Kristalizimi i brendshëm i laktozës – nga laboratori në industri

Kristalizimi me ndihmën e ultrazërit është një teknikë efikase për përmirësimin e formimit të ngurtë në kushte të rrjedhjes së vazhdueshme. Më poshtë ju paraqesim një studim që fokusohet në kristalizimin inline të laktozës nga një sistem tresh laktozë/ujë/izopropanol, duke përdorur dhomën e sonikimit Hielscher UP200St-TD-FlowCell. Aplikimi i ultrazërit solli përmirësime të rëndësishme në stabilitetin e sistemit, morfologjinë kristalore dhe vazhdimësinë e kohës së funksionimit. Këtu mund të gjeni protokollin eksperimental të optimizuar, rezultatet kryesore të performancës dhe rrugën drejt rritjes industriale.

Intensifikimi i procesit: Kristalizimi i laktozës duke përdorur sonication

Kristalizimi është thelbësor në industrinë farmaceutike dhe ushqimore për pastrimin dhe inxhinierinë e grimcave. Megjithatë, proceset tradicionale të grupeve vuajnë nga kufizime në riprodhueshmëri dhe ndotje, veçanërisht gjatë rritjes. Kristalizimi i vazhdueshëm në kushte tejzanor ofron një alternativë bindëse duke rritur shkallën e bërthamimit, duke përmirësuar shpërndarjen e madhësisë dhe duke zbutur sfidat që lidhen me ndotjen.

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

Materialet dhe Metodat – Kristalizimi me tejzanor i laktozës në pjesën e sipërme të stolit

Materiale

• Substanca e tretur: α-Lactose monohydrate
• Sistemi tretës: Ujë i deionizuar dhe izopropanol në një raport treshe fazor të optimizuar për mbingopjen e laktozës
• Sonicator: UP200St-TD i pajisur me qelizën e tingullit të rrjedhjes (TD-FlowCell)

Konfigurimi i pajisjes
UP200St-TD-FlowCell u konfigurua në një qark kristalizimi të vazhdueshëm me qark të mbyllur. Një pompë peristaltike qarkulloi tretësirën e tepërt të laktozës përmes dhomës së sonikimit, ku ultratingulli jep energji në sistem. Kontrolli i temperaturës në linjë siguroi stabilitet termik gjatë funksionimit të zgjatur.

Kristalizimi tejzanor i laktozës në mënyrë të vazhdueshme
(Studimi dhe imazhi: ©Zettl et al., 2020)

Tretshmëria në laktozë
Përqendrimi i ngopjes së laktozës, i cili është një disakarid i përbërë nga glukozë dhe galaktozë, në ujë në temperaturën e dhomës (zakonisht i përcaktuar si 20-25 °C) është përafërsisht. 18.9 % wt në 25°C.
Tretshmëria e laktozës rritet me temperaturën, por jo në mënyrë lineare. Në 50°C, rritet në përafërsisht. 31 wt%, dhe në 70°C, është përafërsisht. 45 wt%.

Protokolli për kristalizimin e vazhdueshëm të laktozës

Objektivi: Minimizoni ndotjet e sistemit dhe maksimizoni kohën e funksionimit nën sonication të vazhdueshëm.

Protokolli hap pas hapi:

1. Përgatitja e tretësirës së ushqimit
   • Shkrihet monohidrati α-laktozë në ujë të deionizuar në 50°C për të marrë një tretësirë të ngopur.
   • Për suspensionin ujor të laktozës, shtoni 233 g a-laktozë për 1000 g ujë.
   • Përzieni përzierjen derisa materiali të tretet plotësisht.
   • Më pas lëreni tretësirën të ftohet në 25°C në mënyrë që të përftohet një tretësirë e ngopur.
2. Konfigurimi i sistemit
   • Kryeni qarkun e rrjedhës me tretësirën e furnizimit.
   • Vendosni shpejtësinë e rrjedhës në 60 mL/min (optimale për kohën e qëndrimit prej ~ 30 sekonda në dhomën me ultratinguj).
   • Pezullimi i ushqimit dhe antitretësira futen nëpërmjet dy portave ushqyese në dhomën e procesit të qelizës së rrjedhës tejzanor.
   • Caktoni shpejtësinë e rrjedhjes prej 27 g/min e suspensionit laktozë 15 % wt. Nxitni reshjet duke shtuar 27 g/min izopropanol i ftohur paraprakisht (12°C), duke rezultuar në një normë totale të rrjedhës në masë prej 54 g/min. (Shpejtësia e rrjedhës së masës prej 54 g/min korrespondon me një shpejtësi të rrjedhës vëllimore deri në 60 mL/min)
   • Filloni sonikacionin në amplitudë 100%. Mbani temperaturën e funksionimit midis 25-30°C.
3. Faza e kristalizimit
   • Mbani sonikacion të vazhdueshëm pa ndërprerje. Sonikatorët Hielscher janë ndërtuar për funksionim 24/7.
   • Mblidhni laktozë të kristalizuar nga një modul filtri në rrjedhën e poshtme çdo 60 minuta.
4. Karakterizimi pas procesit
   • Analizoni morfologjinë kristalore nëpërmjet SEM.
   • Përcaktoni sasinë e shpërndarjes së madhësisë së kristalit duke përdorur difraksionin lazer (objektivi D50: 80-100 µm).
   • Determine purity via HPLC (lactose monohydrate >98%).

