Laktozes inline kristalizācija – no laboratorijas uz nozari

Ultraskaņas asistēta kristalizācija ir efektīva metode, lai uzlabotu cieto vielu veidošanos nepārtrauktas plūsmas apstākļos. Zemāk mēs piedāvājam jums pētījumu, kas koncentrējas uz laktozes inline kristalizāciju no laktozes / ūdens / izopropanola trīskāršās sistēmas, izmantojot Hielscher UP200St-TD-FlowCell ultraskaņas kameru. Ultraskaņas pielietošana deva ievērojamus uzlabojumus sistēmas stabilitātē, kristālu morfoloģijā un izpildlaika nepārtrauktībā. Šeit jūs varat atrast optimizēto eksperimentālo protokolu, galvenos veiktspējas rezultātus un ceļu uz rūpniecisko paplašināšanu.

Procesa intensifikācija: laktozes kristalizācija, izmantojot ultraskaņas sadarbību

Kristalizācija ir būtiska farmācijas un pārtikas rūpniecībā attīrīšanai un daļiņu inženierijai. Tomēr tradicionālie partijas procesi cieš no reproducējamības un piesārņojuma ierobežojumiem, jo īpaši paplašināšanas laikā. Nepārtraukta kristalizācija ultraskaņas apstākļos piedāvā pārliecinošu alternatīvu, uzlabojot nukleācijas ātrumu, uzlabojot izmēru sadalījumu un mazinot ar piesārņojumiem saistītās problēmas.

Savā pētījumā Zettl un kolēģi (2020) izmanto hidrofilo sistēmu - laktozes monohidrātu ūdens / izopropanola maisījumā -, lai izpētītu Hielscher UP200St-TD-FlowCell darbības priekšrocības nepārtrauktas kristalizācijas konfigurācijā.

Materiāli un metodes – Ultraskaņas laktozes kristalizācija uz stenda

Materiāli

• Izšķīdinātā viela: α-laktozes monohidrāts
• Šķīdinātāju sistēma: Dejonizēts ūdens un izopropanols trīskāršā fāzes attiecībā, kas optimizēta laktozes pārsātinājumam
• Ultraskaņas skaņas aparats: UP200St-TD, kas aprīkots ar caurplūdes ultraskaņas šūnu (TD-FlowCell)

Iekārtu konfigurācija
UP200St-TD-FlowCell tika konfigurēts slēgta cikla nepārtrauktas kristalizācijas ķēdē. Peristaltiskais sūknis cirkulēja pārsātināto laktozes šķīdumu caur ultraskaņas kameru, kur ultraskaņa sistēmā tiek ievadīta enerģija. Inline temperatūras kontrole nodrošināja termisko stabilitāti ilgstošas darbības laikā.

Ultraskaņas laktozes kristalizācija nepārtrauktā režīmā
(Pētījums un attēls: ©Zettl et al., 2020)

Laktozes šķīdība
Laktozes, kas sastāv no glikozes un galaktozes, piesātinājuma koncentrācija ūdenī istabas temperatūrā (parasti definēta kā 20–25 °C) ir aptuveni 18,9 masas % 25 °C temperatūrā.
Laktozes šķīdība palielinās ar temperatūru, bet ne lineāli. 50 °C temperatūrā tas paaugstinās līdz aptuveni 31 masas temperatūrai, bet 70 °C temperatūrā - aptuveni 45 masas.

Nepārtrauktas laktozes kristalizācijas protokols

Mērķis: Samazināt sistēmas piesārņojumu un maksimāli palielināt darbības laiku nepārtrauktā ultraskaņas režīmā.

Soli pa solim protokols:

