Ultrazvočna kristalizacija laktoze
- V mnogih mlečnih procesih se sirotka (mlečni permeat) pojavlja v velikih količinah kot stranski proizvod. Sirotka ima visoko vsebnost laktoze in jo je treba odstraniti, kar je drago in vpliva na okolje.
- Z obnavljanjem laktoze z ultrazvokom se lahko odplake iz sirotke drastično zmanjšajo, medtem ko je pridobljena laktoza tržni izdelek.
- Ultrasonication spodbuja hitro in učinkovito kristalizacijo, kar ima za posledico visok donos enakomernih kristalov laktoze.
Proizvodnja laktoze
Laktoza se proizvaja iz koncentrirane raztopine laktoze (pridobljene iz sirotke). Koncentrirano laktozno gnojevko je treba ohladiti na nizko temperaturo, da se oborijo kristali. Po koraku obarjanja se kristali laktoze ločijo s centrifugiranjem. Nato se kristali posušijo v prah.
Koraki kristalizacije laktoze:
- koncentracija
- nukleacija
- Rast kristalov
- Pobiranje / pranje
Izboljšana kristalizacija laktoze z ultrazvočnim razbijanjem
Ultrazvok je znan po svojem pozitivnem vplivu na procese kristalizacije in obarjanja (sonokristalizacija). Sonication izboljša tudi nastajanje in rast kristalov laktoze.
Sonokristalizacija laktoze pomaga doseči največji donos kristalov laktoze v najkrajšem času.
Dobra rast kristalov je precejšnja, da se zagotovi učinkovito nabiranje in pranje laktoze (ekstrakcija & čiščenje). Sonication povzroči prenasičenost laktoze in sproži primarno nukleacijo kristalov laktoze. Poleg tega neprekinjeno ultrazvočno razbijanje prispeva k sekundarni nukleaciji, ki zagotavlja distibucijo majhne velikosti kristalov (CSD).
Ultrazvočna kristalizacija laktoze: Laktoza kristalizirana pod različnimi pogoji: ultrazvočni vnos energije, dodan karagenan ali sirotka (WPC) vpliva na velikost kristalov laktoze
študija in slika: ©Sanchez-García et al., 2018.
Prednosti ultrazvoka:
- največji donos
- zelo kratek čas postopka
- enotna velikost kristalov
- nadzorovana velikost kristalov
- enotna kristalna oblika
Od odpadnih odpadkov do laktoze
Zaradi velike proizvodnje mleka je sirotka pogosto stranski proizvod, ki se obravnava kot odpadna odpadna voda. Odstranjevanje tekoče sirotke je drago zaradi visoke biološke potrebe po kisiku (BPK) in vsebnosti vode. Ko se laktoza zajame iz sirotke, se odpadni produkt uporabi v fazi naknadne obdelave za proizvodnjo laktoze v prahu. Predelava laktoze zmanjša BPK sirotke za več kot 80 %, zaradi česar je stranski proizvod uporaben in okolju prijaznejši. Ultrazvočno podprt proces kristalizacije izboljša rast, donos in kakovost kristalov.
Laktoza se pogosto uporablja kot sestavina v živilski in farmacevtski industriji, kot surovina za proizvodnjo laktitola ali kot osnovna snov za mikrobno proizvodnjo biorazgradljivih poliestrov.
Ultrazvočna oprema
Hielscher Ultrasonics vam ponuja ultrazvočno opremo za procese sonokristalizacije – bodisi za serijsko ultrazvočno obdelavo ali za inline obdelavo v ultrazvočnem reaktorju. Vse naše ultrazvočne naprave so zasnovane za neprekinjeno delovanje (24 ur / 7d / 365d), kar zagotavlja maksimalno izkoriščenost opreme. Industrijske ultrazvočne naprave od 0,5kW do 16kW na enoto so primerne za komercialno predelavo velikih suspenzij sirotke.
Predelava hrane
Hielscher ultrazvočni sistemi so na voljo s sanitarno opremo. Ultrazvočne sonotrode (sonde / rogovi) in reaktorji imajo preprosto geometrijo za enostavno čiščenje. Ultrazvočna kavitacija deluje kot čistilec na mestu (CIP). Naše sonotrode in reaktorji so avtoklavni.
Zaradi majhnega odtisa se lahko Hielscherjevi ultrazvočni sistemi enostavno integrirajo ali naknadno vgradijo v vaš obstoječi objekt.
Kontaktirajte nas še danes, če želite dobiti več informacij! Hielscher Ultrasonics ponuja različne standardizirane in prilagojene rešitve za ultrazvočne mlečne in prehrambene procese!
Literatura/Reference
- Deora, N.S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrazvok za boljšo kristalizacijo v predelavi hrane. Pregledi živilskega inženiringa 5/1, 2013. 36-44.
- Dincer, T.D.; Zisu, B.; Vallet, C.G.M.R.; Jayasena, V.; Palmer, M.; Tedni, M. (2014): Sonokristalizacija laktoze v vodnem sistemu. Mednarodna mlečna revija 35. 2014. 43-48.
- Kougoulos E, Marziano I, Miller PR. (2010): Inženiring delcev laktoze: vpliv ultrazvoka in antitopila na kristalno navado in velikost delcev. J Cryst Growth 312(23):3509–20.
