Kristalizimi i laktozës në linjë – nga laboratori në industri

Kristalizimi i asistuar me ultratinguj është një teknikë efikase për përmirësimin e formimit të lëndëve të ngurta në kushte rrjedhjeje të vazhdueshme. Më poshtë ju paraqesim një studim që përqendrohet te kristalizimi i laktozës në linjë nga një sistem tresh laktozë/ujë/izopropanol, duke përdorur dhomën e sonikimit Hielscher UP200St-TD-FlowCell. Zbatimi i ultratingujve solli përmirësime të ndjeshme në qëndrueshmërinë e sistemit, morfologjinë e kristaleve dhe vazhdimësinë e funksionimit. Këtu mund të gjeni protokollin eksperimental të optimizuar, rezultatet kryesore të performancës dhe rrugën drejt kalimit në shkallë industriale.

Intensifikimi i procesit: Kristalizimi i laktozës duke përdorur sonikimin

Kristalizimi është thelbësor në industrinë farmaceutike dhe atë ushqimore për pastrimin dhe projektimin e vetive të grimcave. Megjithatë, proceset tradicionale me ngarkesa kanë kufizime lidhur me riprodhueshmërinë dhe formimin e depozitimeve, veçanërisht gjatë kalimit në shkallë më të madhe. Kristalizimi i vazhdueshëm në kushte ultrasonike ofron një alternativë tërheqëse duke rritur shpejtësinë e bërthamëzimit, duke përmirësuar shpërndarjen e madhësive dhe duke zbutur vështirësitë që lidhen me formimin e depozitimeve.

Në studimin e tyre, Zettl dhe kolegët (2020) përdorin një sistem hidrofil model – monohidrat laktoze në një përzierje ujë/izopropanol – për të hetuar përfitimet operative të Hielscher UP200St-TD-FlowCell në një konfigurim kristalizimi të vazhdueshëm.

Materialet dhe metodat – Kristalizimi ultrasonik i laktozës në pajisje tavoline laboratorike

Materialet

• Lënda e tretur: Monohidrat i α-laktozës
• Sistemi i tretësve: Ujë i dejonizuar dhe izopropanol në një raport fazash të sistemit tresh të optimizuar për mbingopjen e laktozës
• Sonikatori: UP200St-TD i pajisur me qelizën e sonikimit me rrjedhje të përshkueshme (TD-FlowCell)

Konfigurimi i pajisjeve
UP200St-TD-FlowCell u konfigurua në një qark kristalizimi të vazhdueshëm me lak të mbyllur. Një pompë peristaltike qarkullonte tretësirën e mbingopur të laktozës nëpër dhomën e sonikimit, ku ultratingujt i transmetonin energji sistemit. Kontrolli i temperaturës në linjë siguroi qëndrueshmëri termike gjatë funksionimit të zgjatur.

Kristalizimi ultrasonik i laktozës në regjim të vazhdueshëm
(Studimi dhe imazhi: ©Zettl et al., 2020)

Tretshmëria e laktozës
Përqendrimi i ngopjes së laktozës, e cila është një disakarid i përbërë nga glukoza dhe galaktoza, në ujë në temperaturë dhome (zakonisht e përcaktuar si 20–25 °C) është afërsisht 18,9 wt% në 25°C.
Tretshmëria e laktozës rritet me temperaturën, por jo në mënyrë lineare. Në 50°C, ajo rritet në afërsisht 31 wt%, ndërsa në 70°C është afërsisht 45 wt%.

Protokolli për kristalizimin e vazhdueshëm të laktozës

Objektivi: Minimizimi i formimit të depozitimeve në sistem dhe maksimizimi i kohëzgjatjes së funksionimit nën sonikim të vazhdueshëm.

Protokolli hap pas hapi:

1. Përgatitja e tretësirës së furnizimit
   • Tretni monohidratin e α-laktozës në ujë të dejonizuar në 50°C për të përftuar një tretësirë të ngopur.
   • Për suspensionin ujor të laktozës, shtoni 233 g a-laktozë për 1000 g ujë
   • Përziejeni përzierjen derisa materiali të tretet plotësisht.
   • Më pas, lëreni tretësirën të ftohet deri në 25°C për të përftuar një tretësirë të ngopur.
2. Përgatitja e sistemit
   • Mbusheni qarkun e rrjedhjes me tretësirën e furnizimit.
   • Vendoseni prurjen në 60 mL/min (optimale për një kohë qëndrimi prej ~30 sekondash në dhomën ultrasonike).
   • Suspensioni i furnizimit dhe antitretësi futen përmes dy hyrjeve të furnizimit në dhomën e procesit të qelizës ultrasonike të rrjedhjes.
   • Vendosni një prurje prej 27g/ min të suspensionit të laktozës me 15 wt %. Nxitni precipitimin duke shtuar 27g/min izopropanol të ftohur paraprakisht (12°C), duke arritur një prurje masike totale prej 54g/min. (Prurja masike prej 54g/min i korrespondon një prurjeje vëllimore prej 60 mL/min)
   • Filloni sonikimin me amplitudë 100%. Mbajeni temperaturën e funksionimit në intervalin 25–30°C.
3. Faza e kristalizimit
   • Mbani sonikimin të vazhdueshëm pa ndërprerje. Sonikatorët Hielscher janë ndërtuar për funksionim 24/7.
   • Mblidhni laktozën e kristalizuar nga një modul filtrimi i vendosur më tej në drejtimin e rrjedhjes çdo 60 minuta.
4. Karakterizimi pas procesit
   • Analizoni morfologjinë e kristaleve me SEM.
   • Përcaktoni në mënyrë sasiore shpërndarjen e madhësive të kristaleve duke përdorur difraksionin lazer (objektivi D50: 80–100 µm).
   • Përcaktoni pastërtinë me HPLC (monohidrat laktoze >98%).