Përbërja e suspensioneve të laktozës me fraksion të masës së ngurtë të pezulluar në ushqim (ws, f), fraksion masiv të ngurtë të pezulluar në produkt (ws, p), fraksion masiv i ngurtë i tretur në produkt (wd, p), fraksion masiv i ujit në produkt (w H2O, p), fraksion masiv izopropanol në masë në produkt (sp) EtOH,p) e përdorur në studimin nga Zettl et al., 2020.

Rezultatet dhe përfitimet e kristalizimit me tejzanor të laktozës

• Zbutja e aglomeracionit:
  Ultratingulli në linjë shtypi në mënyrë efektive grumbullimin e kristaleve, duke dhënë kristale laktozë prizmatike të ndara mirë.
• Reduktimi i shkumës:
  Veçanërisht, ultratingulli reduktoi formimin e shkumës sipërfaqësore - një çështje e zakonshme në kristalizimet antitretës që përfshijnë alkoolet - duke përmirësuar kështu xhiron vëllimore.
• Parandalimi i bllokimit:
  Asnjë ndotje ose bllokim nuk u vërejt gjatë funksionimit të zgjatur, duke konfirmuar rolin e kavitacionit akustik në ruajtjen e sipërfaqeve të pastra dhe parandalimin e depozitimit të ngurtë brenda qelizës së rrjedhës.
• Kohëzgjatja e vazhdueshme:
  Procesi mund të mbahet në funksionim të vazhdueshëm, me cilësinë e kristalit që mbetet e qëndrueshme përgjatë pikave kohore.

Kristalizimi tejzanor i laktozës: Laktoza e kristalizuar në kushte të ndryshme: futja e energjisë tejzanor, karragjenani i shtuar ose hirra (WPC) ndikon në madhësinë e kristalit të laktozës
studimi dhe fotografia: © Sanchez-García et al., 2018.

Rritja e shkallës së kristalizimit të laktozës me ultratinguj

Sonicers inline Hielscher, të krijuara në Gjermani sipas standardeve më të larta industriale, ofrojnë një zgjidhje të fortë për kristalizimin e vazhdueshëm të laktozës dhe lëndëve të tjera të ngurta nga solucionet e mbingopura. Të projektuara për aplikime të shkallës farmaceutike, këto sisteme mbështesin kontrollin e saktë mbi bërthamimin dhe rritjen e kristalit, duke siguruar shpërndarje të madhësisë së grimcave të riprodhueshme dhe konsistencë të procesit. Me shkallëzueshmëri lineare nga laboratori në shkallën e prodhimit, reaktorët tejzanor Hielscher mundësojnë transferimin pa probleme të procesit, duke minimizuar kohën dhe koston e zhvillimit. Së bashku me konsulencë teknike gjithëpërfshirëse, këta sonikatorë ofrojnë zgjidhje të përshtatura që integrohen lehtësisht në flukset e punës të kristalizimit në përputhje me cGMP - duke i bërë ato ideale për industrinë farmaceutike, bioteknike dhe ushqimore.

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:

Dizajn, Prodhim dhe Konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Ultrasonikët Hielscher janë të njohur për cilësinë e tyre më të lartë dhe standardet e dizajnit. Qëndrueshmëria dhe funksionimi i lehtë lejojnë integrimin e qetë të ultrasonikëve tanë në objektet industriale. Kushtet e vështira dhe mjediset kërkuese trajtohen lehtësisht nga ultrasonikët Hielscher.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar ISO dhe i kushton theks të veçantë ultratingujve me performancë të lartë që paraqesin teknologjinë më të fundit dhe lehtësinë ndaj përdorimit. Sigurisht, ultrasonikët Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.