Ultraschallgestëtzte Kristalliséierung vu Laktos
A ville Prozesser vun der Mëllechveraarbechtung entstinn als Nieweprodukt grouss Quantitéite Molke – och als Mëllechpermeat bezeechent. Dëst Ofwaasser ass räich u Laktos, mee seng Entsuergung ass souwuel deier wéi och eng Belaaschtung fir d’Ëmwelt. Duerch den Asaz vun Ultraschall fir d’Laktos zeréckzegewannen, kann d’Offallquantitéit däitlech reduzéiert ginn, wouduerch e problematescht Ofwaasser zu enger wäertvoller Ressource gëtt. D’Ultraschallbehandlung erméiglecht eng séier an effizient Kristalliséierung, bei där eng grouss Quantitéit u gläichméissege Laktoskristaller entsteet, déi sech fir de kommerziellen Asaz eegnen.
Hierstellung vu Laktos
Laktos gëtt aus enger konzentréierter Laktosléisung hiergestallt, déi aus Molke gewonnen ass. Déi konzentréiert Laktossuspensioun muss op eng niddreg Temperatur ofgekillt ginn, fir Kristaller auszefällen. Nom Ausfällungsschrëtt ginn d’Laktoskristaller duerch Zentrifugatioun ofgetrennt. Duerno ginn d’Kristaller zu engem Polver gedréchent.
Schrëtt vun der Laktoskristalliséierung:
- Konzentratioun
- Nukleatioun
- Kristallwuesstem
- Gewënnung/ Wäschen
Verbessert Kristalliséierung vu Laktos duerch Ultraschallbehandlung
Ultraschall ass fir säi positiven Afloss op Kristalliséierungs- an Ausfällungsprozesser bekannt (Sonokristalliséierung). D’Ultraschallbehandlung verbessert och d’Bildung an de Wuesstem vu Laktoskristaller.
D’Sonokristalliséierung vu Laktos hëlleft, déi maximal Ausbeut u Laktoskristaller a minimaler Zäit ze erreechen.
Ultraschallreakter aus Glas fir d’Inline-Ultraschallbehandlung
E gudde Kristallwuesstem ass wesentlech, fir eng effizient Gewënnung an e wierksaamt Wäsche vun der Laktos ze garantéieren (Extraktioun a Rengegung). D’Ultraschallbehandlung féiert zu enger Iwwersättegung vu Laktos a léist déi primär Nukleatioun vu Laktoskristaller aus. Ausserdeem dréit eng kontinuéierlech Ultraschallbehandlung zu enger sekundärer Nukleatioun bäi, déi eng enk Kristallgréissteverdeelung (CSD) garantéiert.
Ultraschallgestëtzte Kristalliséierung vu Laktos: Laktos, déi ënner verschiddene Bedéngunge kristalliséiert gouf: den Ultraschallenergieantrag, bäigesate Carrageenan oder Molke (WPC) beaflossen d’Gréisst vun de Laktoskristaller
Etüd a Bild: ©Sanchez-García et al., 2018.
Virdeeler vun Ultraschall:
- maximal Ausbeut
- ganz kuerz Prozesszäit
- gläichméisseg Kristallgréisst
- kontrolléierbar Kristallgréisst
- gläichméisseg Kristallform
Vun der Machbarkeet bis zur Inline-Produktioun: Sonokristalliséierung vu Laktos
Liest méi iwwer d’Skaléierung vun der ultraschallgestëtzter Laktoskristalliséierung vun Dëschapparater bis zur industrieller Produktioun!
Vum Ofwaasser zur Laktos
Wéinst der grousser Mëllechproduktioun ass Molke dacks en Nieweprodukt, dat als Ofwaasser behandelt gëtt. D’Entsuergung vu flësseger Molke ass wéinst hirem héije biologesche Sauerstoffbedarf (BOD) a Waassergehalt käschtenintensiv. Wann d’Laktos aus der Molke zeréckgewonne gëtt, gëtt d’Offallprodukt an engem Noveraarbechtungsschrëtt benotzt, fir Laktospolver hierzestellen. D’Zeréckgewënnung vu Laktos reduzéiert de BOD vun der Molke ëm méi wéi 80%, wouduerch d’Nieweprodukt nëtzlech a méi ëmweltfrëndlech gëtt. En ultraschallënnerstëtzte Kristalliséierungsprozess verbessert de Kristallwuesstem, d’Ausbeut an d’Qualitéit.
