Cristalização ultrassônica de lactose
Em muitos processos lácteos, grandes volumes de soro de leite - também conhecido como permeado de leite - são gerados como subproduto. Esse efluente é rico em lactose, mas seu descarte é caro e ambientalmente oneroso. Ao aplicar ultrassom para recuperar a lactose, o volume de resíduos pode ser significativamente reduzido, transformando um efluente problemático em um recurso valioso. A ultrassonografia facilita a cristalização rápida e eficiente, produzindo uma alta quantidade de cristais de lactose uniformes adequados para uso comercial.
Fabricação de lactose
A lactose é produzida a partir de uma solução concentrada de lactose (obtida do soro de leite). A pasta de lactose concentrada deve ser resfriada a uma temperatura baixa para precipitar cristais. Após a etapa de precipitação, os cristais de lactose são separados por centrifugação. Depois, os cristais são secos até virar pó.
Etapas da cristalização da lactose:
- concentração
- nucleação
- Crescimento de cristais
- Colheita/ lavagem
Cristalização de lactose aprimorada por sonicação
O ultrassom é conhecido por seu impacto positivo nos processos de cristalização e precipitação (sono-cristalização). A sonicação também melhora a formação e o crescimento de cristais de lactose.
A sonocristalização da lactose ajuda a obter o rendimento máximo de cristais de lactose em um tempo mínimo.
Reator de vidro ultrassônico para sonicação em linha
Um bom crescimento de cristais é substancial para garantir uma colheita e lavagem eficientes da lactose (extração & purificação). A sonicação causa uma supersaturação de lactose e inicia a nucleação primária dos cristais de lactose. Além disso, a sonicação contínua contribui para uma nucleação secundária, o que garante uma distribuição de tamanho de cristal pequeno (CSD).
Cristalização ultrassônica da lactose: A lactose cristalizou sob diferentes condições: a entrada de energia ultrassônica, a adição de carragenina ou soro de leite (WPC) influencia o tamanho do cristal de lactose
Benefícios do ultrassom:
- rendimento máximo
- Tempo de processo muito curto
- tamanho de cristal uniforme
- tamanho de cristal controlável
- forma de cristal uniforme
Da viabilidade à produção em linha: sonocristalização da lactose
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Do efluente residual à lactose
Devido à grande produção de laticínios, o soro de leite costuma ser um subproduto tratado como efluente residual. O descarte do soro de leite líquido é caro devido à sua alta demanda biológica de oxigênio (DBO) e teor de água. Quando a lactose é recuperada do soro de leite, o produto residual é utilizado em uma etapa de pós-processamento para produzir lactose em pó. A recuperação da lactose reduz a DBO do soro de leite em mais de 80%, tornando o subproduto útil e mais ecológico. Um processo de cristalização assistida por ultrassom melhora o crescimento, o rendimento e a qualidade do cristal.
A lactose é amplamente utilizada como ingrediente na indústria alimentícia e farmacêutica, como matéria-prima para a produção de lactitol ou como matéria-prima para a produção microbiana de poliésteres biodegradáveis.
UIP2000hdT, um sonicador potente de 2000 watts com célula de fluxo para cristalização industrial em linha
Equipamento ultrassônico
Hielscher Ultrasonics oferece equipamentos ultrassônicos para processos de sonocristalização – seja para sonicação em lote ou para processamento em linha em um reator ultrassônico. Todos os sonicadores Hielscher são projetados para funcionar continuamente (24 horas/7d/365d), garantindo a máxima utilização do equipamento. Dispositivos ultrassônicos industriais de 0,5 kW a 16 kW por unidade são adequados para o processamento comercial de grandes volumes de suspensões supersaturadas.
Processamento de lactose de grau alimentício
Os sonicadores Hielscher são altamente eficazes para promover e controlar a cristalização da lactose a partir de soluções supersaturadas. Ao aplicar intensa cavitação ultrassônica, esses sistemas aumentam as taxas de nucleação, reduzem os tempos de indução e permitem a formação de cristais uniformes e bem definidos. Isso resulta em cinética de cristalização mais rápida e melhor controle sobre o tamanho e a morfologia do cristal. Ideais para processos em linha contínuos e em lote, os sonicadores Hielscher oferecem soluções escaláveis da R&D à produção industrial. Sua robusta engenharia alemã e compatibilidade com os padrões de grau farmacêutico os tornam particularmente adequados para aplicações exigentes em purificação, formulação e processamento de lactose.
