Ultraskaņas laktozes kristalizācija
- Daudzos piena procesos sūkalas (piena caurlaidība) notiek lielos apjomos kā blakusprodukts. Sūkalām ir augsts laktozes saturs, un tās ir jāiznīcina, kas ir dārgi un ietekmē vidi.
- Atgūstot laktozi ar ultraskaņu, sūkalu notekūdeņus var krasi samazināt, bet atgūtā laktoze ir tirgojams produkts.
- Ultrasonication veicina ātru un efektīvu kristalizāciju, kā rezultātā rodas augsts vienmērīgu laktozes kristālu iznākums.
Laktozes ražošana
Laktozi ražo no koncentrēta laktozes šķīduma (kas iegūts no sūkalām). Koncentrētā laktozes virca jāatdzesē līdz zemai temperatūrai, lai izgulsnētu kristālus. Pēc nogulsnēšanas laktozes kristālus atdala centrifugējot. Pēc tam kristālus žāvē līdz pulverim.
Laktozes kristalizācijas soļi:
- Koncentrācija
- Nukleācija
- Kristāla augšana
- Ražas novākšana/ mazgāšana
Uzlabota laktozes kristalizācija ar ultraskaņu
Ultraskaņa ir labi pazīstama ar savu pozitīvo ietekmi uz kristalizācijas un nokrišņu procesiem (sonokristalizācija). Ultraskaņas apstrāde uzlabo arī laktozes kristālu veidošanos un augšanu.
Laktozes sonokristalizācija palīdz iegūt maksimālu laktozes kristālu ražu minimālā laikā.
Laba kristāla augšana ir būtiska, lai nodrošinātu efektīvu laktozes novākšanu un mazgāšanu (ekstrakcija) & attīrīšana). Ultraskaņas apstrāde izraisa laktozes pārsātinājumu un uzsāk laktozes kristālu primāro nukleāciju. Turklāt nepārtraukta ultraskaņas apstrāde veicina sekundāro nukleāciju, kas nodrošina ar mazu kristāla izmēru (CSD).
Ultraskaņas laktozes kristalizācija: Laktoze kristalizēta dažādos apstākļos: ultraskaņas enerģijas ievade, pievienots karagināns vai sūkalas (WPC) ietekmē laktozes kristāla izmēru
pētījums un attēls: ©Sanchez-García et al., 2018.
Ultraskaņas priekšrocības:
- maksimālā raža
- ļoti īss procesa laiks
- vienots kristāla izmērs
- kontrolējams kristāla izmērs
- vienmērīga kristāla forma
No notekūdeņiem līdz laktozei
Lielās piena ražošanas dēļ sūkalas bieži vien ir blakusprodukts, ko apstrādā kā notekūdeņu atkritumus. Šķidro sūkalu likvidēšana ir dārga, pateicoties augstajam bioloģiskā skābekļa patēriņam (BSP) un ūdens saturam. Kad laktoze tiek atgūta no sūkalām, atkritumu produkts tiek izmantots pēcapstrādes posmā, lai iegūtu laktozes pulveri. Laktozes atgūšana samazina sūkalu BSP par vairāk nekā 80%, padarot blakusproduktu noderīgu un videi draudzīgāku. Ultrasoniski atbalstīts kristalizācijas process uzlabo kristālu augšanu, ražu un kvalitāti.
Laktozi plaši izmanto kā sastāvdaļu pārtikas un farmācijas nozarē, kā izejvielu laktitola ražošanai vai kā pamatmateriālu bioloģiski noārdāmu poliesteru mikrobu ražošanai.
Ultraskaņas iekārtas
Hielscher Ultrasonics piedāvā jums ultraskaņas iekārtas sonokristalizācijas procesiem – vai nu partijas apstrādei ar ultraskaņu, vai inline apstrādei ultraskaņas reaktorā. Visas mūsu ultraskaņas ierīces ir paredzētas nepārtrauktai darbībai (24 stundas / 7d / 365d), nodrošinot maksimālu aprīkojuma izmantošanu. Rūpnieciskās ultraskaņas ierīces no 0,5 kW līdz 16 kW uz vienu vienību ir piemērotas lielu sūkalu suspensiju komerciālai apstrādei.
Pārtikas kvalitātes pārstrāde
Hielscher ultraskaņas sistēmas ir pieejamas ar sanitārajiem piederumiem. Ultraskaņas sonotrodes (zondes / ragi) un reaktoriem ir vienkārša ģeometrija, lai atvieglotu tīrīšanu. Ultraskaņas kavitācija darbojas kā tīrāka vietā (CIP). Mūsu sonotrodi un reaktori ir autoklavējami.
Sakarā ar nelielu nospiedumu, Hielscher ultraskaņas sistēmas var viegli integrēt vai modernizēt jūsu esošajā objektā.
Sazinieties ar mums jau šodien, lai iegūtu vairāk informācijas! Hielscher Ultrasonics piedāvā dažādus standartizētus, kā arī pielāgotus risinājumus ultraskaņas piena un pārtikas procesiem!
Literatūra/Atsauces
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Desvals, A.; Mišra, H.N.; Kullens, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultraskaņa uzlabotai kristalizācijai pārtikas pārstrādē. Pārtikas inženierijas pārskati 5/1, 2013. 36-44.
- Dincers, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmers, M.; Nedēļas, M. (2014): Laktozes sonokristalizācija ūdens sistēmā. Starptautiskais piensaimniecības žurnāls 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Laktozes daļiņu inženierija: ultraskaņas un anti-šķīdinātāja ietekme uz kristāla ieradumu un daļiņu izmēru. J Krista izaugsme 312(23):3509–20.