1. Barības šķīduma sagatavošana
   • Izšķīdina α-laktozes monohidrātu dejonizētā ūdenī 50 °C temperatūrā, lai iegūtu piesātinātu šķīdumu.
   • Ūdens laktozes suspensijai pievieno 233 g a-laktozes uz 1000 g ūdens
   • Maisiet maisījumu, līdz materiāls ir pilnībā izšķīdis.
   • Pēc tam ļauj šķīdumam atdzist līdz 25 °C, lai iegūtu piesātinātu šķīdumu.
2. Sistēmas iestatīšana
   • Plūsmas ķēdi gruntē ar barošanas šķīdumu.
   • Iestatiet plūsmas ātrumu uz 60 ml / min (optimāls uzturēšanās laikam ~ 30 sekundes ultraskaņas kamerā).
   • Barības suspensija un antišķīdinātājs tiek ievadīti caur divām padeves atverēm ultraskaņas plūsmas šūnas procesa kamerā.
   • Iestatiet 15 masas % laktozes suspensijas plūsmas ātrumu 27 g/min. Izraisa nogulsnēšanu, pievienojot 27 g/min iepriekš atdzesēta izopropanola (12 ° C), kā rezultātā kopējais masas plūsmas ātrums ir 54 g/min. (Masas plūsmas ātrums 54 g/min atbilst tilpuma plūsmas ātrumam līdz 60 ml / min)
   • Sāciet ultraskaņas apstrādi ar 100% amplitūdu. Uzturiet darba temperatūru no 25 līdz 30 ° C.
3. Kristalizācijas fāze
   • Uzturiet nepārtrauktu ultraskaņas bez pārtraukuma. Hielscher ultraskaņas aparāti ir būvēti 24/7 darbībai.
   • Ik pēc 60 minūtēm savāc kristalizētu laktozi no pakārtota filtra moduļa.
4. Pēcprocesa raksturojums
   • Analizējiet kristālu morfoloģiju, izmantojot SEM.
   • Kvantitatīvi noteikt kristālu izmēra sadalījumu, izmantojot lāzera difrakciju (D50 mērķis: 80–100 μm).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Laktozes suspensiju sastāvs ar suspendētās cietās masas frakciju barībā (w s,f), suspendētās cietās masas frakcija produktā (w s,p), izšķīdušās cietās masas daļa produktā (w d,p), ūdens masas daļa produktā (w H2O,p), izopropanola masas daļa produktā (w IA,p) un etanola masas daļa produktā (w EtOH, p) izmantots pētījumā Zettl et al., 2020.

Ultraskaņas laktozes kristalizācijas rezultāti un priekšrocības

• Aglomerācijas mazināšana:
  Inline ultrasonication efektīvi noklusēja kristālu aglomerāciju, radot labi atdalītus, prizmatiskus laktozes kristālus.
• Putu samazināšana:
  Proti, ultraskaņa samazināja virsmas putu veidošanos - izplatīta problēma antišķīdinātāju kristalizācijās, kas saistītas ar spirtiem - tādējādi uzlabojot tilpuma caurlaidspēju.
• Aizsērēšanas novēršana:
  Ilgstošas darbības laikā netika novēroti piesārņojumi vai aizsērēšana, kas apstiprina akustiskās kavitācijas lomu tīru virsmu uzturēšanā un cietas nogulsnēšanās novēršanā plūsmas šūnā.
• Nepārtraukts izpildlaiks:
  Procesu var uzturēt nepārtrauktā darbībā, un kristālu kvalitāte paliek nemainīga dažādos laika punktos.

Ultraskaņas laktozes kristalizācija: laktoze kristalizēta dažādos apstākļos: ultraskaņas enerģijas ievade, pievienots karagināns vai sūkalas (WPC) ietekmē laktozes kristāla lielumu
pētījums un attēls: © Sanchez-García et al., 2018.

Ultraskaņas laktozes kristalizācijas palielināšana

Hielscher inline ultraskaņas aditu, kas izstrādāti Vācijā saskaņā ar visaugstākajiem rūpnieciskajiem standartiem, piedāvā izturīgu risinājumu laktozes un citu cietvielu nepārtrauktai kristalizācijai no pārsātinātiem šķīdumiem. Šīs sistēmas, kas paredzētas farmaceitiskās klases lietojumiem, atbalsta precīzu kontroli pār kodolēšanu un kristālu augšanu, nodrošinot reproducējamu daļiņu izmēra sadalījumu un procesa konsistenci. Ar lineāru mērogojamību no laboratorijas līdz ražošanas mērogam, Hielscher ultraskaņas reaktori nodrošina nevainojamu procesa pārnesi, samazinot izstrādes laiku un izmaksas. Apvienojumā ar visaptverošām tehniskajām konsultācijām šie ultraskaņas agregatori nodrošina pielāgotus risinājumus, kas viegli integrējas cGMP saderīgās kristalizācijas darbplūsmās, padarot tos ideāli piemērotus farmācijas, biotehnoloģiju un pārtikas rūpniecībai.

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.