear. Bei 50°C klëmmt se op ca. 31 gew.%, a bei 70°C ass et ca. 45 gew.%.

Protokoll fir kontinuéierlech Laktosekristalliséierung

Zil: System Fouling minimiséieren a Runtime maximéieren ënner kontinuéierlecher Sonikatioun.

Schrëtt fir Schrëtt Protokoll:

1. Virbereedung vun Feed Léisung
   • Opléisen α-Laktose Monohydrat an deioniséiertem Waasser bei 50 ° C fir eng gesättegt Léisung ze kréien.
   • Fir d'wässerlech Laktosesuspension, add 233 g A-Laktose pro 1000 g Waasser
   • Stir d'Mëschung bis d'Material komplett opgeléist ass.
   • Duerno léisst d'Léisung op 25 ° C ofkillen fir eng gesättegt Léisung ze kréien.
2. System Setup
   • Prime de Flux Circuit mat der Fudder Léisung.
   • Setzt de Flowrate op 60 ml / min (optimal fir Residenzzäit vun ~ 30 Sekonnen an der Ultraschallkammer).
   • D'Füttersuspension an d'Anti-Léisungsmëttel ginn iwwer zwee Fütterhäfen an d'Prozesskammer vun der Ultraschallflosszelle gefüttert.
   • Setzt de Flowrate vun 27g / min vun 15 wt% Laktossuspension. Induzéieren Nidderschlag andeems Dir 27g / min vu virgekillte Isopropanol (12 ° C) bäidréit, wat zu enger totaler Massestroumrate vu 54g / min resultéiert. (D'Massflowrate vu 54g/min entsprécht engem Volumenflussgeschwindegkeet op 60mL/min)
   • Start sonication bei 100% Amplituden. Betriebstemperatur tëscht 25-30°C halen.
3. Kristalliséierung Phase
   • Erhalen kontinuéierlech sonication ouni Ënnerbriechung. Hielscher Sonicators si fir 24/7 Operatioun gebaut.
   • Sammelt kristalliséierte Laktose aus engem Downstream Filtermodul all 60 Minutten.
4. Post-Prozess Charakteriséierung
   • Analyséiert d'Kristallmorphologie iwwer SEM.
   • Quantifizéiert d'Kristallgréisstverdeelung mat Laser Diffraktioun (D50 Zil: 80-100 µm).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Zesummesetzung vu Laktosesuspensioune mat Suspendéierter Festmassfraktioun am Feed (ws,f), Suspendéiert Festmassfraktioun am Produkt (ws,p), opgeléist Festmassfraktioun am Produkt (wd,p), Waassermassefraktioun am Produkt (w H2O,p), Isopropanol Massfraktioun am Produkt (w IA,w) benotzt am Produkt (w IA,w) Fraction benotzt, Etude vun Zettl et al., 2020.

Resultater a Virdeeler vun Ultraschall Laktose Kristalliséierung

• Agglomeratioun Mitigatioun:
  Inline Ultraschall huet effektiv d'Kristallagglomeratioun ënnerdréckt, gutt getrennt, prismatesch Laktosekristalle erginn.
• Schaum Reduktioun:
  Notamment huet Ultraschall d'Uewerflächeschaumbildung reduzéiert - e gemeinsamt Thema an Antisolvent-Kristallisatiounen, déi Alkoholen involvéieren - doduerch de volumetresche Duerchgang verbessert.
• Verstoppt Präventioun:
  Kee Fouling oder Verstoppung gouf während der verlängerter Operatioun observéiert, wat d'Roll vun der akustescher Kavitatioun bestätegt fir propper Flächen z'erhalen an zolidd Oflagerung an der Flowzell ze verhënneren.
• Continuous Runtime:
  De Prozess kann a kontinuéierlecher Operatioun erhale bleiwen, mat Kristallqualitéit bleift konsequent iwwer Zäitpunkte.

Ultraschall Laktosekristalliséierung: Laktose kristalliséiert ënner verschiddene Konditiounen: Ultraschallenergieinput, zousätzlech Carrageenan oder Whey (WPC) beaflosst d'Laktosekristallgréisst
Etude a Bild: © Sanchez-García et al., 2018.

Skala-up vun Ultraschall Laktose Kristalliséierung

Hielscher Inline-Sonicatoren, déi an Däitschland op den héchste industrielle Standarden konstruéiert sinn, bidden eng robust Léisung fir kontinuéierlech Kristalliséierung vu Laktose an aner Feststoffer aus iwwersaturéierte Léisungen. Entworf fir Pharma-Grad Uwendungen, ënnerstëtzen dës Systemer präzis Kontroll iwwer Nukleatioun a Kristallwachstum, fir reproduzéierbar Partikelgréisstverdeelungen a Prozesskonsistenz ze garantéieren. Mat linearer Skalierbarkeet vu Labo bis Produktiounsskala, Hielscher Ultraschallreaktoren erméiglechen en nahtlosen Prozesstransfer, d'Entwécklungszäit a Käschten ze minimiséieren. Gekoppelt mat ëmfaassender technescher Berodung, bidden dës Sonikatore personaliséiert Léisungen, déi einfach an cGMP-konforme Kristalliséierungsworkflows integréieren - wat se ideal fir d'pharmazeutesch, Biotech a Liewensmëttelindustrie maachen.

D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller:

Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit Made in Germany

Hielscher Ultraschaller si bekannt fir hir héchst Qualitéit an Designnormen. Robustheet an einfach Operatioun erlaben déi glat Integratioun vun eisen Ultraschaller an industriellen Ariichtungen. Rau Konditiounen an erfuerderlech Ëmfeld ginn einfach vun Hielscher Ultraschaller gehandhabt.

Hielscher Ultrasonics ass eng ISO zertifizéiert Firma a setzt spezielle Wäert op High-Performance Ultrasonicatoren mat modernste Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschaller CE konform an entspriechen d'Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.