- Martini, Silvana (2013): Tauku sonokristalizācija. Springer biksītes pārtikā, veselībā un uzturā. 2013.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultraskaņas atbalstīta laktozes kristalizācija sūkalu olbaltumvielu un κ-karagināna klātbūtnē. Ultrasonics Sonochemistry, 42. sējums, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Lapsa P.F. (2009): Progresīvā piena ķīmija. 3. sēj. Laktoze, ūdens, sāļi un vitamīni. Ņujorka: Springer Science + biznesa mediji. 759 iedz.
- Patels, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Procesa parametru ietekme uz laktozes kristāla izmēru un morfoloģiju ultraskaņas kristalizācijā. Kristāla izpētes tehnoloģija 46/3. 2011. 243-248.
- Vongs, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Kristalizācija laktozes rafinēšanā – Pārskats. Pārtikas zinātnes žurnāls 79/3, 2014. 257-272.
Par sonokristalizāciju
Kad jaudas ultraskaņa tiek pielietota, lai izraisītu un uzlabotu kristalizācijas procesus, to sauc par sonokristalizāciju. Sonokristalizācijas pamatā ir “akustiskie viļņi, lai izraisītu materiāla fizikāli ķīmiskās izmaiņas. Daži izplatīti jaudas ultraskaņas pielietojumi ietver tās izmantošanu, lai izraisītu ķīmiskas reakcijas (sonochemistry) un veicinātu kristalizāciju (sonokristalizāciju). Šīs metodes ir pievērsušas vairāku nozaru, tostarp farmācijas, ķīmijas un pārtikas rūpniecības, uzmanību, ņemot vērā to piedāvātās priekšrocības. Ultraskaņas metodes ir ekonomiski dzīvotspējīgas un salīdzinoši viegli iekļaujamas rūpnieciskajā darbībā. Šīs metodes var izmantot, lai uzlabotu gan reproducējamību, gan produkcijas ražību; tie nav termiski un ekoloģiski tīri”. [Mārtiņš 2013, 4]
Nukleācija un kristāla augšana
Kristalizāciju nosaka kā veidošanās procesu, kurā cietie kristāli izgulsnējas no pārsātināta šķīduma, kausējuma vai gāzes.
Kristalizācijas process sastāv no diviem galvenajiem posmiem: nukleācijas un kristāla augšanas.
Nukleācijas laikā izšķīdušās molekulas šķīdumā sāk veidot klasterus, kuriem jābūt pietiekami lieliem, lai tie būtu stabili darba apstākļos. Šāds stabils klasteris veido kodolu. Pēc kritiskā izmēra sasniegšanas, lai izveidotu stabilu kodolu, sākas kristāla augšanas stadija.
Kristāla augšanas fāzē veidotie kodoli kļūst lielāki, jo vairāk molekulu ir saistītas ar klasteri. Augšanas process ir atkarīgs no piesātinājuma pakāpes un citiem parametriem, piemēram, vienmērīgas sajaukšanas, temperatūras utt.
Klasiskās kristalizācijas teorijas pamatā ir termodinamiskā koncepcija, ka izolēta sistēma ir absolūti stabila, ja tās entropija ir nemainīga.
Fakti par laktozi
Laktoze (piena cukurs) ir disaharīds, kas veidots no glikozes un galaktozes, ko savieno β(1→4) glikozīdu saite.
Hirālā oglekļa klātbūtnes dēļ laktoze var rasties šādu 2 izomēru veidu veidā: α- vai β-laktoze. Laktoze visbiežāk sastopama kā hidratēts α-laktozes monohidrāta kristāls. Otrs polimorfs, bezūdens β-laktoze, ir retāk sastopams, un tas kristalizējas virs 93,5 °C. α- un β-anomēriem ir ļoti atšķirīgas īpašības. Polimorfus var atšķirt pēc īpatnējās rotācijas (attiecīgi +89°C un +35°C α- un β-laktozei) un šķīdības (70 un 500g/L (20°C temperatūrā) attiecīgi α- un β-laktozei). [McSweeney et al. 2009]
Tas ir galvenais piena ogļhidrāts un ir atrodams koncentrācijā 2-8 masas%. Laktoze ir bez garšas un ar zemu saldumu. Laktoze darbojas kā reducējošs cukurs un veicina Maillard un Stecker reakcijas. Tādējādi laktozi izmanto, lai uzlabotu pārtikas produktu, piemēram, maizes izstrādājumu, konditorejas izstrādājumu un konditorejas izstrādājumu, krāsu un garšu.
Laktoze ir plaši izmantota pārtikas piedeva, kas darbojas kā nesējs, pildviela, stabilizators un tablešu atšķaidītājs pārtikas un farmācijas produktos.
α-laktoze ir tīrākā forma, ko izmanto farmaceitiskiem produktiem.
Laktoze ir svarīga sastāvdaļa, ja runa ir par garšu, aromātu un brūnināšanas reakcijām.
Formula: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galaktopiranozil-(1→4)-D-glikoze
Molmasa: 342,3 g/mol
Kušanas punkts: 202.8 ° C
Blīvums: 1,53 g / cm3
Klasifikācija: FODMAP
Šķīst: ūdenī, etanolā
bioaktīvie savienojumi Ekstrakcijas Pārtika nano Farmācija fitoķīmiskās vielas procesa intensifikācija Šķīdinātāja ekstrakcija Sonochemistry UIP2000hdT UIP4000hdT Ultrasonication ultraskaņas ekstrakcija Ultraskaņas nosūcējs UP400St