Kristalizimi i laktozës me ultratinguj

Në shumë procese të qumështit, vëllime të mëdha të hirrës - të referuara edhe si depërtimi i qumështit - gjenerohen si nënprodukt. Ky efluent është i pasur me laktozë, por asgjësimi i tij është i kushtueshëm dhe i rëndë për mjedisin. Duke aplikuar ultratinguj për të rikuperuar laktozën, vëllimi i mbetjeve mund të reduktohet ndjeshëm, duke e shndërruar një efluent problematik në një burim të vlefshëm. Ultratingulli lehtëson kristalizimin e shpejtë dhe efikas, duke prodhuar një sasi të lartë të kristaleve uniforme të laktozës të përshtatshme për përdorim komercial.

Prodhimi i laktozës

Laktoza prodhohet nga një tretësirë e koncentruar e laktozës (e fituar nga hirra). Lluri i koncentruar i laktozës duhet të ftohet në një temperaturë të ulët për të precipituar kristalet. Pas hapit të precipitimit, kristalet e laktozës ndahen me centrifugim. Më pas, kristalet thahen në pluhur.
Hapat e kristalizimit të laktozës:

përqendrimi
bërthama
Rritja e kristalit
Korrje/larje

Kristalizimi i përmirësuar i laktozës nga sonication

Ultratingulli është i njohur për ndikimin e tij pozitiv në proceset e kristalizimit dhe reshjeve (sono-kristalizimi). Sonication përmirëson formimin dhe rritjen e kristaleve të laktozës, gjithashtu.
Sono-kristalizimi i laktozës ndihmon për të fituar rendimentin maksimal të kristaleve të laktozës në një kohë minimale.

Qelizë rrjedhëse tejzanor për shpërndarje, shpërbërje dhe precipitim/kristalizim

Reaktor qelqi tejzanor për sonication inline

Një rritje e mirë e kristalit është thelbësore për të siguruar një vjelje dhe larje efikase të laktozës (nxjerrja & pastrim). Sonicizimi shkakton një mbingopje të laktozës dhe fillon bërthamimin primar të kristaleve të laktozës. Për më tepër, sonikimi i vazhdueshëm kontribuon në një bërthamë dytësore, e cila siguron shpërndarje të madhësisë së kristalit të vogël (CSD).

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

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.

Përfitimet e ultrazërit:

rendimenti maksimal
kohë shumë e shkurtër e procesit
madhësi uniforme të kristalit
madhësia e kontrollueshme e kristalit
formë uniforme kristali

Nga Fizibiliteti në Prodhimin Inline: Sono-Kristalizimi i Laktozës
Lexoni më shumë rreth rritjes së shkallës së kristalizimit të laktozës me ultratinguj nga sipërfaqja e stolit në prodhimin industrial!

Nga efluenti i mbeturinave në laktozë

Për shkak të prodhimit të madh të qumështit, hirra është shpesh një nënprodukt që trajtohet si mbetje. Hedhja e hirrës së lëngshme është me kosto intensive për shkak të kërkesës së lartë biologjike për oksigjen (BOD) dhe përmbajtjes së ujit. Kur laktoza rikuperohet nga hirra, produkti i mbeturinave përdoret në një hap pas përpunimit për të prodhuar pluhur laktozë. Rikuperimi i laktozës redukton BOD-në e hirrës me më shumë se 80% duke e bërë nënproduktin të dobishëm dhe më miqësor ndaj mjedisit. Një proces kristalizimi i asistuar me ultratinguj përmirëson rritjen, rendimentin dhe cilësinë e kristalit.
Laktoza përdoret gjerësisht si përbërës në industrinë ushqimore dhe farmaceutike, si lëndë e parë për prodhimin e laktitolit ose si lëndë bazë për prodhimin mikrobial të poliesterëve të biodegradueshëm.

UIP2000hdt është një sonikator i fuqishëm 2000 vat me qelizë rrjedhëse për kristalizimin industrial të laktozës me xhiro të lartë.

