Kristalizimi i laktozës me ultratinguj

Në shumë procese të industrisë së qumështit, vëllime të mëdha hirre – të quajtura edhe permeat qumështi – krijohen si nënprodukt. Ky efluent është i pasur me laktozë, por asgjësimi i tij është njëkohësisht i kushtueshëm dhe rëndues për mjedisin. Duke përdorur ultratinguj për rikuperimin e laktozës, vëllimi i mbetjeve mund të zvogëlohet ndjeshëm, duke e shndërruar një efluent problematik në një burim të vlefshëm. Trajtimi me ultratinguj lehtëson kristalizimin e shpejtë dhe efikas, duke dhënë një sasi të madhe kristalesh uniforme laktoze të përshtatshme për përdorim tregtar.

Prodhimi i laktozës

Laktoza prodhohet nga një tretësirë e përqendruar laktoze (e përftuar nga hirra). Suspensioni i përqendruar i laktozës duhet të ftohet në një temperaturë të ulët për të precipituar kristalet. Pas fazës së precipitimit, kristalet e laktozës ndahen me centrifugim. Më pas, kristalet thahen për të përftuar një pluhur.
Hapat e kristalizimit të laktozës:

Përqendrimi
Bërthamëzimi
Rritja e kristaleve
Mbledhja/ larja

Përmirësimi i kristalizimit të laktozës me sonikim

Ultratingujt janë të njohur për ndikimin e tyre pozitiv në proceset e kristalizimit dhe precipitimit (sonokristalizimi). Sonikimi përmirëson edhe formimin dhe rritjen e kristaleve të laktozës.
Sonokristalizimi i laktozës ndihmon në përftimin e rendimentit maksimal të kristaleve të laktozës në një kohë minimale.

Qelizë rrjedhjeje me ultratinguj për dispergim, tretje dhe precipitim/kristalizim

Reaktor qelqi me ultratinguj për sonikim në linjë

Një rritje e mirë e kristaleve është thelbësore për të siguruar mbledhjen dhe larjen efikase të laktozës (ekstraktimin dhe pastrimin). Sonikimi shkakton mbingopjen e laktozës dhe nis bërthamëzimin parësor të kristaleve të laktozës. Për më tepër, sonikimi i vazhdueshëm kontribuon në bërthamëzimin dytësor, i cili siguron një shpërndarje të ngushtë të madhësisë së kristaleve (CSD).

Laktozë e kristalizuar me ultratinguj: Kristalizimi i laktozës me ultratinguj mund të ndikohet nga shtimi i karagjenanit ose i hirrës (WPC).

Kristalizimi i laktozës me ultratinguj: Laktozë 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 figura: ©Sanchez-García et al., 2018.

Përfitimet e ultratingujve:

rendiment maksimal
kohë shumë e shkurtër e procesit
madhësi uniforme e kristaleve
madhësi e kontrollueshme e kristaleve
formë uniforme e kristaleve

Nga fizibiliteti te prodhimi në linjë: Sonokristalizimi i laktozës
Lexoni më shumë rreth kalimit të kristalizimit të laktozës me ultratinguj nga pajisjet e tavolinës laboratorike në prodhimin industrial!

Nga efluenti i mbetjeve te laktoza

Për shkak të prodhimit të madh në industrinë e qumështit, hirra është shpesh një nënprodukt që trajtohet si efluent mbetjesh. Asgjësimi i hirrës së lëngshme është i kushtueshëm për shkak të kërkesës së saj të lartë biologjike për oksigjen (BOD) dhe përmbajtjes së ujit. Kur laktoza rikuperohet nga hirra, produkti i mbetjes shfrytëzohet në një hap paspërpunimi për të prodhuar pluhur laktoze. Rikuperimi i laktozës e zvogëlon BOD-në e hirrës me më shumë se 80%, duke e bërë nënproduktin të dobishëm dhe më miqësor ndaj mjedisit. Një proces kristalizimi i ndihmuar nga ultratingujt përmirëson rritjen e kristaleve, rendimentin dhe cilësinë.
Laktoza përdoret gjerësisht si përbërës në industrinë ushqimore dhe farmaceutike, si lëndë e parë për prodhimin e laktitolit ose si material bazë për prodhimin mikrobik të poliesterëve të biodegradueshëm.

UIP2000hdt është një sonikator i fuqishëm prej 2000 vatësh me qelizë rrjedhjeje për kristalizimin industrial të laktozës me kapacitet të lartë përpunimi.