Laktos gëtt an der Liewensmëttel- a Pharmaindustrie breet als Zutat benotzt, als Réistoff fir d’Hierstellung vu Laktitol oder als Ausgangsmaterial fir d’mikrobiell Hierstellung vu biologesch ofbaubare Polyesteren.
UIP2000hdT, en Ultraschallapparat mat enger Leeschtung vun 2000 Watt mat Duerchflusszell fir déi industriell Inline-Kristalliséierung
Ultraschallausrüstung
Hielscher Ultrasonics bitt Ultraschallausrüstung fir Sonokristalliséierungsprozesser – entweder fir d’Ultraschallbehandlung a Chargen oder fir d’Inline-Veraarbechtung an engem Ultraschallreakter. All Hielscher Ultraschallapparater si fir de kontinuéierleche Betrib (24hrs/ 7d/ 365d) konzipéiert, fir déi maximal Auslaaschtung vun der Ausrüstung ze garantéieren. Industriell Ultraschallapparater vun 0,5kW bis zu 16kW pro Eenheet eegne sech fir déi kommerziell Veraarbechtung vu grousse Quantitéiten un iwwersättegte Suspensiounen.
Laktosveraarbechtung a Liewensmëttelqualitéit
Hielscher Ultraschallapparater si ganz wierksam, fir d’Kristalliséierung vu Laktos aus iwwersättegte Léisungen ze fërderen an ze kontrolléieren. Duerch den Asaz vun intensiver Ultraschallkavitatioun erhéijen dës Systemer d’Nukleatiounsraten, verkierzen d’Induktiounszäiten an erméiglechen d’Bildung vu gläichméissegen, kloer definéierte Kristaller. Dëst féiert zu enger méi séierer Kristalliséierungskinetik an enger verbesserter Kontroll vun der Kristallgréisst a -morphologie. Hielscher Ultraschallapparater eegne sech ideal souwuel fir Chargeprozesser wéi och fir kontinuéierlech Inline-Prozesser a bidden skaléierbar Léisunge vun der Fuerschung an Entwécklung bis zur industrieller Produktioun. Hir robust däitsch Ingenieurskonscht an hir Kompatibilitéit mat Standarde fir pharmazeutesch Qualitéit maachen se besonnesch gëeegent fir usprochsvoll Uwendunge bei der Rengegung, Formuléierung a Veraarbechtung vu Laktos.
Hielscher Ultraschallapparater eegne sech fir d’Produktioun a Liewensmëttel- a Pharmaqualitéit am Aklang mat de cGMP-Standarden. Hielscher Ultraschallapparater si mat hygieneschen Uschlossarmaturen disponibel, déi d’vollstänneg Konformitéit mat de Standarde fir hygienesch Veraarbechtung garantéieren. D’Ultraschallsonotroden (och als Sonden oder Hénger bezeechent) an d’Duerchflossreaktere si mat stréimungsgënschtegen, liicht ze rengegende Geometrie konzipéiert, déi eng effizient Ënnerhalung erliichteren an d’Ausfallzäite miniméieren. Besonnesch ze betounen ass, datt d’Ultraschallkavitatioun selwer als Clean-in-Place-Mechanismus (CIP) wierkt an d’Rengegung vun den bannenzege Flächen am Betrib ënnerstëtzt. Fir aseptesch Ëmfeld sinn all Sonotroden a Reaktere vollstänneg autoklavéierbar. Dank hirem klenge Plazbedarf kënnen Hielscher Systemer einfach a bestoend Produktiounslinnen integréiert oder nogerëscht ginn – dat mécht se ideal fir d’Moderniséierung vu Kristalliséierungsanlagen an der Pharma- a Liewensmëttelproduktioun.
Kontaktéiert eis nach haut, fir méi Informatiounen ze kréien! Hielscher Ultrasonics bitt verschidde standardiséiert souwéi personaliséiert Léisunge fir d’Ultraschallveraarbechtung vu Mëllechprodukter a Liewensmëttelen!
Ultraschallapparat UIP6000hdT mat enger Duerchflusszell, déi ënner Drock gesat ka ginn. En Heiz-/ Killmantel erméiglecht d’Ultraschallbehandlung bei erhéichten oder erofgesaten Temperaturen.
