Cristalizarea lactozei cu ultrasunete

În multe procese lactate, zerul (permeatul de lapte) apare în volume mari ca produs secundar. Zerul are un conținut ridicat de lactoză și trebuie eliminat, ceea ce este costisitor și are impact asupra mediului.
Prin recuperarea lactozei cu ultrasunete, efluentul din zer poate fi redus drastic, în timp ce lactoza recuperată este un produs comercializabil.
Ultrasonication promovează cristalizarea rapidă și eficientă, rezultând un randament ridicat de cristale uniforme de lactoză.

Fabricarea lactozei

Lactoza este produsă dintr-o soluție concentrată de lactoză (obținută din zer). Suspensia concentrată de lactoză trebuie răcită la o temperatură scăzută pentru precipitarea cristalelor. După etapa de precipitare, cristalele de lactoză sunt separate prin centrifugare. După aceea, cristalele sunt uscate până la o pulbere.
Etapele cristalizării lactozei:

concentrație
Nucleație
Creșterea cristalelor
Recoltare/spălare

Îmbunătățirea cristalizării lactozei prin sonicare

Ecografia este binecunoscută pentru impactul său pozitiv asupra proceselor de cristalizare și precipitare (sono-cristalizare). Sonicare îmbunătățește formarea și creșterea cristalelor de lactoză, de asemenea.
Sono-cristalizarea lactozei ajută la obținerea randamentului maxim de cristale de lactoză într-un timp minim.
O bună creștere a cristalelor este substanțială pentru a asigura o recoltare și spălare eficientă a lactozei (extracție & purificare). Sonicare provoacă o suprasaturare a lactozei și inițiază nucleația primară a cristalelor de lactoză. În plus, sonicare continuă contribuie la o nucleație secundară, care asigură distibuție ar dimensiune mică a cristalului (CSD).

Lactoză ultrasonically cristalizată: Cristalizarea lactozei cu ultrasunete poate fi influențată de adăugarea de caragenan sau zer (WPC).

Cristalizarea lactozei cu ultrasunete: Lactoza cristalizată în diferite condiții: intrare de energie cu ultrasunete, caragenan adăugat sau zer (WPC) influențează dimensiunea cristalului de lactoză
studiu și imagine: ©Sanchez-García și colab., 2018.

Beneficiile ultrasunetelor:

randament maxim
timp de proces foarte scurt
dimensiunea uniformă a cristalului
Dimensiune controlabilă a cristalului
formă uniformă de cristal

De la efluenți reziduali la lactoză

Datorită producției mari de lactate, zerul este adesea un produs secundar care este tratat ca efluent rezidual. Eliminarea zerului lichid este costisitoare datorită cererii biologice ridicate de oxigen (CBO) și conținutului de apă. Când lactoza este recuperată din zer, produsul rezidual este utilizat într-o etapă post-procesare pentru a produce pulbere de lactoză. Recuperarea lactozei reduce CBO din zer cu mai mult de 80%, făcând produsul secundar util și mai ecologic. Un proces de cristalizare asistat ultrasonically îmbunătățește creșterea cristalelor, randamentul și calitatea.
Lactoza este utilizată pe scară largă ca ingredient în industria alimentară și farmaceutică, ca materie primă pentru producția de lactitol sau ca material de bază pentru producția microbiană de poliesteri biodegradabili.

Echipamente cu ultrasunete

Hielscher Ultrasonics vă oferă echipamente cu ultrasunete pentru procesele de sonocristalizare – Fie pentru sonicare lot sau pentru prelucrarea inline într-un reactor cu ultrasunete. Toate dispozitivele noastre cu ultrasunete sunt proiectate să funcționeze continuu (24 de ore / 7d / 365d), asigurând utilizarea maximă a echipamentului. Dispozitivele industriale cu ultrasunete de la 0,5kW până la 16kW pe unitate sunt potrivite pentru prelucrarea comercială a suspensiilor mari de zer.

Prelucrarea produselor alimentare

Hielscher sisteme cu ultrasunete sunt disponibile cu fitinguri sanitare. Sonotrodes cu ultrasunete (sonde / coarne) și reactoare dispun de o geometrie simplă pentru curățare ușoară. Cavitația cu ultrasunete funcționează ca mai curat în loc (CIP). Sonotrodele și reactoarele noastre sunt autoclavabile.
Datorită unei amprente mici, sistemele cu ultrasunete Hielscher pot fi ușor integrate sau modernizate în instalația existentă.
Contactați-ne astăzi pentru a obține mai multe informații! Hielscher Ultrasonics oferă diverse soluții standardizate, precum și soluții personalizate pentru produsele lactate cu ultrasunete și procesele alimentare!

Ecografia este o tehnică fiabilă pentru prepararea emulsiilor alimentare de dimensiuni fine (Faceți clic pentru a mări!)

