Ultrasone kristallisatie van lactose
- In veel zuivelprocessen komt wei (melkpermeaat) in grote hoeveelheden voor als bijproduct. Wei heeft een hoog lactosegehalte en moet worden afgevoerd, wat duur is en gevolgen heeft voor het milieu.
- Door de lactose terug te winnen met ultrasoon geluid kan het afvalwater van wei drastisch worden verminderd, terwijl de teruggewonnen lactose een verkoopbaar product is.
- Ultrasoon bevordert een snelle en efficiënte kristallisatie, wat resulteert in een hoge opbrengst van uniforme lactosekristallen.
Lactose Vervaardiging
Lactose wordt geproduceerd uit een geconcentreerde oplossing van lactose (gewonnen uit wei). De geconcentreerde lactoseslurry moet worden afgekoeld tot een lage temperatuur om kristallen te laten neerslaan. Na de neerslagstap worden de lactosekristallen gescheiden door centrifugeren. Daarna worden de kristallen gedroogd tot een poeder.
Stappen van Lactose Kristallisatie:
- concentratie
- nucleatie
- Kristalgroei
- Oogsten/wassen
Verbeterde kristallisatie van lactose door Sonicatie
Ultrasoon geluid staat bekend om zijn positieve invloed op kristallisatie- en neerslagprocessen (sonokristallisatie). Sonificatie verbetert ook de vorming en groei van lactosekristallen.
Sonokristallisatie van lactose helpt om een maximale opbrengst aan lactosekristallen te krijgen in een minimale tijd.
Een goede kristalgroei is belangrijk om de lactose efficiënt te kunnen oogsten en wassen (extractie & zuivering). Sonificatie veroorzaakt een oververzadiging van lactose en initieert de primaire nucleatie van lactosekristallen. Bovendien draagt continue sonificatie bij aan een secundaire nucleatie, die zorgt voor een kleine kristalgrootteverdeling (CSD).
Ultrasone kristallisatie van lactose: Lactose gekristalliseerd onder verschillende omstandigheden: ultrasone energie-input, toegevoegd carrageen of wei (WPC) beïnvloedt kristalgrootte lactose
studie en foto: ©Sanchez-García et al., 2018.
Voordelen van echografie:
- maximaal rendement
- zeer korte procestijd
- uniforme kristalgrootte
- regelbare kristalgrootte
- uniforme kristalvorm
Van afvalwater naar lactose
Vanwege de grote zuivelproductie is wei vaak een bijproduct dat wordt behandeld als afvalwater. De verwijdering van vloeibare wei is kostenintensief vanwege het hoge biologische zuurstofverbruik (BZV) en het hoge watergehalte. Als de lactose uit de wei wordt teruggewonnen, wordt het afvalproduct in een nabewerkingsstap gebruikt om lactosepoeder te produceren. De terugwinning van lactose vermindert de BOD van wei met meer dan 80%, waardoor het bijproduct nuttig en milieuvriendelijker wordt. Een ultrasoon ondersteund kristallisatieproces verbetert de kristalgroei, opbrengst en kwaliteit.
Lactose wordt veel gebruikt als ingrediënt in de voedings- en farmaceutische industrie, als grondstof voor de productie van lactitol of als basismateriaal voor de microbiële productie van biologisch afbreekbare polyesters.
Ultrasone apparatuur
Hielscher Ultrasonics biedt u ultrasone apparatuur voor sonokristallisatieprocessen – voor batch sonicatie of voor inline verwerking in een ultrasone reactor. Al onze ultrasone apparaten zijn ontworpen om continu te werken (24 uur per dag/ 7 dagen per week/ 365 dagen per jaar), zodat de apparatuur maximaal wordt benut. Industriële ultrasone apparaten van 0,5 kW tot 16 kW per apparaat zijn geschikt voor de commerciële verwerking van grote weisuspensies.
Voedselveilige verwerking
Hielscher ultrasone systemen zijn verkrijgbaar met sanitaire armaturen. De ultrasone sonotroden (sondes/ hoorns) en reactoren hebben een eenvoudige geometrie voor eenvoudige reiniging. De ultrasone cavitatie werkt als cleaner-in-place (CIP). Onze sonotroden en reactoren zijn autoclaveerbaar.
Dankzij het kleine oppervlak kunnen de ultrasone systemen van Hielscher eenvoudig in uw bestaande installatie worden geïntegreerd of achteraf worden ingebouwd.
Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie! Hielscher Ultrasonics biedt diverse gestandaardiseerde en op maat gemaakte oplossingen voor ultrasone zuivel- en voedingsmiddelenprocessen!
Literatuur/referenties
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasoon geluid voor verbeterde kristallisatie in voedselverwerking. 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): Sonokristallisatie van lactose in een waterig systeem. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Lactose partikel engineering: invloed van ultrageluid en anti-oplosmiddel op kristalgewoonte en deeltjesgrootte. J Cryst Growth 312(23):3509-20.