Os ultrassônicos Hielscher são adequados para produção de grau alimentício e farmacêutico em conformidade com os padrões cGMP. Os sonicadores Hielscher estão disponíveis com conexões de grau sanitário, garantindo total conformidade com os padrões de processamento higiênico. Os sonotrodos ultrassônicos (também chamados de sondas ou buzinas) e os reatores de fluxo contínuo são projetados com geometrias simplificadas e fáceis de limpar, facilitando a manutenção eficiente e minimizando o tempo de inatividade. Notavelmente, a própria cavitação ultrassônica atua como um mecanismo de limpeza no local (CIP), apoiando a limpeza da superfície interna durante a operação. Para ambientes assépticos, todos os sonotrodos e reatores são totalmente autoclaváveis. Graças ao seu tamanho compacto, os sistemas Hielscher são facilmente integrados ou adaptados às linhas de produção existentes, tornando-os ideais para atualizações em instalações de cristalização farmacêuticas e de grau alimentício.
Entre em contato conosco hoje para obter mais informações! A Hielscher Ultrasonics oferece várias soluções padronizadas e personalizadas para processamento ultrassônico de laticínios e alimentos!
Ultrassônico UIP6000hdT com célula de fluxo pressurizável. Uma camisa de aquecimento? resfriamento permite sonicar em temperaturas elevadas ou baixas.
Sobre a Sonocristalização
Quando o ultrassom de potência é aplicado para induzir e melhorar os processos de cristalização, isso é conhecido como sonocristalização. A sonocristalização é baseada na aplicação de “ondas acústicas para induzir alterações físico-químicas no material. Algumas aplicações comuns do ultrassom de potência incluem seu uso para induzir reações químicas (sonoquímica) e promover a cristalização (sonocristalização). Essas técnicas têm recebido a atenção de várias indústrias, incluindo farmacêutica, química e alimentícia, dada a vantagem que oferecem. As técnicas de ultrassom são economicamente viáveis e relativamente fáceis de incorporar à operação industrial. Essas técnicas podem ser usadas para melhorar a reprodutibilidade e o rendimento da produção; eles não são térmicos e ambientalmente limpos”. [Martini 2013, 4]
Nucleação e crescimento de cristais
A cristalização é determinada como o processo de formação, onde os cristais sólidos precipitam de uma solução supersaturada, derretimento ou gás.
O processo de cristalização consiste em duas etapas principais: a nucleação e o crescimento do cristal.
Durante a nucleação, as moléculas dissolvidas na solução começam a formar aglomerados, que devem ser grandes o suficiente para serem estáveis nas condições de operação. Esse aglomerado estável forma um núcleo. Depois de atingir o tamanho crítico para formar um núcleo estável, começa o estágio de crescimento do cristal.
Na fase de crescimento do cristal, os núcleos formados tornam-se maiores à medida que mais moléculas são ligadas ao aglomerado. O processo de crescimento depende do grau de saturação e de outros parâmetros, como mistura uniforme, temperatura, etc.
A teoria clássica da cristalização é baseada na concepção termodinâmica de que um sistema isolado é absolutamente estável quando sua entropia é invariável.
Fatos sobre a lactose
A lactose (açúcar do leite) é um dissacarídeo construído a partir de glicose e galactose conectadas por uma ligação glicosídica β (1→4).
Devido à presença de um carbono quiral, a lactose pode ocorrer na forma dos seguintes 2 tipos de isômeros: α ou β-lactose. A lactose é mais freqüentemente encontrada como cristal monohidratado de α-lactose hidratada. O outro polimorfo, anidro β-lactose, é menos comum e cristaliza acima de 93,5 ° C. Os anômeros de α e β têm propriedades muito diferentes. Os polimorfos podem ser distinguidos pela rotação específica (+89°C e +35°C para α- e β-lactose, respectivamente) e solubilidade (70 e 500g/L (a 20°C) para α- e β-lactose, respectivamente). [McSweeney et al. 2009]
É o principal carboidrato do leite e é encontrado em concentrações de 2-8% em peso. A lactose é insípida e tem baixa doçura. A lactose atua como um açúcar redutor e promove as reações de Maillard e Stecker. Assim, a lactose é usada para realçar a cor e o sabor de produtos alimentícios, como produtos de panificação, doces e confeitaria.
A lactose é um aditivo alimentar amplamente utilizado que funciona como transportador, enchimento, estabilizador e diluente de comprimidos em alimentos e produtos farmacêuticos.
α-lactose é a forma mais pura, usada para produtos farmacêuticos.
A lactose é um ingrediente importante quando se trata de sabor, aroma e reações de escurecimento.
Fórmula: C12H22O11
ID IUPAC: β-D-galactopiranosil-(1→4)-D-glicose
Massa molar: 342,3 g/mol
Ponto de fusão: 202,8 ° C
Densidade: 1,53 g/cm3
Classificação: FODMAP
Solúvel em: água, etanol
Literatura? Referências
- 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.
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