UIP2000hdT, një sonikator i fuqishëm 2000 vat me qelizë rrjedhëse për kristalizimin inline industrial

Pajisjet me ultratinguj

Hielscher Ultrasonics ofron pajisje tejzanor për proceset sono-kristalizimi – qoftë për sonication grumbull ose për përpunimin inline në një reaktor tejzanor. Të gjithë aparatet sonikë Hielscher janë krijuar për të funksionuar vazhdimisht (24 orë / 7 ditë / 365 ditë) duke siguruar përdorimin maksimal të pajisjeve. Pajisjet industriale tejzanor nga 0,5 kW deri në 16 kW për njësi janë të përshtatshme për përpunimin komercial të vëllimeve të mëdha të pezullimeve të mbingopura.

Përpunimi i laktozës në kategorinë e ushqimit

Sonikatorët Hielscher janë shumë efektivë për promovimin dhe kontrollin e kristalizimit të laktozës nga solucionet e mbingopura. Duke aplikuar kavitacion intensiv tejzanor, këto sisteme rrisin shkallët e bërthamimit, zvogëlojnë kohën e induksionit dhe mundësojnë formimin e kristaleve uniforme, të mirëpërcaktuara. Kjo rezulton në kinetikë më të shpejtë të kristalizimit dhe kontroll të përmirësuar mbi madhësinë dhe morfologjinë e kristalit. Ideale si për proceset në grup ashtu edhe për proceset e vazhdueshme inline, aparatet sonikë Hielscher ofrojnë zgjidhje të shkallëzueshme nga R&D për prodhimin industrial. Inxhinieria e tyre e fortë gjermane dhe përputhshmëria me standardet e klasës farmaceutike i bëjnë ato veçanërisht të përshtatshme për aplikime të kërkuara në pastrimin, formulimin dhe përpunimin e laktozës.
Ultrasonikët Hielscher janë të përshtatshëm për prodhim të klasës ushqimore dhe farmaceutike në përputhje me standardet cGMP. Sonikatorët Hielscher janë të disponueshëm me pajisje të nivelit sanitar, duke siguruar përputhje të plotë me standardet higjienike të përpunimit. Sonotrodat tejzanor (të referuara gjithashtu si sonda ose brirë) dhe reaktorët e rrjedhjes janë të dizajnuara me gjeometri të thjeshta dhe të lehta për t'u pastruar, duke lehtësuar mirëmbajtjen efikase dhe duke minimizuar kohën e ndërprerjes. Veçanërisht, vetë kavitacioni tejzanor vepron si një mekanizëm i pastër në vend (CIP), duke mbështetur pastrimin e sipërfaqes së brendshme gjatë funksionimit. Për mjedise aseptike, të gjithë sonotrodet dhe reaktorët janë plotësisht të autoklavueshëm. Falë gjurmës së tyre kompakte, sistemet Hielscher integrohen ose përshtaten lehtësisht në linjat ekzistuese të prodhimit - duke i bërë ato ideale për përmirësime në objektet e kristalizimit farmaceutik dhe ushqimor.
Na kontaktoni sot për të marrë më shumë informacion! Hielscher Ultrasonics ofron zgjidhje të ndryshme të standardizuara si dhe të personalizuara për përpunimin e qumështit dhe ushqimit me ultratinguj!

Ultrasonikator industrial UIP6000hdT (fuqi ultratingujsh 6 kW, frekuencë ultrasonike 20 kHz) me reaktor me qeliza rrjedhëse për përpunim të vazhdueshëm me ultratinguj të solucioneve të mbingopura për kristalizimin dhe reshjet me xhiro të lartë.

Ultrasonikator UIP6000hdT me qelizë rrjedhëse të presionit. Një xhaketë ngrohëse/ftohëse ju lejon të sonikoni në temperatura të ngritura ose të ulëta.

