Ultradźwiękowa krystalizacja laktozy
- W wielu procesach mleczarskich serwatka (permeat mleczny) występuje w dużych ilościach jako produkt uboczny. Serwatka ma wysoką zawartość laktozy i musi być utylizowana, co jest kosztowne i ma wpływ na środowisko.
- Odzyskując laktozę za pomocą ultradźwięków, ścieki serwatkowe można drastycznie zmniejszyć, podczas gdy odzyskana laktoza jest produktem rynkowym.
- Ultradźwięki sprzyjają szybkiej i wydajnej krystalizacji, co skutkuje wysoką wydajnością jednolitych kryształów laktozy.
Produkcja laktozy
Laktoza jest produkowana ze stężonego roztworu laktozy (uzyskanej z serwatki). Stężona zawiesina laktozy musi zostać schłodzona do niskiej temperatury w celu wytrącenia kryształów. Po etapie wytrącania kryształy laktozy są oddzielane przez odwirowanie. Następnie kryształy są suszone do postaci proszku.
Etapy krystalizacji laktozy:
- koncentracja
- nukleacja
- Wzrost kryształów
- Zbiór/mycie
Ulepszona krystalizacja laktozy za pomocą sonikacji
Ultradźwięki są dobrze znane ze swojego pozytywnego wpływu na procesy krystalizacji i wytrącania (sonokrystalizacja). Sonikacja poprawia również tworzenie i wzrost kryształów laktozy.
Sono-krystalizacja laktozy pomaga uzyskać maksymalną wydajność kryształów laktozy w minimalnym czasie.
Dobry wzrost kryształów jest istotny dla zapewnienia wydajnego zbierania i mycia laktozy (ekstrakcja & oczyszczanie). Sonikacja powoduje przesycenie laktozy i inicjuje pierwotne zarodkowanie kryształów laktozy. Ponadto, ciągła sonikacja przyczynia się do wtórnej nukleacji, która zapewnia mały rozkład wielkości kryształów (CSD).
Ultradźwiękowa krystalizacja laktozy: Laktoza krystalizowana w różnych warunkach: ultradźwiękowy wkład energii, dodany karagen lub serwatka (WPC) wpływa na wielkość kryształów laktozy.
opracowanie i zdjęcie: ©Sanchez-García et al., 2018.
Korzyści ze stosowania ultradźwięków:
- maksymalna wydajność
- Bardzo krótki czas procesu
- Jednolity rozmiar kryształów
- Kontrolowany rozmiar kryształu
- jednolity kształt kryształu
Od ścieków do laktozy
Ze względu na dużą produkcję mleczarską, serwatka jest często produktem ubocznym, który jest traktowany jako ściek. Usuwanie płynnej serwatki jest kosztowne ze względu na jej wysokie biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT) i zawartość wody. Gdy laktoza jest odzyskiwana z serwatki, produkt odpadowy jest wykorzystywany na etapie przetwarzania końcowego do produkcji laktozy w proszku. Odzysk laktozy zmniejsza BZT serwatki o ponad 80%, dzięki czemu produkt uboczny jest użyteczny i bardziej przyjazny dla środowiska. Proces krystalizacji wspomagany ultradźwiękami poprawia wzrost kryształów, wydajność i jakość.
Laktoza jest szeroko stosowana jako składnik w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, jako surowiec do produkcji laktitolu lub jako materiał bazowy do mikrobiologicznej produkcji biodegradowalnych poliestrów.
Sprzęt ultradźwiękowy
Hielscher Ultrasonics oferuje sprzęt ultradźwiękowy do procesów sonokrystalizacji – do sonikacji wsadowej lub do przetwarzania inline w reaktorze ultradźwiękowym. Wszystkie nasze urządzenia ultradźwiękowe są zaprojektowane do pracy ciągłej (24 godziny / 7 dni / 365 dni), zapewniając maksymalne wykorzystanie sprzętu. Przemysłowe urządzenia ultradźwiękowe o mocy od 0,5 kW do 16 kW na jednostkę nadają się do komercyjnego przetwarzania dużych zawiesin serwatki.
Przetwarzanie w jakości spożywczej
Systemy ultradźwiękowe Hielscher są dostępne z armaturą sanitarną. Sonotrody ultradźwiękowe (sondy / rogi) i reaktory mają prostą geometrię ułatwiającą czyszczenie. Kawitacja ultradźwiękowa działa jako środek czyszczący na miejscu (CIP). Nasze sonotrody i reaktory są autoklawowalne.
Ze względu na niewielkie rozmiary, systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher można łatwo zintegrować lub zmodernizować w istniejącym obiekcie.
Skontaktuj się z nami już dziś, aby uzyskać więcej informacji! Hielscher Ultrasonics oferuje różne standardowe, jak również niestandardowe rozwiązania dla ultradźwiękowych procesów mleczarskich i spożywczych!
Literatura/Referencje
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultradźwięki dla lepszej krystalizacji w przetwórstwie żywności. 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): Sonokrystalizacja laktozy w układzie wodnym. International Dairy Journal 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Inżynieria cząstek laktozy: wpływ ultradźwięków i antyrozpuszczalnika na strukturę krystaliczną i wielkość cząstek. J Cryst Growth 312(23):3509-20.