UIP2000hdT, një sonikator i fuqishëm prej 2000 vatësh me qelizë rrjedhjeje për kristalizim industrial në linjë

Pajisje me ultratinguj

Hielscher Ultrasonics ofron pajisje me ultratinguj për proceset e sonokristalizimit – si për sonikim me tufa, ashtu edhe për përpunim në linjë në një reaktor me ultratinguj. Të gjithë sonikatorët Hielscher janë projektuar për të punuar vazhdimisht (24 orë/ 7 ditë/ 365 ditë), duke siguruar shfrytëzimin maksimal të pajisjeve. Pajisjet industriale me ultratinguj nga 0,5kW deri në 16kW për njësi janë të përshtatshme për përpunimin tregtar të vëllimeve të mëdha të suspensioneve të mbingopura.

Përpunimi i laktozës sipas standardeve ushqimore

Sonikatorët Hielscher janë shumë efikasë për nxitjen dhe kontrollin e kristalizimit të laktozës nga tretësirat e mbingopura. Duke zbatuar kavitacion intensiv me ultratinguj, këto sisteme rrisin shpejtësinë e bërthamëzimit, shkurtojnë kohën e induksionit dhe mundësojnë formimin e kristaleve uniforme me formë të përcaktuar qartë. Kjo sjell kinetikë më të shpejtë kristalizimi dhe kontroll të përmirësuar mbi madhësinë dhe morfologjinë e kristaleve. Idealë si për proceset me tufa, ashtu edhe për proceset e vazhdueshme në linjë, sonikatorët Hielscher ofrojnë zgjidhje të shkallëzueshme nga kërkimi dhe zhvillimi deri te prodhimi industrial. Projektimi i tyre i qëndrueshëm inxhinierik gjerman dhe përputhshmëria me standardet e cilësisë farmaceutike i bëjnë veçanërisht të përshtatshëm për aplikime kërkuese në pastrimin, formulimin dhe përpunimin e laktozës.
Pajisjet Hielscher me ultratinguj janë të përshtatshme për prodhim të cilësisë ushqimore dhe farmaceutike në përputhje me standardet cGMP. Sonikatorët Hielscher ofrohen me rakorderi të standardit sanitar, duke siguruar përputhshmëri të plotë me standardet e përpunimit higjienik. Sonotrodat me ultratinguj (të quajtura edhe sonda ose brirë) dhe reaktorët me rrjedhje janë projektuar me gjeometri që lehtësojnë rrjedhjen dhe pastrohen lehtë, duke mundësuar mirëmbajtje efikase dhe duke minimizuar kohën e ndërprerjes së punës. Veçanërisht, vetë kavitacioni me ultratinguj vepron si një mekanizëm pastrimi në vend (CIP), duke ndihmuar pastrimin e sipërfaqeve të brendshme gjatë funksionimit. Për mjediset aseptike, të gjitha sonotrodat dhe reaktorët mund të sterilizohen plotësisht në autoklavë. Falë hapësirës së vogël që zënë, sistemet Hielscher integrohen ose instalohen lehtësisht në linjat ekzistuese të prodhimit – duke i bërë ideale për modernizimin e impianteve të kristalizimit të cilësisë farmaceutike dhe ushqimore.
Na kontaktoni sot për të marrë më shumë informacion! Hielscher Ultrasonics ofron zgjidhje të ndryshme të standardizuara, si dhe të personalizuara, për përpunimin me ultratinguj në industrinë e qumështit dhe atë ushqimore!

Pajisje industriale me ultratinguj e tipit sondë UIP6000hdT (fuqi ultratingujsh 6kW, frekuencë ultratingujsh 20kHz) me reaktor me qelizë rrjedhjeje për përpunimin e vazhdueshëm me ultratinguj të tretësirave të mbingopura për kristalizim dhe precipitim me kapacitet të lartë përpunimi.

Pajisja me ultratinguj UIP6000hdT me qelizë rrjedhjeje që mund të vihet nën presion. Një këmishë ngrohjeje/ftohjeje mundëson sonikimin në temperatura të ngritura ose të ulura.