Reactor cu flux ultrasonic la UIP1000hdT

Cristalizarea lactozei prin ultrasonication

Molecula de lactoză

Literatură/Referințe

Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ecografie pentru cristalizare îmbunătățită în procesarea alimentelor. Recenzii de inginerie alimentară 5/1, 2013. 36-44.
Dincer, T.D.; Zisu, B.; Valet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Săptămâni, M. (2014): Sonocristalizarea lactozei într-un sistem apos. Jurnalul Internațional al Produselor Lactate 35. 2014. 43-48.
Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Ingineria particulelor de lactoză: influența ultrasunetelor și a anti-solventului asupra obiceiului cristalului și a dimensiunii particulelor. J Cryst Creștere 312(23):3509–20.
Martini, Silvana (2013): Sonocristalizarea grăsimilor. Springer Briefs în alimentație, sănătate și nutriție. 2013.
Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Cristalizarea asistată cu ultrasunete a lactozei în prezența proteinelor din zer și a κ-caragenanului. Ultrasonics Sonochemistry, Volumul 42, 2018. 714-722.
McSweeney, P.L.H.; Fox P.F. (2009): Chimia avansată a produselor lactate. Vol. 3. Lactoză, apă, săruri și vitamine. New York: Springer Science + Business Media. 759 alin.
Patel, S.R.; Murthy, Z.V.P. (2011): Efectul parametrilor procesului asupra dimensiunii cristalului și morfologiei lactozei în cristalizarea asistată cu ultrasunete. Tehnologia de cercetare a cristalelor 46/3. 2011. 243-248.
Wong, S.Y .; Hartel, R.W. (2014): Cristalizarea în rafinarea lactozei – O recenzie. Jurnalul de Știință Alimentară 79/3, 2014. 257-272.

Subiecte conexe

Despre sonocristalizare

Când ultrasunetele de putere sunt aplicate pentru a induce și îmbunătăți procesele de cristalizare, este cunoscută sub numele de sonocristalizare. Sonocristalizarea se bazează pe aplicarea “unde acustice pentru a induce modificări fizico-chimice ale materialului. Unele aplicații comune ale ultrasunetelor de putere includ utilizarea sa pentru a induce reacții chimice (sonochimia) și pentru a promova cristalizarea (sonocristalizarea). Aceste tehnici au primit atenția mai multor industrii, inclusiv industria farmaceutică, chimică și alimentară, având în vedere avantajul pe care îl oferă. Tehnicile cu ultrasunete sunt viabile din punct de vedere economic și relativ ușor de încorporat în funcționarea industrială. Aceste tehnici pot fi utilizate pentru a îmbunătăți atât reproductibilitatea, cât și randamentul producției; sunt non-termice și ecologice”. [Martini 2013, 4]

Nucleația și creșterea cristalelor

Cristalizarea este determinată ca proces de formare, în care cristalele solide precipită dintr-o soluție suprasaturată, topitură sau gaz.
Procesul de cristalizare constă în două etape majore: nucleația și creșterea cristalelor.
În timpul nucleației, moleculele dizolvate în soluție încep să formeze clustere, care trebuie să fie suficient de mari pentru a fi stabile în condițiile de funcționare. Un astfel de cluster stabil formează un nucleu. După atingerea dimensiunii critice pentru a forma un nucleu stabil, începe etapa de creștere a cristalelor.
În faza de creștere a cristalelor, nucleele formate devin mai mari pe măsură ce mai multe molecule sunt legate de cluster. Procesul de creștere depinde de gradul de saturație și de alți parametri, cum ar fi amestecarea uniformă, temperatura etc.
Teoria clasică a cristalizării se bazează pe concepția termodinamică că un sistem izolat este absolut stabil atunci când entropia sa este invariabilă.

Fapte despre lactoză

Lactoza (zahărul din lapte) este o dizaharidă construită din glucoză și galactoză legată printr-o legătură glicozidică β(1→4).
Datorită prezenței unui carbon chiral, lactoza poate apărea sub forma următoarelor 2 tipuri de izomeri: α- sau β-lactoză. Lactoza se găsește cel mai frecvent sub formă de cristal hidratat α-lactoză monohidrat. Cealaltă polimorfă, anhidră β-lactoză, este mai puțin frecventă și cristalizează la peste 93,5 ° C. Anomerii α și β au proprietăți foarte diferite. Polimorfele se disting prin rotația specifică (+89°C și +35°C pentru α- și, respectiv, β-lactoză) și solubilitate (70 și 500g/L (la 20°C) pentru α- și, respectiv, β-lactoză). [McSweeney și colab. 2009]
Este principalul carbohidrat al laptelui și se găsește în concentrații de 2-8 wt%. Lactoza este fără aromă și are o dulceață scăzută. Lactoza acționează ca un zahăr reducător și promovează reacțiile Maillard și Stecker. Astfel, lactoza este utilizată pentru a spori culoarea și aroma produselor alimentare, cum ar fi produsele de panificație, produsele de patiserie și produsele de cofetărie.
Lactoza este un aditiv alimentar utilizat pe scară largă care funcționează ca purtător, umplutură, stabilizator și diluant pentru tablete în produsele alimentare și farmaceutice.
α-lactoza este cea mai pură formă, care este utilizată pentru produsele farmaceutice.
Lactoza este un ingredient important atunci când vine vorba de aromă, aromă și reacții de rumenire.
Formula: C₁₂H₂₂O₁₁
ID IUPAC: β-D-galactopiranozil-(1→4)-D-glucoză
Masa molară: 342,3 g/mol
Punct de topire: 202.8°C
Densitate: 1.53 g/cm³
Clasificare: FODMAP
Solubil în: apă, etanol

compuși bioactivi Extracție Hrană nano Industria farmaceutică fitochimicale Intensificarea procesului extracția cu solvenți Sonochimie UIP2000hdT UIP4000hdT Ultrasonication extracție cu ultrasunete extractor cu ultrasunete UP400St