- Martini, Silvana (2013): Sonocrystallization of Fats. 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): Wspomagana ultradźwiękami krystalizacja laktozy w obecności białek serwatkowych i κ-karagenu. Ultrasonics Sonochemistry, tom 42, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Advanced Dairy Chemistry. Vol. 3. Lactose, water, salts and vitamins. New York: Springer Science + Business Media. 759p.
- Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Wpływ parametrów procesu na wielkość kryształów i morfologię laktozy w krystalizacji wspomaganej ultradźwiękami. Crystal Research Technology 46/3. 2011. 243-248.
- Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Krystalizacja w rafinacji laktozy – A Review. Journal of Food Science 79/3, 2014. 257-272.
Informacje o sonokrystalizacji
Gdy ultradźwięki mocy są stosowane w celu wywołania i poprawy procesów krystalizacji, jest to znane jako sonokrystalizacja. Sonokrystalizacja opiera się na zastosowaniu “Fale akustyczne wywołują zmiany fizykochemiczne w materiale. Niektóre typowe zastosowania ultradźwięków mocy obejmują ich wykorzystanie do wywoływania reakcji chemicznych (sonochemia) i promowania krystalizacji (sonokrystalizacja). Techniki te zwróciły uwagę kilku branż, w tym przemysłu farmaceutycznego, chemicznego i spożywczego, biorąc pod uwagę korzyści, jakie oferują. Techniki ultradźwiękowe są ekonomicznie opłacalne i stosunkowo łatwe do włączenia do działalności przemysłowej. Techniki te można wykorzystać do poprawy zarówno powtarzalności, jak i wydajności produkcji; są one nietermiczne i czyste dla środowiska”. [Martini 2013, 4].
Zarodkowanie i wzrost kryształów
Krystalizacja jest określana jako proces formowania, w którym stałe kryształy wytrącają się z przesyconego roztworu, stopu lub gazu.
Proces krystalizacji składa się z dwóch głównych etapów: zarodkowania i wzrostu kryształu.
Podczas zarodkowania rozpuszczone cząsteczki w roztworze zaczynają tworzyć klastry, które muszą być wystarczająco duże, aby były stabilne w warunkach pracy. Taki stabilny klaster tworzy jądro. Po osiągnięciu rozmiaru krytycznego do utworzenia stabilnego jądra rozpoczyna się etap wzrostu kryształu.
W fazie wzrostu kryształu utworzone jądra stają się większe, ponieważ więcej cząsteczek jest związanych z klastrem. Proces wzrostu zależy od stopnia nasycenia i innych parametrów, takich jak jednolite mieszanie, temperatura itp.
Klasyczna teoria krystalizacji opiera się na koncepcji termodynamicznej, zgodnie z którą odizolowany układ jest absolutnie stabilny, gdy jego entropia jest niezmienna.
Fakty na temat laktozy
Laktoza (cukier mleczny) jest disacharydem zbudowanym z glukozy i galaktozy połączonych wiązaniem β(1→4) glikozydowym.
Ze względu na obecność chiralnego węgla, laktoza może występować w postaci następujących 2 typów izomerów: α- lub β-laktoza. Laktoza najczęściej występuje w postaci uwodnionego kryształu monohydratu α-laktozy. Drugi polimorf, bezwodna β-laktoza, występuje rzadziej i krystalizuje w temperaturze powyżej 93,5°C. Anomery α i β mają bardzo różne właściwości. Polimorfy można rozróżnić na podstawie specyficznej rotacji (+89°C i +35°C odpowiednio dla α- i β-laktozy) oraz rozpuszczalności (70 i 500 g/l (w 20°C) odpowiednio dla α- i β-laktozy). [McSweeney et al. 2009].
Jest głównym węglowodanem mleka i występuje w stężeniu 2-8% wag. Laktoza jest bezsmakowa i ma niską słodycz. Laktoza działa jako cukier redukujący i promuje reakcje Maillarda i Steckera. Dzięki temu laktoza jest stosowana do poprawy koloru i smaku produktów spożywczych, takich jak pieczywo, ciasta i wyroby cukiernicze.
Laktoza jest szeroko stosowanym dodatkiem do żywności, który działa jako nośnik, wypełniacz, stabilizator i rozcieńczalnik tabletek w produktach spożywczych i farmaceutycznych.
α-laktoza jest najczystszą formą, która jest stosowana w produktach farmaceutycznych.
Laktoza jest ważnym składnikiem, jeśli chodzi o smak, aromat i reakcje brązowienia.
Formuła: C12H22O11
Identyfikator IUPAC: β-D-galaktopiranozylo-(1→4)-D-glukoza
Masa molowa: 342,3 g/mol
Temperatura topnienia: 202,8°C
Gęstość: 1,53 g/cm3
Klasyfikacja: FODMAP
Rozpuszczalny w: wodzie, etanolu
związki bioaktywne ekstracji żywność nano farmacja fitochemikalia intensyfikacja procesu ekstrakcja rozpuszczalnikiem przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia). UIP2000hdT UIP4000hdT ultradźwięki ekstrakcja ultradźwiękowa ekstraktor ultradźwiękowy UP400St