Përbërja e suspensioneve të laktozës me fraksionin masik të lëndës së ngurtë të pezulluar në rrjedhën hyrëse (w s,f), fraksionin masik të lëndës së ngurtë të pezulluar në produkt (w s,p), fraksionin masik të lëndës së ngurtë të tretur në produkt (w d,p), fraksionin masik të ujit në produkt (w H2O,p), fraksionin masik të izopropanolit në produkt (w IA,p) dhe fraksionin masik të etanolit në produkt (w EtOH,p), të përdorura në studimin e Zettl et al., 2020.

Rezultatet dhe përfitimet e kristalizimit të laktozës me ultratinguj

• Zbutja e aglomerimit:
  Trajtimi me ultratinguj në linjë e frenoi në mënyrë efektive aglomerimin e kristaleve, duke prodhuar kristale prizmatike të laktozës, të ndara mirë nga njëri-tjetri.
• Reduktimi i shkumës:
  Në veçanti, ultratingujt reduktuan formimin e shkumës në sipërfaqe – një problem i zakonshëm në kristalizimin me antitretës që përfshin alkoole – duke përmirësuar kështu kapacitetin vëllimor të përpunimit.
• Parandalimi i bllokimit:
  Gjatë funksionimit të zgjatur nuk u vërejtën depozitime në sipërfaqe ose bllokime, duke konfirmuar rolin e kavitacionit akustik në mbajtjen e sipërfaqeve të pastra dhe parandalimin e depozitimit të lëndës së ngurtë brenda qelizës së rrjedhjes.
• Kohëzgjatja e funksionimit të vazhdueshëm:
  Procesi mund të mbahet në funksionim të vazhdueshëm, ndërsa cilësia e kristaleve mbetet e njëtrajtshme në momente të ndryshme kohore.

Kristalizimi i laktozës me ultratinguj: Laktoza e kristalizuar në kushte të ndryshme: energjia e futur me ultratinguj, karagjenani ose hirra (WPC) e shtuar ndikojnë në madhësinë e kristaleve të laktozës
studimi dhe imazhi: © Sanchez-García et al., 2018.

Kalimi në shkallë më të madhe i kristalizimit të laktozës me ultratinguj

Pajisjet Hielscher për trajtim me ultratinguj në linjë, të projektuara në Gjermani sipas standardeve më të larta industriale, ofrojnë një zgjidhje të qëndrueshme për kristalizimin e vazhdueshëm të laktozës dhe lëndëve të tjera të ngurta nga tretësira të mbingopura. Të projektuara për aplikime të nivelit farmaceutik, këto sisteme mundësojnë kontroll të saktë të bërthamëzimit dhe rritjes së kristaleve, duke siguruar shpërndarje të riprodhueshme të madhësisë së grimcave dhe qëndrueshmëri të procesit. Me mundësinë e rritjes lineare të shkallës nga laboratori në prodhim, reaktorët me ultratinguj Hielscher mundësojnë transferimin pa pengesa të procesit, duke minimizuar kohën dhe koston e zhvillimit. Të shoqëruara me konsulencë teknike gjithëpërfshirëse, këto pajisje për trajtim me ultratinguj ofrojnë zgjidhje të përshtatura që integrohen lehtësisht në proceset e kristalizimit në përputhje me cGMP – duke i bërë ideale për industrinë farmaceutike, bioteknologjike dhe ushqimore.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj:

Projektim, prodhim dhe konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Pajisjet me ultratinguj Hielscher janë të mirënjohura për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa pengesa të pajisjeve tona me ultratinguj në impiante industriale. Pajisjet me ultratinguj Hielscher përballojnë lehtësisht kushte të ashpra dhe mjedise kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton rëndësi të veçantë pajisjeve me ultratinguj me performancë të lartë, që ofrojnë teknologjinë më të avancuar dhe lehtësi përdorimi. Sigurisht, pajisjet me ultratinguj Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.