- Martini, Silvana (2013): Sonokristalizacija maščob. Springerjeve kratke informacije o hrani, zdravju in prehrani. 2013.
- Yanira I. Sánchez-García, Karen S. García-Vega, Martha Y. Leal-Ramos, Ivan Salmeron, Néstor Gutiérrez-Méndez (2018): Ultrazvočno podprta kristalizacija laktoze v prisotnosti sirotkinih beljakovin in κ-karagenana. Ultrazvočna sonokemija, letnik 42, 2018. 714-722.
- McSweeney, P.L.H.; Fox PF (2009): Napredna mlečna kemija. Zvezek 3. Laktoza, voda, soli in vitamini. New York: Springer Science + poslovni mediji. 759 str.
- Patel, SR; Murthy, Z.V.P. (2011): Vpliv procesnih parametrov na velikost kristalov in morfologijo laktoze pri ultrazvočno podprti kristalizaciji. Tehnologija raziskovanja kristalov 46/3. 2011. 243-248.
- Wong, S.Y.; Hartel, R.W. (2014): Kristalizacija pri rafiniranju laktoze – Pregled. Revija za znanost o hrani 79/3, 2014. 257-272.
O sonokristalizaciji
Ko se ultrazvok moči uporablja za spodbujanje in izboljšanje procesov kristalizacije, je znan kot sonokristalizacija. Sonokristalizacija temelji na uporabi “akustični valovi, ki povzročajo fizikalno-kemijske spremembe v materialu. Nekatere pogoste aplikacije ultrazvoka moči vključujejo njegovo uporabo za induciranje kemijskih reakcij (sonokemija) in za spodbujanje kristalizacije (sonokristalizacija). Te tehnike so pritegnile pozornost več industrij, vključno s farmacevtsko, kemično in živilsko industrijo, glede na prednost, ki jo ponujajo. Ultrazvočne tehnike so ekonomsko izvedljive in jih je razmeroma enostavno vključiti v industrijsko delovanje. Te tehnike se lahko uporabijo za izboljšanje ponovljivosti in donosa proizvodnje; So netoplotne in okolju čiste”. [Martini 2013, 4]
Nukleacija in rast kristalov
Kristalizacija je določena kot proces nastajanja, kjer se trdni kristali oborijo iz prenasičene raztopine, taline ali plina.
Proces kristalizacije je sestavljen iz dveh glavnih stopenj: nukleacije in rasti kristalov.
Med nukleacijo raztopljene molekule v raztopini začnejo tvoriti grozde, ki morajo biti dovolj veliki, da so stabilni v pogojih delovanja. Takšen stabilen grozd tvori jedro. Po doseganju kritične velikosti, da se oblikuje stabilno jedro, se začne faza rasti kristalov.
V fazi rasti kristalov se nastala jedra povečajo, ko je več molekul vezanih na grozd. Proces rasti je odvisen od stopnje nasičenosti in drugih parametrov, kot so enakomerno mešanje, temperatura itd.
Klasična teorija kristalizacije temelji na termodinamičnem pojmovanju, da je izolirani sistem popolnoma stabilen, če je njegova entropija nespremenljiva.
Dejstva o laktozi
Laktoza (mlečni sladkor) je disaharid, zgrajen iz glukoze in galaktoze, povezan z β(1→4) glikozidno vezjo.
Zaradi prisotnosti kiralnega ogljika se lahko laktoza pojavi v obliki naslednjih 2 vrst izomerov: α- ali β-laktoza. Laktozo najpogosteje najdemo v obliki hidriranega kristala α-laktoze monohidrata. Drugi polimorf, brezvodna β-laktoza, je manj pogost in kristalizira nad 93,5 °C. α- in β-anomeri imajo zelo različne lastnosti. Polimorfe lahko ločimo po specifični rotaciji (+89 °C in +35 °C za α- in β-laktozo) in topnosti (70 in 500 g/L (pri 20 °C) za α- oziroma β-laktozo). [McSweeney et al. 2009]
Je glavni ogljikov hidrat mleka in ga najdemo v koncentracijah 2-8 mas. Laktoza je brez okusa in ima nizko sladkost. Laktoza deluje kot reducirajoči sladkor in spodbuja Maillardove in Steckerjeve reakcije. Pri tem se laktoza uporablja za izboljšanje barve in okusa živilskih izdelkov, kot so pekovski izdelki, pecivo in slaščice.
Laktoza je pogosto uporabljen aditiv za živila, ki deluje kot nosilec, polnilo, stabilizator in razredčilo tablet v živilih in farmacevtskih izdelkih.
α-laktoza je najčistejša oblika, ki se uporablja za farmacevtske izdelke.
Laktoza je pomembna sestavina, ko gre za okus, aromo in reakcije porjavitve.
Formula: C12H22O11
IUPAC ID: β-D-galaktopiranozil-(1→4)-D-glukoza
Molska masa: 342,3 g/mol
Tališče: 202,8 °C
Gostota: 1,53 g/cm3
Razvrstitev: FODMAP
Topen v: vodi, etanolu
Bioaktivne spojine Ekstrakcija Hrana Nano Farmacevtska industrija fitokemikalije intenzifikacija procesov ekstrakcija s topilom Sonokemija UIP2000hdT UIP4000hdT ultrazvočno razglašenje Ultrazvočna ekstrakcija Ultrazvočni ekstraktor UP400St