Tema të lidhura

Rreth sonokristalizimit

Kur ultratingujt me fuqi të lartë përdoren për të nxitur dhe përmirësuar proceset e kristalizimit, ky proces njihet si sonokristalizim. Sonokristalizimi bazohet në përdorimin e “valëve akustike për të nxitur ndryshime fizikokimike në material. Disa aplikime të zakonshme të ultratingujve me fuqi të lartë përfshijnë përdorimin e tyre për të nxitur reaksione kimike (sonokimi) dhe për të nxitur kristalizimin (sonokristalizim). Këto teknika kanë tërhequr vëmendjen e disa industrive, përfshirë industrinë farmaceutike, kimike dhe ushqimore, për shkak të përparësisë që ofrojnë. Teknikat me ultratinguj janë ekonomikisht të zbatueshme dhe relativisht të lehta për t’u përfshirë në veprimtarinë industriale. Këto teknika mund të përdoren për të përmirësuar si riprodhueshmërinë, ashtu edhe rendimentin e prodhimit; ato janë jotermike dhe të pastra nga pikëpamja mjedisore”. [Martini 2013, 4]

Bërthamëzimi dhe rritja e kristaleve

Kristalizimi përkufizohet si procesi i formimit në të cilin kristalet e ngurta precipitojnë nga një tretësirë e mbingopur, një shkrirje ose një gaz.
Procesi i kristalizimit përbëhet nga dy faza kryesore: bërthamëzimi dhe rritja e kristaleve.
Gjatë bërthamëzimit, molekulat e tretura në tretësirë fillojnë të formojnë grupime, të cilat duhet të jenë mjaftueshëm të mëdha për të qenë të qëndrueshme në kushtet e punës. Një grupim i tillë i qëndrueshëm formon një bërthamë. Pas arritjes së madhësisë kritike për të formuar një bërthamë të qëndrueshme, fillon faza e rritjes së kristaleve.
Në fazën e rritjes së kristaleve, bërthamat e formuara zmadhohen ndërsa më shumë molekula lidhen me grupimin. Procesi i rritjes varet nga shkalla e ngopjes dhe parametra të tjerë, si përzierja uniforme, temperatura etj.
Teoria klasike e kristalizimit bazohet në konceptin termodinamik se një sistem i izoluar është absolutisht i qëndrueshëm kur entropia e tij është e pandryshueshme.

Fakte rreth laktozës

Laktoza (sheqeri i qumështit) është një disakarid i përbërë nga glukoza dhe galaktoza të lidhura me një lidhje glikozidike β(1→4).
Për shkak të pranisë së një atomi karboni kiral, laktoza mund të shfaqet në formën e këtyre 2 llojeve të izomerëve: α- ose β-laktozë. Laktoza gjendet më shpesh si kristal i hidratuar i monohidratit të α-laktozës. Polimorfi tjetër, β-laktoza anhidre, është më pak i zakonshëm dhe kristalizohet mbi 93,5°C. Anomerët α dhe β kanë veti shumë të ndryshme. Polimorfet mund të dallohen nga rrotullimi specifik (+89°C dhe +35°C për α- dhe β-laktozën, përkatësisht) dhe tretshmëria (70 dhe 500g/L (në 20°C) për α- dhe β-laktozën, përkatësisht). [McSweeney et al. 2009]
Ajo është karbohidrati kryesor i qumështit dhe gjendet në përqendrime prej 2–8 wt%. Laktoza nuk ka shije dhe ka ëmbëlsi të ulët. Laktoza vepron si sheqer reduktues dhe nxit reaksionet Maillard dhe Stecker. Për këtë arsye, laktoza përdoret për të përmirësuar ngjyrën dhe shijen e produkteve ushqimore, si produktet e furrës, pastat dhe ëmbëlsirat.
Laktoza është një aditiv ushqimor i përdorur gjerësisht që shërben si bartës, mbushës, stabilizues dhe hollues për tableta në produktet ushqimore dhe farmaceutike.
α-laktoza është forma më e pastër, e cila përdoret për produktet farmaceutike.
Laktoza është një përbërës i rëndësishëm për shijen, aromën dhe reaksionet e nxirjes.
Formula: C₁₂H₂₂O₁₁
Identifikuesi IUPAC: β-D-galaktopiranozil-(1→4)-D-glukozë
Masa molare: 342,3 g/mol
Pika e shkrirjes: 202,8°C
Dendësia: 1,53 g/cm³
Klasifikimi: FODMAP
E tretshme në: ujë, etanol

Literatura / Referencat

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.

Ultratinguj me performancë të lartë! Gama e produkteve Hielscher mbulon të gjithë spektrin, nga pajisja kompakte laboratorike me ultratinguj, përmes njësive të tavolinës laboratorike, deri te sistemet me ultratinguj plotësisht industriale.

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues me ultratinguj me performancë të lartë, nga përmasat laboratorike deri te përmasat industriale.