Iwwer d’Sonokristalliséierung
Wann Héichleeschtungsultraschall agesat gëtt, fir Kristalliséierungsprozesser auszeléisen an ze verbesseren, gëtt dat als Sonokristalliséierung bezeechent. D’Sonokristalliséierung baséiert op der Uwendung vun “akustesche Wellen, fir physikalesch-chemesch Verännerungen am Material auszeléisen. Zu de verbreeten Uwendunge vun Héichleeschtungsultraschall gehéiert säin Asaz, fir cheemesch Reaktiounen auszeléisen (Sonochemie) an d’Kristalliséierung ze fërderen (Sonokristalliséierung). Dës Techniken hunn d’Opmierksamkeet vu verschiddenen Industrien op sech gezunn, dorënner d’Pharma-, d’cheemesch an d’Liewensmëttelindustrie, well se Virdeeler bidden. Ultraschalltechnike si wirtschaftlech rentabel a relativ einfach an den industrielle Betrib ze integréieren. Dës Technike kënne benotzt ginn, fir souwuel d’Reproduzéierbarkeet wéi och d’Produktiounsausbeut ze verbesseren; si sinn net thermesch an ëmweltschounend”. [Martini 2013, 4]
Nukleatioun a Kristallwuesstem
D’Kristalliséierung gëtt als de Bildungsprozess definéiert, bei deem fest Kristaller aus enger iwwersättegter Léisung, enger Schmelz oder engem Gas ausfalen.
De Kristalliséierungsprozess besteet aus zwou Haaptphasen: der Nukleatioun an dem Kristallwuesstem.
Wärend der Nukleatioun fänken déi opgeléiste Moleküllen an der Léisung un, Clusteren ze bilden, déi grouss genuch musse sinn, fir ënner de Betribsbedéngunge stabil ze sinn. Esou e stabile Cluster bild e Kristallkeim. Nodeem déi kritesch Gréisst fir d’Bildung vun engem stabile Kristallkeim erreecht ass, fänkt d’Phas vum Kristallwuesstem un.
An der Phas vum Kristallwuesstem ginn déi gebilte Kristallkeimer méi grouss, well weider Moleküllen un de Cluster gebonne ginn. De Wuesstemsprozess hänkt vum Sättegungsgrad an anere Parameteren of, wéi enger gläichméisseger Duerchmëschung, der Temperatur asw.
Déi klassesch Kristalliséierungstheorie baséiert op der thermodynamescher Virstellung, datt en isoléierte System absolut stabil ass, wann seng Entropie onverännerlech ass.
Fakten iwwer Laktos
Laktos (Mëllechzocker) ass en Disaccharid, dat aus Glukos a Galaktos opgebaut ass, déi duerch eng β(1→4)-glykosidesch Bindung matenee verbonne sinn.
Wéinst der Presenz vun engem chirale Kuelestoffatom ka Laktos a Form vun de follgenden 2 Isomertyppe virkommen: α- oder β-Laktos. Laktos kënnt am heefegsten als hydratiséierten α-Laktosmonohydratkristall vir. Déi aner polymorph Form, waasserfräi β-Laktos, ass manner heefeg a kristalliséiert iwwer 93,5°C. D’α- a β-Anomeren hu ganz ënnerschiddlech Eegenschaften. Déi polymorph Forme kënne mat Hëllef vun der spezifescher Dréiung (+89°C an +35°C fir α- respektiv β-Laktos) an der Léislechkeet (70 an 500g/L (bei 20°C) fir α- respektiv β-Laktos) ënnerscheet ginn. [McSweeney et al. 2009]
Si ass dat Haaptkuelenhydrat vun der Mëllech a kënnt a Konzentratioune vun 2–8 wt% vir. Laktos ass geschmaachlos an huet eng niddreg Séisskraaft. Laktos wierkt als reduzéierenden Zocker a fërdert d’Maillard- a Stecker-Reaktiounen. Doduerch gëtt Laktos benotzt, fir d’Faarf an de Goût vu Liewensmëttele wéi Bäckereiprodukter, Pâtisserie a Séissegkeeten ze verbesseren.
Laktos ass e vill benotzte Liewensmëttelzousazstoff, deen a Liewensmëttelen a pharmazeutesche Produiten als Dréierstoff, Fëllstoff, Stabilisator a Verdënnungsmëttel fir Tabletten déngt.
α-Laktos ass déi rengst Form, déi fir pharmazeutesch Produite benotzt gëtt.
Laktos ass eng wichteg Zutat, wann et ëm Goût, Aroma a Brongfierwungsreaktioune geet.
Formel: C12H22O11
IUPAC-ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
Molmass: 342,3 g/mol
Schmëlzpunkt: 202,8°C
Dicht: 1,53 g/cm3
Klassifikatioun: FODMAP
Léislech an: Waasser, Ethanol
Literatur / Referenzen
- 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 stellt Héichleeschtungsultraschallhomogenisatoren hier, vu Labogréisst bis zur industrieller Gréisst.