Tema të ngjashme

Rreth Sonokristalizimit

Kur ultratingulli i fuqisë aplikohet për të nxitur dhe përmirësuar proceset e kristalizimit, ai njihet si sonokristalizim. Sonokristalizimi bazohet në aplikimin e “valët akustike për të nxitur ndryshime fiziko-kimike në material. Disa aplikime të zakonshme të ultrazërit të fuqisë përfshijnë përdorimin e tij për të nxitur reaksione kimike (sonokimi) dhe për të nxitur kristalizimin (sonokristalizimi). Këto teknika kanë marrë vëmendjen e disa industrive duke përfshirë industrinë farmaceutike, kimike dhe ushqimore duke pasur parasysh avantazhin që ofrojnë. Teknikat e ultrazërit janë ekonomikisht të qëndrueshme dhe relativisht të lehta për t'u përfshirë në funksionimin industrial. Këto teknika mund të përdoren për të përmirësuar si riprodhueshmërinë ashtu edhe rendimentin e prodhimit; ato janë jo termike dhe të pastra për mjedisin”. [Martini 2013, 4]

Bërthama dhe Rritja e Kristalit

Kristalizimi përcaktohet si procesi i formimit, ku kristalet e ngurta precipitojnë nga një tretësirë e tepërt, shkrirja ose gazi.
Procesi i kristalizimit përbëhet nga dy faza kryesore: bërthamimi dhe rritja e kristalit.
Gjatë bërthamimit, molekulat e tretura në tretësirë fillojnë të formojnë grupime, të cilat duhet të jenë mjaft të mëdha për të qenë të qëndrueshme në kushtet e funksionimit. Një grup i tillë i qëndrueshëm formon një bërthamë. Pas arritjes së madhësisë kritike për të formuar një bërthamë të qëndrueshme, fillon faza e rritjes së kristalit.
Në fazën e rritjes së kristalit, bërthamat e formuara bëhen më të mëdha pasi më shumë molekula janë të lidhura me grupin. 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 (sheqer qumështi) është një disakarid i ndërtuar nga glukoza dhe galaktoza e lidhur nga një lidhje β(1→4) glikozidike.
Për shkak të pranisë së një karboni kiral, laktoza mund të shfaqet në formën e 2 llojeve të izomerëve të mëposhtëm: α- ose β-laktozë. Laktoza gjendet më shpesh si kristal monohidrat i hidratuar α-laktozë. Polimorfi tjetër, β-laktoza anhydrous, është më pak e zakonshme dhe kristalizohet mbi 93.5°C. A- dhe β-anomerët kanë veti shumë të ndryshme. Polimorfet mund të dallohen nga rrotullimi specifik (+89°C dhe +35°C për α- dhe β-laktozën, përkatësisht) dhe tretshmërinë (70 dhe 500 g/L (në 20°C) për α- dhe β-laktozën , respektivisht). [McSweeney et al. 2009]
Është karbohidrati kryesor i qumështit dhe gjendet në përqendrime 2-8 wt%. Laktoza është pa shije dhe ka një ëmbëlsi të ulët. Laktoza vepron si një sheqer reduktues dhe nxit reagimet Maillard dhe Stecker. Kështu, laktoza përdoret për të përmirësuar ngjyrën dhe aromën e produkteve ushqimore si p.sh. produktet e bukës, brumërat dhe ëmbëlsirat.
Laktoza është një aditiv ushqimor i përdorur gjerësisht që funksionon si bartës, mbushës, stabilizues dhe hollues tabletash në ushqime dhe produkte farmaceutike.
α-laktoza është forma më e pastër, e cila përdoret për produkte farmaceutike.
Laktoza është një përbërës i rëndësishëm kur bëhet fjalë për aromën, aromën dhe reagimet e skuqjes.
Formula: C₁₂H₂₂O₁₁
ID 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
I tretshëm 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.

Ultrasonikë me performancë të lartë! Gama e produkteve Hielscher mbulon spektrin e plotë nga ultrasonikatori kompakt laboratorik mbi njësitë e sipërme të stolit deri te sistemet tejzanor të plotë industrial.

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratori te madhësia industriale.