- Martini, Silvana (2013): Sonokristallisatie van vetten. Springer Briefs in Food, Health, and Nutrition. 2013.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultrasoon gestuurde kristallisatie van lactose in de aanwezigheid van wei-eiwitten en κ-carrageen. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 42, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Geavanceerde Zuivelchemie. Vol. 3. Lactose, water, zouten en vitaminen. New York: Springer Science + Business Media. 759p.
- Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Effect van procesparameters op kristalgrootte en morfologie van lactose in ultrasoon geassisteerde kristallisatie. Kristalonderzoekstechnologie 46/3. 2011. 243-248.
- Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Kristallisatie in Lactose Raffinage – Een overzicht. Tijdschrift voor Levensmiddelenwetenschappen 79/3, 2014. 257-272.
Over Sonokristallisatie
Wanneer ultrageluid wordt toegepast om kristallisatieprocessen op gang te brengen en te verbeteren, staat dit bekend als sonokristallisatie. Sonokristallisatie is gebaseerd op de toepassing van “akoestische golven om fysisch-chemische veranderingen in het materiaal teweeg te brengen. Enkele veelvoorkomende toepassingen van ultrageluid zijn het gebruik om chemische reacties op te wekken (sonochemie) en om kristallisatie te bevorderen (sonokristallisatie). Deze technieken hebben de aandacht getrokken van verschillende industrieën, waaronder de farmaceutische, chemische en voedingsmiddelenindustrie, gezien de voordelen die ze bieden. Ultrasoontechnieken zijn economisch haalbaar en relatief eenvoudig te integreren in industriële processen. Deze technieken kunnen worden gebruikt om zowel de reproduceerbaarheid als de opbrengst van de productie te verbeteren; ze zijn niet-thermisch en milieuvriendelijk.”. [Martini 2013, 4]
Nucleatie en kristalgroei
Kristallisatie wordt gedefinieerd als het vormingsproces waarbij vaste kristallen neerslaan uit een oververzadigde oplossing, smelt of gas.
Het kristallisatieproces bestaat uit twee hoofdfasen: de nucleatie en de kristalgroei.
Tijdens de nucleatie beginnen de opgeloste moleculen in de oplossing clusters te vormen, die groot genoeg moeten zijn om stabiel te blijven onder de bedrijfsomstandigheden. Zo'n stabiele cluster vormt een kern. Na het bereiken van de kritische grootte om een stabiele kern te vormen, begint de fase van kristalgroei.
In de fase van kristalgroei worden de gevormde kernen groter naarmate er meer moleculen aan het cluster worden gebonden. Het groeiproces hangt af van de verzadigingsgraad en andere parameters zoals uniforme menging, temperatuur enz.
De klassieke kristallisatietheorie is gebaseerd op de thermodynamische opvatting dat een geïsoleerd systeem absoluut stabiel is als de entropie onveranderlijk is.
Feiten over lactose
Lactose (melksuiker) is een disacharide opgebouwd uit glucose en galactose verbonden door een β(1→4) glycosidebinding.
Vanwege de aanwezigheid van een chirale koolstof kan lactose voorkomen in de vorm van de volgende 2 isomeren: α- of β-lactose. Lactose wordt het meest gevonden als gehydrateerd α-lactose monohydraat kristal. De andere polymorf, watervrije β-lactose, komt minder vaak voor en kristalliseert boven 93,5°C. De α- en β-anomeren hebben heel verschillende eigenschappen. De polymorfen kunnen onderscheiden worden door de specifieke rotatie (+89°C en +35°C voor respectievelijk α- en β-lactose) en oplosbaarheid (70 en 500g/L (bij 20°C) voor respectievelijk α- en β-lactose). [McSweeney et al. 2009]
Het is het belangrijkste koolhydraat in melk en komt voor in concentraties van 2-8 gewichtsprocent. Lactose is smaakloos en heeft een lage zoetheid. Lactose werkt als een reducerende suiker en bevordert de Maillard- en Stecker-reacties. Daarom wordt lactose gebruikt om de kleur en smaak van voedingsmiddelen zoals bakkerijproducten, gebak en suikerwerk te verbeteren.
Lactose is een veelgebruikt voedingsadditief dat fungeert als drager, vulstof, stabilisator en tabletverdunner in voedingsmiddelen en farmaceutische producten.
α-lactose is de zuiverste vorm, die wordt gebruikt voor farmaceutische producten.
Lactose is een belangrijk ingrediënt als het gaat om smaak, aroma en bruiningsreacties.
Formule: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galactopyranosyl-(1→4)-D-glucose
Molaire massa: 342,3 g/mol
Smeltpunt: 202,8°C
Dichtheid: 1,53 g/cm3
Classificatie: FODMAP
Oplosbaar in: water, ethanol
bioactieve bestanddelen Extractie Voedsel nano farma fytochemicaliën procesintensivering solventextractie sonochemie UIP2000hdT UIP4000hdT ultrasoon ultrasone extractie ultrasone extractor UP400St